Aurinkokeräin dataa 9.10-12.11.2016 (toinen erä) -Solar power and second data set

english version in the end of artickle

Pitkästä aikaa taas taulukkolaskentaohjelman äärellä:) Ne jotka lukevat tätä uutena, niin edelliset aiheeseen liittyvät datat ja rakennusohjeet/kuvaus linkeissä ja lisää löytyy kun käyttää hakusanoja.

Tosiaan pakkaset tuli ja sähkökeräimen pinta täyttyi lumesta, vaikka se jyrkässä kulmassa olikin. Akku oli riittänyt silti, mutta voi olla että se loppuu kesken talven kuluessa. Sähköähän tämä aurinko keräin käytti lämpimän ilman siirtämiseen ulkoa aurinkokeräimestä sisälle ja toki nämä datan keräämisetkin vievät vähän sähköä.

Alla tosiaan kuukauden aikaväliltä lämpötiloja (kuvassa). Jokainen oranssi ylöspäin piikki edustaa päivän korkeinta lämpötilaa ja harmaa piikki keräimen korkeinta lämpötilaa. Selvästi huomaa, että kun sisälämpötila lähestyy ulkolämpötilaa, niin jäähtyminen sisällä hidastuu. Vain 30% päivistä on niin lämpimiä, että sisäilmaa ylipäätänsä lämmitetään paneelin ulkoilmalla. Noin puolessavälissä  (X-akseli:420h) on tullut lämpimämpi päivä ja yö ja lämmityspuhallin on päässyt puhaltamaan monta tuntia 40% teholla. Tästä on seurannut 2.5 celsius asteen nousu sisälämpötilassa:)

Aurinkokeräimen datat ajalta 9.10-12.11.2016

Nyt aurinkokeräimen ohjelmistoon on tehty vielä muutamia korjauksia. Pakkasasteet sekoittivat näytön lukemat ja nehän oli tietysti jäänyt testaamatta keittiön pöydällä:) Puhallin ei myöskään koskaan ihan täysin pysähtynyt näillä datoilla, mutta nyt sekin on korjattu seuraavaan versioon. Akun jännitteen ja aurinkopaneelin jännitteiden hyödyntäminen on vielä kesken, vaikka mittausarvot tulevatkin jo, koska sähköpaneelin sähköjärjestelmässä on yhteinen +-napa ja tämä aiheuttaa hieman päänvaivaa. Toki tähän ratkaisut löytyy, mutta vähän tässä vielä helpointa "tietä" mietiskellään. Aikapisteitä kuvaajassa on n. 58 000 ja tollainen 12 Mt-dataa kuukaudelta. Vähän Excel tossa yskii läppärillä, vaikka yksi maailman ihanimmista ohjelmista onkin:)

English version
So here is second set of solar power data. There is more data and pictures how to build system in these blog if you are interested just use key words to search them (aurinkokeräin). So, there is data from One month (celsius degrees/ hours/ PWM % power) in the graph. Every orange positive spike is day maximum temperature and gray spike is solar heater panel maximum temperature. Blue line is cottages inside temperature and yellow line is average outside temperature. Black line is outside to inside air fan PWM% value.

Interesting part is about 420 hours in x-axis where sudden warm day and night have warmed cottage with 2.5 Celsius degrees. So it seems that taking everything out from warm day is main advantage of the system. With smaller temperature differences fans have only used outside air only 30% of  all days.

Dataa auringosta :)

Nyt on jännät hetket:) tai ainakin jos on yhtään insinöörin vikaa;) Ensimmäiset datat aurinkokeräimestä on saatu graafiin. 7 MB verran oli tullut (18 päivää) ja tässä nyt sitten esittelen osan. Kaikkee en samaan tauluun viittinyt "lyödä", koska rupee näyttämään liikaa nykytaiteelta, hoh hoh (oikeesti kyllä hienoa taidetta osataan nykyäänkin tehdä). Tosiaan tossa ilmastoinnin ohjauksessa, josta on kerrottu aikasemmin on 2GB muistikortti, joka tallentaa lähes kaiken:) Tuo ilmastoinnin ohjaus on vielä kehitteillä ja data on tärkeää sen hienosäädön kannalta. Tyypillistähän on, että on hienot laitteet ja systeemit, mutta kukaan ei ikinä pysähdy miettimään mitä tulokset tarkoittaa. Mutta tämän kerran ainakin on nyt sitten mietitty ja alla tarinaa lisää...

Ekat lämpötila/puhallinnopeus datat aurinkokeräimeltä 18 päivältä

Laitoin aika isona tuon kuvan näkyviin, että siitä saa selvää. Rakentelin sitä ainakin tunnin Excelillä ja kyllä täytyy sanoo, että itku pääsi kun uuteen Exceliin koskin.

