Sistem Automat Pentru Controlul Parametrilor Tehnici a Unui Sistem cu Panouri Solare Termice Utilizand Microcontrolerul

Informatica

Sistem Automat Pentru Controlul Parametrilor Tehnici a Unui Sistem cu Panouri Solare Termice Utilizand Microcontrolerul

Byadmin ianuarie 1, 2024

Sistem automat pentru controlul parametrilor tehnici a unui sistem cu panouri solare termice utilizand microcontrolerul

CUPRINS

Introducere

Tematica generala si domeniile abordate

Potentialul de energie regenerabila in Romania

Abordare si rezultate

Energia solara

Notiuni generale

Particularitati ale energiei solare

Consideratii privind radiatia solara

Panoul solar

Constructia unui panou solar obisnuit

Panoul solar termic

Microcontrolerul

Notiuni introductive

Ce este de fapt un microcontroler

Utilizarea unui microcontroler

Arhitectura microcontrolerului

Arhitectura nucleului microcontrolerului

Schema generala a unui microcontroler

Senzori

Consideratii generale

Ce este senzorul

Importanta tehnologiei senzorilor

Caracteristicile senzorilor

Senzori de temperatura

Senzor PT1000

Senzor NTC

Aplicatie : Controler SR500 pentru sisteme solare

Instalarea si punerea in functiune a sistemul

Diagrama sistemului solar

Butoanele controlerului si explicarea semnalelor care apar pe ecranul acestuia

Punerea in functiune a aparatului

Setarea si operarea functiilor controlerului

Date tehnice privind aparatura

Bibliografie

Anexe

Capitolul I

Introducere

Tematica generala si domeniile abordate

Economia de energie reprezinta la ora actuala o prioritate mondiala, prezervarea planetei si a resurselor ei devenind obiective principale internationale. Crizei energetice, ce deriva din epuizarea sau exploatarea din ce in ce mai grea a surselor de energie conventionale, se adauga schimbari climatice vizibile, cauzate de emisia in atmosfera a gazelor cu efect de sera. In acest context, in anul 1997 a fost negociat si incheiat protocolul de la Kyoto, care este in vigoare din anul 2005 si prin care tarile semnatare se obliga sa reduca emisiile poluante din atmosfera cu 5,3% in perioada 2008-2012 in raport cu cele din anul 1991. In noiembrie 2004, 126 de tari ratificasera deja acordul, inclusiv membrii Uniunii Europene, dintre care faceau parte Romania si Bulgaria.

Contextul energetic mondial, conduce catre o preocupare intensa in domeniul energiilor neconventionale. Dintre acestea, energia solara ocupa un loc foarte important.

Se poate mentiona faptul ca Terra nu primeste, la suprafata sa, decat o mica parte din radiatia emisa de Soare, dupa ce aceasta sufera fenomenele de transmisie, absorbtie si difuzie la nivelul atmosferei. In aceste conditii intensitatea ei scade cu 30% in cazul cerului senin si clar. Anual, pe continente se primesc in jur de 1,51 x 1018kWh, de 10 000 de ori mai mult decat consumul energetic mondial. Soarele devenind astfel una dintre cele mai importante surse neconventionale.

Energia solara poate fi captata si transformata atat in energie electrica prin utilizarea tehnologiilor fotovoltaice cat si in energie termica, prin utilizarea diferitelor tipuri de panouri solare termice. In acest context, domeniile pe care le-am abordat in acest studiu sunt producerea energiei electrice cu ajutorul panourilor solare si transferul termic ce are loc la nivelul acestora.

Potentialul de energie regenerabila in Romania

Figura 1.2a Schema privind distributia geografica a

energiei regenerabile in Romania

Potentialul energetic al Romaniei, care rezulta din cantitatea de energie solara, este de aproximativ la 1000 kW/m²/an, distributia geografic a acestui potential este realizata pe 5 zone, din care zona zero cu potential de peste 1260 kW/m² si an, iar zona 4 cu potential sub 960 kW/m²/an.

Radiatia solara cu valori mai mari de 1200 kW/m², se inregistraza pe o suprafata mai mare de 50% din sprafata totala a tarii.
Utilizarea potentialului energetic solar se realizeza prin sisteme solare termice pentru caldura si apa calda menajera pentru locuintele individuale sau instalatii centralizate de mica anvergura. Pentru a putea fi utilizate cu eficienta ridicata, aceste sisteme trebuie sa functioneze in “regim hibrid” cu alte sisteme termice conventionale sau neconventionale.

De asemenea, potentialul energetic solar poate fi utilizat si la sisteme de conversie fotovoltaice, dedicate in principal pentru alimentarea cu energie electrica a unor consumatori izolati.
Potentialul exploatabil prin sisteme fotovoltaice la nivelul tarii noastre este apreciat la aproximativ 1200 GWh /an .

Figura 1.2b Harta privind potentialul exploatabil prin sisteme solare la nivelul tarii noastre

1.3 Abordare și rezultate

.

Lucrarea de fața, intitulata „Sistem automat pentru controlul parametrilor tehnici a unui sistem cu panouri solare termice utilizand microcontrolerul” pune accentul pe problemele privitoare la energia solara, utilizand controler SR500 .

Prima parte a lucrarii descrie notiuni referitoare la potentialul de energie regenerabila la nivel mondial precum si la nivel national, notiuni generale si particulare privind energia solara si radiatia solara cat si informatii referitoare la panouri solare si constructia unui panou solar termic obisnuit.

A doua parte a lucrarii ce se desfasoara in capitolele III si IV a lucrarii de fata descrie teorii generale referitoare la ceea ce reprezinta un microcontroler, utilizarea acestuia, ahitectura microcontrolerului, schema generala al unui microcontroler precum si informatii referitoare la senzori ( ce este un senzor, importanta acestuia, caracteristicile unui senzor si date despre senzori de temperatura ) .

A treia parte a licentei are la baza aplicatia in practica a unui controler de tip SR500 pentru sisteme solare, instalarea controlerului, modul de actionare si functionare a controlerului cat si setarea si operarea functiilor controlerului.