No mutta itse asiaan ja pyhimpään...tuloksiin. Eli kantikas musta viiva on puhallinteho prosentteina ja loput viivat lämpötiloja. Vasemmalla lämpötila-akseli ja oikealla puhallustehoakseli (PWM=pulssinleveysmodulaatio). Oranssin ja harmaan käyrän heilunta johtuu yön/päivän vaihtumisesta. Siis vaaka-akselilla tunteja.  Eli ensin sininen mökin sisälämpötilakäyrä on lähtenyt laskemaan, kun mökiltä on poistuttu (sauna ja takka jätetty käyttämättä). Ulkolämpötilan heilahtelut näkyy oranssilla, mutta mikä myös tärkeää, niin keltaisella näkyy ulkolämpötilan liukuva keskiarvo. Itse ajattelin, että tämän keskiarvon lähelle mökin sisälämpötilan pitäisi muuttua (sininen käyrä), jos lämmitin ei olisi käytössä. Harmaalla näkyy paneelin lämpötila ja jos sitä vertaa oranssiin ulkolämpötilaan, niin yöt on hyvin samanlaisia, mutta päivällä auringossa tuo paneelin lämpötila on tietysti paljon korkeampi.

Mökin sijainti on sellainen, että näin syksyllä puut rupeavat nopeasti varjostamaan aurinkoa ja tuo paras tuotto on parhaillaan 3h luokkaa. Oranssia ulkokeskiarvoa ja sisälämpötilaa verrattaessa voi huomata, että pikkuhiljaa on tuollainen 2-3 C asteen ero päässyt syntymään :) (Kuvaajan oikea laita)(vasemmassa laidassa lämpötila-asteikko). Tämä siis  aikaisemmin blogissa kuvatulla laitteistolla (n. 2m2 musta pelti aurinkokeräin).

Keskellä kuvaajaa on ulkolämpötilan keskiarvo noussut ja toki noista vaihteluistakin näkee, että on lukemat heilunut korkeammalla. Mutta suurin muutos on tapahtunut yön ulkolämpötiloissa, jolloin paneeli ei ole voinut tarjota sisäilmaa lämpimämpää ilmaa. Tästä johtuen, ulkolämpötilan keskiarvo on päässyt nousemaan lähelle sisälämpötilaa.

No itse pihvihän tässä kaiketi on, että mitäs koodataan jatkossa puhallintehoon. Onko nykyiset arvot hyvät vai ei? Toki mökki saisi lämmetä enemmän, jos mahdollista. Paneeli on ainakin pysynyt kuumana, monessa kohtaa, vaikka puhallin on imenyt sinne lisää kylmää ilmaa (musta kanttiviiva rupeaa "pätkimään" enemmän, jos paneeli jäähtyy likaa auringon paistaessa). No onhan tämä vähän arvailua vielä tämän ekan data paketin kanssa, mutta kun jonkun muutoksen tekee, niin näkee mihin suuntaan se vaikuttaa:) Luulen, että tiputan 40->30 % PWM:n kun paneelin lämpötila ylittää sisälämpötilan ja seuraava taso on 60%->50% PWM. Ratkasu ei välttämättä ole oikea, mutta se poistaa sahalaitaa käyristä, joka tekee niistä kauniimpia;) Toki tällä saadaan paneelin lämpötila korkeammaksi ja nähdään, miten se vaikutti mökin lämpötilaan.

Mutta nopea ajatus vielä kokonaisuudesta. Jos 2m2 pellinpalalla, nostaa näin syksyllä mökin lämpötilaa 2-3 C ylöspäin, niin sivutuotteena myös mökin ilma kuivuu sekä se tuulettuu. 2-3 C lämpötilan nosto toki houkuttelee isomman paneelin ääreen, mutta tätä pohdintaa varten varmasti kannattaa talvi dataa loggailla:)

Aurinkoa odotellessa... - Waiting for sunny days

Noniin...taas on saatu aurinkokeräintä eteenpäin:) Eli laite on siirretty kytkentälevyltä pois ja tinailtu kasaan. No tietysti tuli taas vähän kiirettä ja laite kasattiin sillä mitä autotallista löyty. No toimimaan saatiin, mikä tärkeintä:) Vähän jännitesuodatusta tuli lisää alkuperäiseen kytkentään. Kytkentäkin tuli käsin sutattua paperille ja yritän sen jossain vaiheessa skannailla tänne.

Now prototype is soldered on PCB :) It was little bit too hurry schedule and components were collected from carage :) Couple extra voltage filters were added compared to original plan. I also made hand copy from schematiks and try add it later on this page.