Capitolul II

Energia solara

2.1 Notiuni generale

Energia solara a devenit un subiect foarte des intalnit din momentul in care omenirea a realizat ca aceasta energia constituie o componenta vitala a existentei sale in conditiile civilizatie moderne. In multe locuri de pe planeta noastra Soarele ofera o posibilitate la solutionarea crizei de energie, care devine din ce in ce mai accentuata o data cu cresterea populatiei globului si ridicarea standardului sau de viata, simultan cu epuizarea combustibililor fosili si nuclear de fisiune.

Se estimeaza ca rezervele mondiale de gaze naturale vor fi terminate in cateva decenii, dupa care va urma epuizarea petrolului in alte cateva decenii si in final a carbunelui in cateva secole.

Soarele este o sursa de producere a energiei. Intr-o secunda acest astru ceresc radiaza in spatiu mai multa energie decat a consumat omenirea de la aparitia sa pe Pamant ( aproximativ 3,86*1026J ). O mare parte din aceasta se pierde in spatiu, dar cantitatea de energie primita pe Terra intr-o zi este suficienta pentru a asigura necesitatile energetice ale omenirii, la nivelul actual, timp de mai bine de o jumatate de secol .

In aproximarea posibilitatilor de utilizare a energiei solare in aplicatiile terestre trebuie avute in vedere atat avantajele cat si dezavantajele energiei solare.

Principalele avantaje sunt urmatoarele:

Energia solare este inepuizabila ;

Este o forma de energie nepoluata in exterior ;

Este disponibila practic pretutindeni ;

“Combustibilul” solar este gratuit .

Dezavantajele sunt :

Radiatia solara pe Terra este variabila, depinzand de ciclul zi/noapte, ciclul anotimpurilor si conditile meteorologice zonale;

Energia solara este imprastiata la suprafata Pamantului, atingand la amiaza, in cele mai bune conditii, aproximativ 1 kw/m2.

Diferentiabilitatea radiatiei solare atrage dupa sine necesitatea existentei in sistemele energetic-solare a unor subsisteme de stocare a energiei in scopul asigurarii livrarii de energie in functie de cerere. Din pacate aceasta cerere este de multe ori defazata fata de disponibilitatea energiei solare. Ca exemplu avem incalzirea cladirilor care este necesara in sezonul rece, cand insolatia este mai scazuta decat vara. De asemenea maximele consumului de energie electrica sunt situate de obicei dimineata si seara cand nivelul de radiatie solara este foarte mic. In anumite situatii, diferentiabilitatea directiei radiatiei solare, determinata de miscarea aparenta a Soarelui (diurna si anotimpuala), implica utilizarea unor sisteme de orientare a captatoarelor, care pot complica si scumpii instalatia solara.

Totusi suprafata necesara pentru a asigura nevoile din punct de vedere energetic ale omenirii, folosind energia solara, este doar o mica portiune din suprafata necesara producerii hranei, iar suprafetele cele mai adecvate pentru captarea energiei solare sunt de multe ori suprafetele cele mai putin adecvate pentru alte scopuri (de exemplu: acoperisurile cladirilor, deserturile, suprafete intinse de apa etc.).

Aceste dezavantaje nu trebuie sa impieteze asupra optiunii privind dezvoltarea energeticii solare, intrucat implementarea oriecarei noi tehnologii ridica in fazele de inceput o serie de obstacole de natura tehnica, financiara si economica . Necesitatea imperioasa a gasirii unor noi surse de energie, colaborata cu avantajele mentionate ale energie solare, justifica cercetarile actuale pe plan international si national orientate spre asigurarea competitivitatii energeticii solare in raport cu cea conventionala.

Deja in unele aplicatii – cum ar fi incalzirea apei, producerea de energie electrica prin conversie fotoelectrica (destinata unor mici consumatori izolati sau in tehnica spatiala), obtinerea unor conbustibili si produse chimice prin bioconversie, cuptoarele solare, pompele solare – instalatiile solare au devenit comercializabile in unele tari. In alte aplicatii ca: incalzirea si climatizarea spatiilor de locuit, refrigerea, uscarea, precum si producerea energiei electrice prin ciclu termodinamic, cercetarile si realizarile de instalatii solare se afla intr-un spatiu relative ridicat .

Este semnificativ, in acest sens, punctul de vedere al savantului de renume mondial Werner von Braun, exprimat in mesajul destinat celor 800 de persoane din peste 60 de tari la Congresul “Soarele in slujba omului” (Paris 1973): “Sunt sigur ca energia solara ne va veni in ajutor intr-o mare masura pentru nevoile viitoare de energie. Industria solara este inca la primele cercetari, care a fost si industria pentru cucerirea spatiului cosmic, cand eu visam sa lansez rachete catre Luna. Cred ca suntem in zorii unei ere noi, pe care am putea-o numi “ era solara ”.

2.2 Particularitati ale energiei solare

2.2.1. Consideratii privind radiatia solara

Multe fenomene ce au loc la suprafata soarelui ( pete, facule, flocule, protuberante, filamente intunecate ) variaza in intensitate cu o periodicitate de 11 ani, producand la nivelul Terrei perturbatii ale magnetismului terestru, denumite furtuni magnetice.

Atmosfera terestra si suprafata Pamantului interactioneaza cu radiatia solara, producand o serie de transformari ale acesteia, asa cum se observa in figura 2.2.1a.

Figura 2.2.1a Schema interactiunilor dintre energia solara si atmosfera

Fluxul de energie radianta solara, care ajunge la suprafata Pamantului este mai mic decat constanta solara, deoarece in timp ce traverseaza atmosfera terestra, cu o grosime de peste 52 km, intensitatea radiatiei solare este redusa treptat.

Mecanismele prin care se modifica intensitatea radiatiei solare, la traversarea atmosferei, sunt absorbtia si difuzia.

In atmosfera este absorbita ( retinuta ) aproape total radiatia X si o parte din radiatia ultravioleta . Vaporii de apa, dioxidul de carbon si alte gaze existente in atmosfera, contribuie la absorbtia radiatiei solare de catre atmosfera.

Radiatia absorbita este in general transformata in caldura, iar radiatia difuza astfel obtinuta este retrimisa in toate directiile in atmosfera.

Prin aceste procese, atmosfera se incalzeste si produce o radiatie cu lungime de unda mare, denumita radiatie atmosferica.

In plus, fata de cele doua mecanisme de modificare a intensitatii radiatiei solare, o parte din radiatia solara este reflectata ilor dintre energia solara si atmosfera

Fluxul de energie radianta solara, care ajunge la suprafata Pamantului este mai mic decat constanta solara, deoarece in timp ce traverseaza atmosfera terestra, cu o grosime de peste 52 km, intensitatea radiatiei solare este redusa treptat.

Mecanismele prin care se modifica intensitatea radiatiei solare, la traversarea atmosferei, sunt absorbtia si difuzia.

In atmosfera este absorbita ( retinuta ) aproape total radiatia X si o parte din radiatia ultravioleta . Vaporii de apa, dioxidul de carbon si alte gaze existente in atmosfera, contribuie la absorbtia radiatiei solare de catre atmosfera.

Radiatia absorbita este in general transformata in caldura, iar radiatia difuza astfel obtinuta este retrimisa in toate directiile in atmosfera.

Prin aceste procese, atmosfera se incalzeste si produce o radiatie cu lungime de unda mare, denumita radiatie atmosferica.

In plus, fata de cele doua mecanisme de modificare a intensitatii radiatiei solare, o parte din radiatia solara este reflectata ( respinsa ) de atmosfera terestra, sau de unele componente ale sale ( moleculele de aer si anumite categorii de nori ). Prin reflectare, o parte din radiatia solara este disipata ( raspandita ), mecanismul acestui proces fiind denumit difuzie Rayleigh, iar acest fenomen reprezinta radiatia boltii ceresti.

Radiatia globala de la Soare, pe o suprafata orizontala la nivelul solului intr-o zi senina, reprezinta suma dintre radiatia directa si radiatia difuza .

Radiatia solara directa depinde direct de orientarea suprafetei receptoare.

Radiatia solara difuza poate fi considerata aceeasi, indiferent de orientarea suprafetei receptoare, chiar in realitate exista mici diferente.

Figura 2.2.1b prezinta proportia dintre radiatia difuza si radiatia directa, in radiatia globala.

Este interesant de remarcat ca radiatia difuza reprezinta o pondere mai mare decat radiatia directa.

Figura 2.2.1b Raportul dintre radiatia difuza si radiatia directa

Energia termica primita de la Soare, masurata la nivelul suprafetei terestre, perpendicular pe directia razelor solare, pentru conditiile in care cerul este perfect senin si lipsit de poluare, in zonele Europei de Vest, Europei Centrale și Europei de Est, in jurul pranzului, poate asigura maxim 1100 W/m². Aceasta valoare reprezinta suma dintre radiatia directa si difuza.

Radiatia solara este influentata de modificarea permanenta a catorva parametrii importanti, cum sunt:

Inaltimea soarelui de pe cer ( unghiul format de directia razelor soarelui cu planul orizontal );

Unghiul de inclinare a axei Terrei ;

Modificarea distantei Terra – Soare ( aproximativ 149 milioane km pe o traiectorie eliptica, usor excentrica );

Latitudinea geografica a Pamantului .

In figura 2.2.1c este reprezentata variatia densitatii radiatiei solare in functie de inaltimea Soarelui, adica unghiul format de directia razelor solare cu planul orizontal, pentru diferite situatii atmosferice.

Figura 2.2.1c Variatia radiatiei solare in functie de directia razelor

solare pentru diferite situatii atmosferice

Potentialul de utilizare a energiei solare in tara noastra, este relativ important, asa cum se observa in figurile 2.2.1d și 2.2.1e, care reprezinta harti ale radiatiei solare globale.

Figura 2.2.1d Harta intesitatii radiatiei solare in Europa si Romania

Figura 2.2.1e Harta schematica a radiatiei solare in Romania

Gradul mediu de insorire, difera de la o luna la alta si chiar de la o zi la alta, in aceeasi localitate si cu atat mai mult de la o localitate la alta. In figura 2.2.1f, este prezentat nivelul mediu al insolatiei, reprezentând cantitatea de energie solara care patrunde in atmosfera si cade pe suprafata pamantului, in Bucuresti.

Figura 2.2.1f Nivelul mediu al insolatiei in Bucuresti

Radiatia solara

Inca de la inceputul secolului al XIX-lea, Wollaston a observant ca desi spectrul radiatiei solare apare la prima vedere ca fiind continuu, la o investigatie mai atenta el prezinta anumite linii transversale intunecate si inguste. El a reusit sa observe sapte astfel de linii. Ulterior, aceste linii au fost studiate mai amanuntit de catre Fraunhofer ( care a reusit sa inregistreze peste 510 linii ), din care motivele au capatat denumirea de liniile lui Fraunhofer. La sfarsitul secolului al XIX-lea, Rowland publica un atlas al spectrului solar in care sunt cuprinse peste 20 000 linii spectrale. Cataloagele moderne cuprinzand si domeniile ultraviolet si inflarosii, pe langa cel vizibil, ce indica prezenta a zeci de mii de linii in spectrul solar.

Studierea liniilor spectruale ale Soarelui a condus la concluzia ca Soarele este construit din aceleasi elemente ca si Terra. Astfel ca in Soare s-au identificat liniile corespunzatoare a peste 65 de elemente chimice prezente ca si in Pamant..

Soarele emite o radiatie electromagnetica cu o putere de aproximativ 3.88 × 1026 J/s, intr-o gama variata de lungimi de unda, de la raze X la unde radio. Cea mai mare parte din aceasta energie este emisa intre 0,21 si 8 m, repartizata in urmatoarea maniera: 10% ultraviolet, 39% spectru vizibil și 51% infrarosu. Spectrul solar este reprezentat in figura 2.2.2a.

Figura 2.2.2a – Spectrul radiatiei solare

Datorita trecerii sale prin atmosfera, radiatia solara este supusa fenomenelor de absorbtie, difuziune si transmisie, fiind redusa cu aproximativ 31%. La nivelul Terrei, radiatia solara se poate clasifica in:

radiatia directa – componenta paralela, provenita de la discul solar si masurata dupa directia normalei la suprafata.

radiatia difuza – radiatia primita de o suprafata plana provenita din toata emisfera vazuta de pe acea suprafata, cu exceptia discului solar.

radiatie reflectata – este rezultatul reflexiei razelor de catre suprafete reflectante; aceasta componenta depinde de albedoul suprafetei respective;

radiatia globala – radiatie directa si radiatie difuza.