Datan keräys prototyyppi - Prototype to collect data

Datan keräys prototyyppi lähempää - Close ppicture from Prototype

Kaveri vei samantien laitteen mökille ja kytki käyttöön. Nyt laite ohjailee lämpöjä ja loggaa dataa lisäsäätöjä varten. Yleensä juuri tuo datan jälkikäsittely jää hoitamatta, mutta toivotaan ettei nyt pääse käymään niin :) Mökin Aurinkokeräimen 12V oli lähempänä auton "12V" ratkaisua ja tästä syystä lopulliset ohjelmoidut puhallinnopeudet ovat liian suuret. Viilennys puhallin jätettiin tästä syystä kytkemättä, mutta ohjaus signaalit jne. kyllä jäävät talteen.

My friend took solar system right away to his cottage. Now it's there logging data and same time controling temperature of cottage. Cottage powersource voltage was over 12V and my solar system fan speeds was programmed thats why too high. Cooling air input fan have to leave out from operation because of that. But anaway system is logging data and later system can be optimize.

Aurinkopaneelin ohjaus mökillä - Solar system on the cottage

S=sisälämpötila, /=tavoitelämpötila, U=ulkolämpötila, L=Aurinkokeräimen lämpötila, P=sähköpaneelin "jännite" ja A=akun "jännite". S=inside temperature, /=optimal temperature, U=outside tempereature, L=Solar panel temperature.

Aurinkokeräimen rakentamisesta

Aikaisemmin kirjoittelin aurinkokeräimen ohjauksesta. Lupailin kysellä itse keräimen tekoon kuvia kaverilta, jolle ohjausta tein. Nyt tässä osa kuvista ja yritän samalla vähän aukaista mistä kyse. Mutta siis itse en tätä paneelia tehnyt, joten ihan kaikkeen ei vastausta ole:)

Eli käytännössä ilmanlämmityspaneeleita voi tehdä vanhoista tölkeistä, peltikatteesta tai jostain muusta mustasta metallisesta pinnasta. Ja jos pinta ei oo musta, niin voihan sen maalata. Kuvassa alla filmivaneerista rakennettu runko, jossa jo liimaa levitettynä. Yläkulmassa näkyy ilmansiirtoon tarkotettu puhallin. Puhallin on perus PC-tuuletin.

Paneelin runko

Vaneerin päälle laitetaan eristettä, ettei lämpö karkaa paneelin seinämien kautta. Kuvassa uretaanilevyä. Puhallin näkyy nyt paremmin kuvassa.

Uretaanilevy

Seuraavassa kuvassa on liimattu uretaanin päälle peltikatelevy. Valmiiksi tumman värinen, niin säästyy maalaamiselta. Jossain TM:ssä tai vastaavassa oli joskus jopa testi eri Tee Itse ratkaisuista ja perus peltilevy pärjäsi hyvin:)

Peltilevy

Puhallinta varten reikä täytyy tehdä kaikkien kerrosten läpi, jotta lämmin ilma pellin päältä saadaan keräimen toiselle puolelle.

Puhallin peltilevyn takana

Lopuksi peltilevyn päälle laitetaan valokate, lasilevy jne. Joku jonka läpi valo menee hyvin. Valo lämmittää peltilevyn ja ilma lämpenee pellin ja valokatteen välissä. Tämä ilma sitten puhalletaan tuulettimella sisälle:) Helppoahan se on mutta kyllä tossa askartelussa aina tovi menee...

Sitten puhallettava ilma ohjataan mökkiin. No tässä ohjaussysteemissä oli puhallin kylämälle ja lämpimälle ilmalle ja toki hirsimökinseinään ei montaa reikää mielellään tee, niin siksi seuraavassa kuvassa tollanen "Y"-haara ilman ohjaukselle.

"Y"-haara kylmälle ja lämpimälle ilmalle.

 Kun lämpöpaneeli on kasassa ja seinälle ripustettu, niin puhallin ja ohjaus tarvitsee vielä sähköt. No siihenhän voi käyttää ihan töpseliä, mutta aina sitä ei ole tarjolla. Kaveri ratkasi ongelman aurinkopaneelilla. Alla kuvassa lämpöpaneeli seinällä ja aurinkopaneeli katolla.

Lämpö ja aurinkopaneeli

 Paneelit kannattaa laittaa etelää kohti, mutta toki puut jne voi vaikuttaa tilanteeseen. Toinen asia mitä kannattaa miettiä on lumi...Aurinkokeräin kuvassa katon alla ja sähköpaneelin pinnalta lumi tippuu maahan.

 Sisäpuolelle mökkiä sitten joku siisti "kansi" ja toki pieni suodatin ei varmasti ole pahasta.