Pentru functionarea panourilor PV, radiatia directa este cea mai importanta. In cazul unui cer senin, aceasta are cea mai mare intensitate atunci cand soarele se gaseste la punctul sau de maxim spre Sud in emisfera nordica si spre Nord in emisfera sudica.

Acest lucru se datoreaza celei mai scurte distanta pe care undele electromagnetice trebuie sa le parcurga de-a lungul atmosferei terestre. Inclinarea unei suprafete, orientata spre sud ca in figura 2.2.2b si pozitia ei fata de soare este descrisa de unghiul h (inaltimea la care se gaseste soarele la ora respectiva) si unghiul azimutal . Datorita miscarii de revolutie a Pamantului, pozitia soarelui este diferita fata de suprafata din figura 2.2.2b si in functie de sezon.

Figura 2.2.2b – Unghiuri solare

Intensitatea radiatiei solare este o functie de unghiul zenital si starea atmosferei, incluzand continutul de ozon, de vapori de apa, de aerosoli, de praf si de nori.

In figura 2.2.2c este prezentata variatia intensitatii radiatiei solare in functie de

unghiul zenital si coeficientul AM pentru presiunea aerului la nivelul marii 105N/m2, un continut de apa de-a lungul unei coloane vertical de 0,021m3/m2, continut de ozon 0,0035m3/m2, ambele masurate in conditii standard de temperatura si distanta medie Pamant-Soare.

Figura 2.2.2c – Intensitatea radiatiei solare normale la suprafata a) atmosfera ipotetica – turbiditate zero, b) atmosfera clara – turbiditate 0,011, c) atmosfera poluata – turbiditate 0,41

2.3 Panoul solar

Fluidul colector care trece prin canalele panoului solar are temperatura crescuta datorita transferului de caldura. Energia transferata fluidului purtator este numita eficienta colectoare instantanee. Panourile solare au in general una sau mai multe straturi transparente pentru a minimaliza pierderile de caldura si pentru a putea obtine o eficienta cat mai mare. In general, sunt capabile sa incalzeasca lichidul colector pana la 83C cu un randament cuprins intre 50 și 75%.

Aceste panouri solare au fost folosite eficient pentru incalzirea apei si a locuintelor. Acestea inlocuiesc acoperisurile locuintelor. In emisfera nordica, ele sunt orientate spre sud, in timp ce in emisfera sudica sunt orientate spre nord. Unghiul optim la care sunt montate panourile depinde de latitudinea la care se gaseste instalatia respectiva. De obicei, pentru dispozitivele folosite tot anul, panourile sunt inclinate la un unghi egal cu latitudinea la care se aduna sau se scad 15 si sunt orientate spre sud sau nord.

In plus, panourile solare folosite la incalzirea apei sau a locuintelor prezinta pompe de circulare a fluidului, senzori de temperatura, controlere automate care activeaza pompele si dispozitivul de stocare a energiei. Aerul sau chiar un lichid pot fi utilizate ca fluide in sistemul de incalzire solara si un acumulator sau un rezervor cu apa, bine izolate, sunt folosite de obicei ca medii de stocare a caldurii.

Un panou solar fotovoltaic, spre deosebire de un panou solar termic, transforma energia luminoasa din razele solare direct in energie electrica. Componentele principale ale panoului solar reprezinta celulele solare.

Panourile solare se utilizeaza separat sau legate in baterii pentru alimentarea consumatorilor independenti sau pentru generarea de curent electric ce se livreaza in reteaua electrica publica.

Un panou solar este caracterizat prin parametrii electrici, cum ar fi tensiunea de mers in gol sau curentul de scurtcircuit.

Pentru a indeplini conditiile impuse de producerea de energie electrica, celulele solare se vor asambla in panouri termice solare utilizand diverse materiale, ceea ce va asigura:

protectie transparenta impotriva radiatiilor si intemperiilor din exterior ;

legaturi electrice robuste ;

protectia celulelor solare rigide de actiuni mecanice ;

protectia celulelor solare si a legaturilor electrice de umiditatea exterioara;

asigurare unei raciri corespunzatoare a celulelor solare ;

protectia impotriva atingerii a elementelor componente conducatoare de electricitate ;

posibilitatea manipularii si montarii usoare .

Se cunosc diferite variante de constructie a modelelor existente de panouri solare. In imaginile de mai jos este descrisa constructia modelului cel mai raspandit in momentul de fata .

Figura 2.3a. Panou solar fotovoltaic Figura 2.3b. Panou solar termic

2.3.1 Constructia unui panou solar obisnuit

Un geam ( de cele mai multe ori geam securizat monostrat) de protectie pe fata expusa la soare ;

Un strat transparent din material plastic ( etilen vinil acetat, EVA sau cauciuc siliconic ) in care se fixeaza celulele solare ;

Celule solare monocristaline sau policristaline conectate intre ele prin benzi de cositor,

Caserarea fetei posterioare a panoului cu o folie stratificata din material plastic rezistent la intemperii fluorura de poliviniliden (Tedlar) si Polyester,

Priza de conectare prevazuta cu dioda de protectie respectiv dioda de scurtcircuitare si racord,

O rama din profil de aluminiu pentru protejarea geamului la transport, manipulare si montare, pentru fixare si rigidizarea legaturii .

2.3.2 Panoul solar termic

Energia solara poate fi utilizata pentru a genera energia electrica sau electricitatea ( fotovoltaica ) ori pentru a genera energia termica sau caldura ( solar termic ).

Panoul solar termic ( colectorul solar ) exploateaza razele solare in scopul incalzirii unui lichid ( termo-vector ) pe care il contine in interior, si care, la randul sau, prin intermediul unui schimbator de caldura, incalzeste apa continuta intr-un rezervor care functioneaza ca si acumulator : energia termica se inmagazineaza in rezervor pentru a fi utilizata chiar si atunci cand expunerea la soare e limitata sau inexistenta ( de exemplu in timpul noptii ).
Permite obtinerea apei calde in principal pentru utilizarea casnica, pentru incalzirea apei sau a ambientului.
Colectorii solari sunt legati intre ei in serie si in paralel, astfel incat sa reuseasca sa produca o cantitate suficienta de apa calda cu o temperatura cuprinsa intre 55°C si 165 °C. Un metru patrat de panou poate incalzii la temperatura de 45/65°C pana la 310 l/zi in functie de conditiile climatice.
Exista tipuri variate de panouri solare, cel mai simplu fiind cel constituit dintr-o simpla tabla de cupru parcursa in interior de o serpentine metalica.

Exista doua tipuri de implanturi solare termice :

cu circulatie naturala: in acest caz, lichidul este chiar apa care se incalzeste in urma convectiei urca intr-un rezervor (boiler), care trebuie sa fie mai inalt decat panoul ( si in afara edificului ), din care vine distribuita in scopul utilizarii casnice ; circuitul este deschis, astfel ca apa consumata este inlocuita de o alta cantitate de apa. Acest implant este valoros prin simplitatea sa, dar este caracterizat de o dispersie termica elevata.

cu circulatie fortata: un circuit compus din panou, o serpentine metelica postata in interiorul rezervorului si tuburile de racord. O pompa permite cedarea caldurii racoltate din lichid, similar lichidului utilizat pentru radiatoarele de la automobile, pe serpentina plasata in interiorul rezervorului. Circuitul este mult mai complex, insa are o eficienta termica mult mai ridicata considerand faptul ca rezervorul se afla in interior si astfel este mai putin supus la scaderile de temperatura din timpul noptii sau datorate conditiilor climatice.

Figura 2.3.1a Panouri solare – schema sistem incalzire panouri solare

Capitolul III

Microcontrolerul

3.1 Notiuni introductive

3.1.1 Ce este de fapt un microcontroler !?

La modul general un controler ("controler" – un termen de origine anglo-saxona, cu un domeniu de cuprindere foarte larg) este, actualmente, o structura electronica destinata controlului (destul de evident!) unui proces sau, mai general, unei interactiuni caracteristice cu mediul exterior, fara sa fie necesara interventia operatorului uman.

Primele controlere au fost realizate in tehnologii pur analogice, folosind componente electronice discrete si/sau componente electromecanice (de exemplu relee).

Cele care fac apel la tehnica numerica moderna au fost realizate initial pe baza logicii cablate (cu circuite integrate numerice standard SSI și MSI ) si a unei electronici analogice uneori complexe, motiv pentru care "straluceau" prin dimensiuni mari, consum energetic pe masura si, nu de putine ori, o fiabilitate care lasa de dorit.

Aparitia si utilizarea microprocesoarelor de uz general a dus la o reducere consistenta a costurilor, dimensiunilor, consumului si o imbunatatire a fiabilitatii. Exista si la ora actuala o serie de astfel de controlere de calitate, realizate in jurul unor microprocesoare de uz general cum ar fi Z80 (Zilog), 8086/8088 (Intel), 6809 (Motorola), etc.O definitie, cu un sens foarte larg de cuprindere, ar fi aceea ca un microcontroler este un microcircuit care incorporeaza o unitate centrala (CPU) si o memorie impreuna cu resurse care-i permit interactiunea cu mediul exterior.

3.1.2 Utilizarea unui microcontrolerelor

Toate aplicatiile in care se utilizeaza microcontrolere fac parte din categoria asa ziselor sisteme incapsulate-integrate (“embedded systems”), la care existenta unui sistem de calcul incorporat este (aproape) transparenta pentru utilizator.

Printre multele domenii unde utilizarea lor este practic un standard industrial se pot

mentiona: in industria de automobile (controlul aprinderii/motorului, climatizare, diagnoza, sisteme de alarma, etc.), in asa zisa electronica de consum (sisteme audio,

televizoare, camere video si videocasetofoane, telefonie mobila, GPS-uri, jocuri electronice etc.), in aparatura electrocasnica (masini de spalat, frigidere, cuptoare cu microunde, aspiratoare), in controlul mediului si climatizare (sere, locuinte, hale industriale), in industria aerospatiala, in mijloacele moderne de masurare – instrumentatie (aparate de masura, senzori si traductoare inteligente), la realizarea de periferice pentru calculatoare, in medicina.

Ca un exemplu din industria de automobile (automotive industry), unde numai la nivelul anului 1999, un BMW seria 7 utiliza 65 de microcontrolere, iar un Mercedes din clasa S utiliza 63 de microcontrolere. Practic, desi am prezentat ca exemple concrete numai sisteme robotice si mecatronice, este foarte greu de gasit un domeniu de aplicatii in care sa nu se utilizeze microcontrolerele.

3.1.3 Arhitectura Microcontrolerului

Inainte de a trece la analiza arhitecturii Microcontrolerului vom da cateva definitii:

Microprocesor – un circuit care poate indeplini oricare functie in dependenta de programul care il are spre executie.

Program – un set de instructiuni care se executa una dupa alta.

Instructiune – o actiune pe care o poate executa nucleul Microcontrolerului.

Nucleu – Partea principala a Microcontrolerului care executa instructiunile din program.

Microcontroler – minicalculator care cuprinde in sine un nucleu de microprocesor, memorie de program si module periferice. In general MCU preia informatia de la interfetele de intrare, o prelucreaza si aplica rezultatul catre interfata de iesire.

Figura 3.1.3 – Arhitectura Microcontrolerului

3.1.4 Arhitectura nucleului Microcontrolerului

Microcontrolerul seriei AVR are o arhitetura RISC pe 8 biti construit dupa principiul arhitecturii HAWARD. O asemenea arhitectura permite ca majoritatea instructiunilor sa se execute intr-un singur tact al semnalului de ceas. Deci, la o frecventa a semnalului de ceas de 1 MHz, acesta poate executa pana la 1 000 000 operatii pe secunda – 1MIPS/MHz.

Schematic arhitectura AVR poate fi reprezentata prin figura de mai jos.

Figura 3.1.4 Arhitectura nucleului Microcontrolerului

PM – Memoria de programe. Aici sunt stocate instructiunile ce urmeaza a fi executate de catre MCU.

PC – Contorul de program, bazat pe un registru numarator, destinat selectiei instructiunilor din memoria de programe. In mod normal PC-ul se auto modifica prin incrementare asigurand executia consecutiva a instructiunilor din PM. Totodata acestuia i se poate incarca o valoare din CDC, ce va realiza salturile pentru instructiunile de salt conditionat si neconditionat.

CDC – decodificatorul de comenzi. CDC configureaza nucleul pentru executia instructiunii selectate luand in consideratie valorile flagurilor din registrul de stare SREG.