Ilman tuloaukko

 Sitten tarvisi vielä ohjaus kytkeä ja dataa loggaamaan:)

Aurinkokeräimen ohjaus - Controlling solar panel

Seuraava teksti on kahdella kielellä ja tarkoitus olisi jossain vaiheessa tehdä tarkemmat ohjeet yleiseen jakoon tästä aurinkoprojektista, jotta jokainen lukija voisi rakentaa oman mökkilämmittimen. Toki tätä voi käyttää myös omassa talossa tai vaikka autotallissa.

This post is in two language and purpose is in some point to do documentation so well that all readers can use this solar system and build that. It can be used to control temperature in house or carage etc.

Kesäloma ilman ohjelmointia on kuin lanittaminen ilman colaa:) No, kaverilla on mökki, joka on sen verran sivistyksen ulkopuolella, että sähköjä ei ole tarjolla. Tälläinen mökki toimii yleensä painovoimaisella ilmanvaihdolla. No kaikki tietää, että ilman takan lämmittämistä ilma ei tälläisessä mökissä vaihdu kovin suurella nopeudella. Tästä seuraa, että pari ekaa päivää mökillä menee mökkiä tuuletellessa/lämmitellessä.

Summer holiday without programming is little bit same as LAN partys without Cola:) My friend has cabin in middle of nowhere. There is no electricity and usually air quality is not so good then. 

Kaveri innoistui rakentamaan ison lämpökeräimen ja lisäksi pienemmän sähkökeräimen mökin ilmanvaihtoa ja lämmitystä varten. Lupasin auttaa paneelien ohjauksen rakentamisessa ja niin kuin aina...homma lähti vähän lapasesta. Mutta onneksi vain vähän;)

My friend got inspired to build solar panel/heater to cabin to boost air conditioning and warming. I promised help with controlling of panels. Like always in life first you have little idea of system and the output is totally something else.

Alla kuvassa on tämänhetkinen tilanne. Läppärillä ohjelmoitava Arduino Uno, jossa SD-muistikortti shieldi ja näyttö. Tietokoneen vieressä foliota, joka simuloi tulevan kotelon metallipintaa. Metellipinta toimii hipaisukatkasijana. Kuvassa vain yksi puhallin, mutta todellisuudessa laitteeseen tulee kaksi, lämmin ja kylmä. Puhaltimien nopeus säätyy lämpötilojen mukaan. Laitteessa on kolme lämpötila-anturia: yksi aurinkolämmittimelle, toinen ulkoilmalle ja kolmas sisäilmalle. Näyttö kertoo sisä-, ulko-, lämmitinpaneelin- ja tavoitelämpötilan. Laite myös opettelee ympäristön käyttäytymisen ja näin oppii ennakoimaan päivän kuuman ilman ja illan kylmän ilman käytön. Laite mittaa myös akun ja sähköpaneelin jännitteet ja siihen on rakennettu oma vähänvirran toimintatila, jos akku menee esim osittain rikki. Niin ja muistikortti käyrien piirtämistä varten ;) No oikeasti ois tarkoitus rakentaa vielä jokin ohjelma, joka muistikortin avulla pystyy antamaa laitteen ohjelmointiin lisää älyä, laskemaan paneelin koko tarpeita mökkiin nähden.

There is picture below that show status of this day. Programmable Arduino Uno with SD card shield and dispaly. There is aluminium folio next to laptop that simulates metal cover of device. Metal cover act as touch sensor. There is only one fan in picture but in reality there is two - one for cooling and one for warming. Fan speed is controlled based on temperature sensors outputs. There is three temperature sensor: one for input, output and solar panel. Display shows those temperatures and also requested temperature. System learns enviroment and maximizes use of hot day and cold nights to get requested temperature as close to optime as possible. There is also input for voltage of  electric solarpanel and battery. Low battery function is also included example for broken battery case.  And of course SD memory for graphs;) OK, SD card main purpose is to produce information to calculate needed solar heater size and still making code even better.

Aurinkokeräimen ohjauksen prototyyppi - Solar airconditioning system prototype

Tällä hetkellä koodia on tullut noin 600 riviä, jolla uC aivot pyörivät. Seuraavaksi alkaa laitteen tinaus käyttöversioon, kotelointi ja käyttöönotto. Tämän jälkeen muutama kuukausi testausta ja sitten jos saisin tämän dokumentoitua tee-itse tasolle. Kaveri lupaili perustiedot myös aurinkokeräimestä, joten homma tulisi pakettiin kokonaisuudessaan. Laittakaas lukijat vähän kommentteja jos tuo dokumentaatiopuoli kiinnostaa, niin osaan vähän suhteuttaa sitä oikeaan mittaan:)

There is now about 600 lines of code that is needed to run brains of uC. Next I have to solder version for use then case and finally test use in real enviroment. After this there is couple of months testing period. Last thing is documentation as usual. My friend promised to give needed data for solar panels. So basically there should be everything for DIY-project if somebody is interested. So readers please give some comments that I know how well I should do the documentation.