ALU – Unitatea aritmetico logica- executa instructiunile aritmetice si logice. Datele catre ALU sunt aprovizionate din registrii de uz general, fiecare operand fiind selectat de catre CDC conform instructiunii curente, la fel ca si stocarea datelor.

GPR – registrii de uz general, registrii de lucru a MCU. Prelucrarea datelor pentru arhitectura AVR este restrictionata la utilizarea a cel putin unui registru de uz general, adica orice instructiune de transfer sau prelucrarea datelor are loc cu participarea unui registru de uz general.

RAM – memoria cu acces aleator, memoria pentru lucru cu date de dimensiuni mari.

SREG – Registru de stare a MCU. Oricare operatie de prelucrare a datelor, implicand prelucrarea lor de catre ALU, raporteaza catre registrul SREG cu modificarea flagurilor acestuia, prezentand date suplimentare despre rezultatul operatiei. Este plasat in spatiul de adrese al registrilor periferici. Continutul acestui registru este accesibil cat pentru scriere atat si pentru citire.

C – Bit de transport. Se va seta in 1 in cazul cand reprezentarea rezultatului va iesi din limita de 8 biți.

Z – Zero. Se va seta in 1 in cazul in care rezultatul va fi egal cu zero.

N – Negativ. Se va seta in 1 in cazul in care bitul 7 al rezultatului este 1.

V – Transport in operatiile cu semn.

S – Semn. Se va seta in 1 daca rezultatul va fi mai mic ca 0.

H – Transport la jumatate. Se va seta in 1 daca va avea loc trasport la bitul 4 (la mijlocul rezultatului).

T – Bit temporar. Serveste pentru stocrea informatiei de un bit a unui registru de uz general, poate fi scris/citit cu BST/BLD

I – Bitul de permisiune a intreruperilor, in cazul in care acest bit este setat in 0 intreruperile sunt interzise, 1 – permise. se reseteaza/seteaza cu comenzile CLI/SEI sau cand se cheama automat subrutina de prelucrare a intreruperii/ se returneaza din intrerupere cu RETI.

I/O Reg – registri de acces la modulele periferice cum ar fi GPIO, Ext INT, TIMER, etc.

3.1.5 Schema generala a unui microcontroler

Vom defini un microcontroler pornind de la o reprezentare simplificata a sa in interactiune cu mediul:

Figura 3.1.5a Schema simplificata a unui microcontroler

Ca intrari se folosesc de regul semnale provenind de la comutatoarele inividuale sau de la traductoare (de temperatura, de presiune, foto, traductoare specializate). Intrarile pot fi digitale sau analogice. Intrarile digitale vehiculeaza semnale discrete, informatia “citita” fiind informatia ce se esantioneaza la momentul citirii liniei repective. Intrarile analogice vehiculeaza informatii exprimabile prin functii continue de timp. “Citirea” acestora de catre microcontroler presupune prezenta unor circute capabile sa prelucreze aceste informatii, fie comparatoare analogice, fie convetor analog-numerice, ale caror iesiri sunt citite de catre MC.

Iesirile sunt fie analogice, caz in care reprezinta e fapt iesiri ale convertoarelor numeric-analogice, fie sunt digitale, caz in care informatia este in general memorata pe acestea pana la o noua scriere operata de catre UC la un port al MC. Iesirile pot comanda dispozitive de afisare, relee, motoare, difuzoare, etc.

O structura mai detaliata, care include blocurile principale este reprezentata in figura3.1.5b.

Figura 3.1.5b Schema blog a unui microcontroler

Privind evolutia istorica a operatiei de comanda a unui proces, putem contura imaginea unei MC. Un controler este un sistem folosit pentru a comanda si a prelua stari de la un proces sau un aspect a mediului inconjurator. La inceput un controler era un echipament de mari dimensiuni. Dupa aparitia microprocesoarelor, dimensiunile controlerelor s-au redus.

Procesul de miniaturizare a continuat, toate componentele necesare unui controler au fost

integrate pe acelasi chip. S-a nascut astfel calculatorul pe un singur chip sau microcontrolerul. Un microcontroler este un circuit realizat pe un singur chip care contine tipic:

Unitatea centrala CPU;

Geneatorul de tact (la care trebuie adaugat din exterior un crystal de cuart sau in aplicatii mai putin pretentioase, un cicuit RC);

Memoria RAM;

Memoria ROM/ PROM/ EPROM/ EEPROM;

Dispozitive I/O seriale si paralele;

Controler de intreruperi, controler DMA, numaratoare/temporizatoare(timers), convertoare A/D și D/A, etc;

Periferice.

Capitolul IV

Senzori

4.1 Consideratii generale

4.1.1 Ce este senzorul?

Dicionarele din prima parte a anilor '70 nu cuprind cuvantul "senzor". Acesta a aparut odata cu dezvoltarea microelectronicii, impreuna cu alte notiuni de mare impact, cum ar fi cele de „microprocesor”, „microcontroler”, „transputer”, „actuator” etc., adaugand o notiune noua unei terminologii tehnice avand o anumita redundanta. Astfel, o mare parte din elementele tehnice senzitive sunt incadrate in categoria de traductor. Un traductor este un dispozitiv care converteste efecte fizice in semnale electrice, ce pot fi prelucrate de instrumente de masurat sau calculatoare. In unele domenii, in special in sfera dispozitivelor electro-optice, se utilizeaza termenul de detector (detector in infrarosu, fotodetector etc.). Traductoarele introduse intr-un fluid sunt denumite, uneori, probe. O categorie larga o constituie sistemele terminate in "-metru": de exemplu, "accelerometru" pentru masurarea acceleratiei, "tahometru" pentru masurarea vitezei unghiulare.

Trebuie spus ca nu exista o definitie unitara si necontestata a „senzorului”, motiv care lasa mult spatiu pentru interpretari, ambiguitati si confuzii. Multi autori prefera sa foloseasca sintagma „senzori si traductoare”, in cadrul careia, fie pun pe picior de egalitate senzorul si traductorul, utilizand, alternativ sau preferential, unul dintre termeni, fie considera ca unul reprezinta o categorie ierarhica superioara, incluzandu-l pe celalalt.

De multe ori se mai utilizeaza si notiunea de „captor”, care amplifica semnele de intrebare, intrucat in limba franceza, termenul „capteur” este utilizat pentru a desemna elementele tehnice, care in aceasta carte au fost numite „senzor”.

Senzorul este un dispozitiv tehnic care reactioneaza calitativ sau cantitativ prin proprii marimi masurabile, la anumite proprietati fizice sau chimice ale mediului din preajma lui. Ca parte componenta a unui aparat sau sistem tehnic detector poate masura/inregistra de exemplu presiunea, umiditatea, campul magnetic, acceleratia, forta, intensitatea , radiatii. Vine din : sensus=simt.

Senzorul este un dispozitiv care masoara o cantitate fizica (masa, presiune, temperatura, umiditate, etc) si o transforma intr-un semnal care poate fi citit de catre un observator printr-un instrument sau poate fi prelucrat.

Exista mai multe clasificari, una dintre ele se refera la senzori de tip:

1. Activ: consumator de energie, de exemplu radar (masurarea distantelor prin emitere de radiatii electromagnetice)

2. Pasiv: de exemplu fotorezistenta cu care se poate masura intensitatea luminii incidente.

In automatizare, informatia calitativa/cantitativa masurabila livrata de senzori, dupa o eventuala amplificare si prelucrare serveste la controlul si reglarea sistemelor tehnice automate.

Se evidentiaza cel putin trei proprietati ale unui senzor care il diferentiaza de traductor:

Un senzor realizeaza masurarea intr-o maniera similara organelor de simt umane.

Senzorii sunt de dimensiuni reduse, ceea ce conduce la determinari „punctuale”, facand posibila extinderea catre o arie de masurare sau o matrice de senzori.

Senzorii permit determinarea unei harti a unei scene investigate prin metode sau mijloace debaleiere.

Definitie:

Senzorii reprezinta un ansamblu de dispozitive sensibile de dimensiuni reduse care permit determinarea unui camp de valori pentru o marime investigata intr-o maniera similara perceptiei umane.

Senzorii incearca sa imite comportamentul uman (anumite componente umane – ochiul, nasul, urechea), dar nu principiile de functionare ale organelor de simt umane, inca insuficient cunoscute.

Tipuri de senzori:

Senzori vizuali: folositi la camerele de luat vederi, roboti, oriunde se investigheaza o scena;

Senzori tactili: in aplicatii de piele artificiala;

Senzori olfactivi si gustativi: in industria alimentara (unde se investigheaza calitatea produselor), in industria petroliera, in industria miniera (la sistemele de siguranta/ avertizare);

Senzori auditivi: in industria multimedia, la sistemele de recunoastere vocala;

Senzori de temperatura;

Sa consideram un sistem robot care face parte integranta a unui proces. Componentele sistemuluisunt:

Traductoare de deplasare liniara (dus-intors) pentru bratul robot intins;

Traductoare de pozitie unghiulara pentru rotirea corpului;

Senzori pentru vedere artificiala – pentru recunoasterea pieselor, de exemplu;

Senzori de forta;

Traductoare si senzori de proximitate – pentru detectarea obstacolelor.

Deoarece atat senzorii cat si traductoarele realizeaza aceste operatii de masurare de mai multe ori, cele doua notiuni se mai si confunda.

Calitatea unei automatizari este puternic influentata de calitatea masursrii parametrilor de proces care intra in componenta instalatiei automatizate, deci de senzorii si traductoarele utilizate, pretul unor asemenea componente influentand serios pretul instalatiei.

Evolutia tehnologica din ultimul timp a condus la aparitia unui senzor mult evoluat – smart senzor / smart transducer. Este vorba despre o unitate functionala care asigura masurarea unuia sau mai multor parametri de proces cu o configuratie interna organizata in jurul unei unitati procesoaredetip microprocesor, microcontroler sau microcalculator.

4.1.2 Importanța tehnologiei senzorilor

Creșterea deosebita a automatizarii sistemelor de producție necesita folosirea unor compo- nente care sa fie capabile sa primeasca și sa transmita informații referitoare la procesul de producție. Senzorii indelpinesc aceste funcții și importanța lor a crescut in ultimii ani in procesul de masurare și de control al proceselor tehnologice.senzorul furnizeaza informațiile unui controler sub forma unor variabile d eproces. Prin variabile de proces se ințeleg marimi fizice care caracterizeaza procesul tehnologic respectiv:temperatura, presiune, forța, lungime, unghi de rotație, nivel, debit, etc.

Exista senzori pentru majoritatea marimilor fizice care reacționeaza la una din aceste marimi și transmit semnale relevante.

4.1.3 Caracteristicile senzorilor

Un senzor este un convertor care transforma o marime fizica ( de exemplu temperatu- ra, distanța, presiune) intr-o alta marime mai ușor de evaluat – in mod uzual, o marime electrica.

Un senzor nu trebuie sa genereze intotdeauna un semnal electric. De exemplu o valva pneumatica genereaza un semnal pneumatic la ieșir sub forma unei schimbari de presi- une.

Senzorii sunt dispozitive care pot sa opereze atât cu ajutorul unui contact, de exemplu un comutator, un senzor de forța, sau, fara contact, de exemplu bariera de lumina, bari- era de aer, senzor magnetic.

Un simplu comutator poate fi un senzor.

Senzorul este un dispozitiv care poate monitoriza un proces prin semnalizarea erorilor analizarea acestora și transmiterea informațiilor catre alte componente.

Alți termeni utilizați pentru senzori: convertor – converter

codificator – encoders

detector – detector

traductor – transducer

4.2 Senzori de temperatura

4.2.1 Senzor PT1000

Senzor de temperatura PT1000 pentru automatizari solare (grupuri de pompare , controlere solare , etc) . Dotate cu fir siliconic , rezista la temperaturi de peste 100grC . Se folosesc in special la colectoare solare . Se foloseste la diferite automatizari. Senzorul propriu-zis este introdus intr-o teaca din otel inoxidabil cu diametru exterior de Ø 5,8 mm – 6 mm care il protejeaza fata de conditiile de mediu dar si din punct de vedere mecanic. Lungimea conductoarelor de lagatura pana la 50 m nu influenteaza masurarea temperaturii. Temperatura de lucru: de la -50°C la +180°C,

Senzor de temperatura PT1000 pentru inregistrarea temperaturii in medii lichide si gazoase.

Figura 4.2.1a Senzor PT1000

4.2.2 Senzor NTC

Sonda de temperatura NTC este o sonda de tip rezistiv. Acronimul NTC provine de la Negative Temperature Coefficient (Coeficient de Temperatura Negativ) si semnifica scaderea rezistivitatii odata cu cresterea temperaturii.

Figura 4.2a Senzor NTC

Specificatii sonde de temperatura NTC:
– lungimea sondei este de 1.5 m
– dimensiunile bulbului (plastic) sunt: 6 mm diametru si 15 mm lungime
– rezistivitatea sondei NTC este de 10 kohmi la temperatura de 25 grade Celsius
– gama de temperaturi sonda NTC: -40 / +110 grade Celsius

Sonda NTC de temperatura este compatibila cu termostatele Every Control (EVK201, EVK401 etc)

Capitolul V

Aplicatie : Controler SR500 pentru sisteme solare

5.1 Instalarea si punerea in funcțiune a sistemului

1. Când instalați cablurile, asigurați-va ca respectați normele de securitate împotriva incendiilor prezente in clădire.

2. Controlerul nu poate fi instalat in camere unde exista gaze ușor inflamabile sau unde acestea pot apărea cu ușurința.

3. Normele existente de protecția mediului nu trebuie incalcate la locul instalării.

4. Înainte de conectarea aparatului la sursa de electricitateasigurați-va ca tensiunea este aceeași cu cea menționata de specificațiile controlerului.

5.Toate aparatele conectate la controler trebuie sa fie in conformitate cu specificatiile tehnice ale controlerului.

6. Toate operațiunile deschise la aparat cu capacul ridicat, se vor efectua cu aparatul neconectat la sursa de alimentare electrica.

7. Toate regulile de securitatea si protecția muncii pentru lucrul la alimentare cu energie electrica sunt valabile. Conectarea si/sau toate operațiile care presupun desfacerea controlerului(schimbarea unei siguranțe) pot fi efectuate numai de un specialist.

Instalarea controlerului

Nota: Controlerul poate fi instalat numai in locurile cu nivel de protecție adecvata.

Alegeți o locație potrivita;

Marcați pozițiile găurilor (însemnați partea dreapta a panoului de agățare);

Realizați gaura si introduceți diblul de plastic;

Fixați cu șuruburi partea inferioara a panoului de agățare;

Agățați ferm controlerul de panoul de agățare;

Deschiderea/închiderea capacului panoului terminalului

Slăbiți șuruburile si ridicați capacul;

Închiderea capacului: introduceți clemele părții superioare ale carcasei controlerului in lăcașurile de fixare ale părții inferioare;

Împingeți partea superioara a carcasei in jos;

Fixați capacul ferm cu un șurub.

Conectarea la sursa de alimentare electrica

Toate instrucțiunile si regulile referitoare la energia electrica trebuie luate in seama. Deconectați aparatul de la sursa principala de alimentare înainte de deschiderea capacului. Aveți in vedere masurile de siguranța existente.

Controlerul poate fi alimentat cu curent numai atunci când capacul acestuia este inchis, iar instalatorul trebuie sa se asigure ca protecția IP a controlerului nu a fost afectata in timpul instalării. In funcție de tipul de instalare cablurile pot fi introduse sub capacul de protecție si conectate, fie prin partea din spate, fie prin cea de jos a controlerului, decupându-se corespunzător zonele prefigurate in plastic.

Cablul este conectat prin spate – inlăturați căpăcelele de plastic situate pe spatele controlerului folosind o unealta potrivita (cuțit).

Cablul este conectat prin partea de jos – tăiați căpăcelele de protecție din stânga si dreapta folosind o unealta potrivita si mai apoi scoateți-l afara din cutie. După ce ați conectat cablurile fixațile in caneluri cu cleme.

Tabel 5.1a Detalii conectare sursa de alimentare

Reset: Acest buton se găsește pe panoul terminalului de conectare, atunci când sistemul programat nu mai funcționează, apăsați butonul „reset”, care va aduce aparatul la setările inițiale.

Instalarea ventilului electromagnetic :

Figura 5.1a Imagine detalii electrovalva

1. Înainte de instalarea ventilului electromagnetic conducta trebuie curățata si spălată.

2. Daca furnizarea apei se face cu ajutorul unui extinctor, alegeți un ventil electromagnetic care sa satisfacă presiunea apei furnizate de extinctor. In acest fel se va evita o rata scăzuta a curgerii de la ventilul electromagnetic.

3. Verificați daca voltajul bornei de ieșire a controlerului se potrivește voltajului specificat pe eticheta ventilului electromagnetic; De asemenea verificați

filtrul ventilului. Intrarea si ieșirea ventilului electromagnetic trebuie instalate corect. Filtrul si intrarea ventilului electromagnetic se vor monta in partea dreapta, iar curgerea apei va urma direcția indicata de săgeata desenata pe ventilul electromagnetic.

4. Amplasarea ventilului electromagnetic se va face intr-un loc care va permite ușoară întreținere a acestuia. De asemenea luarea masurilor atât împotriva înghețului cat si a arsurilor provocate de soare, sunt considerate a fi elemente esențiale in prelungirea duratei de funcționare a ventilului electromagnetic. Electrovalva va fi instalata in partea superioara.

5. Este interzisa utilizarea cheilor pentru piulițe atunci când se lucrează la electrovalva sau atunci când se lucrează la părțile din plastic ale ventilului electromagnetic. Țevile de intrare/ieșire ale ventilului electromagnetic trebuie menținute la același nivel. Asigurați-va ca ambele părți in care se efectuează conectarea sunt la același nivel evitându-se astfel deteriorarea sau chiar distrugerea ventilului electromagnetic.

6. Cablu izolat cu doua fire trebuie conectat la ventilul electromagnetic, iar in situația in care firele trebuie prelungite se va alege cablu cu diametrul de 1,5 mm.

7. Conducta legata la ventilul electromagnetic trebuie sa fie ușor demontabila sau se poate utiliza o conducta flexibilă care sa permită curățirea cu ușurința a filtrului.

Nota : Nu este necesara montarea unei supape de sens, întrucât ventilul electromagnetic îndeplinește aceasta funcție.

Verificarea erorilor ventilului electromagnetic

Tabel 5.1b Detalii privind verificarea electroventilului

Instalarea senzorului de temperatura si nivel al apei :

Introduceți senzorul in deversorul situat in partea laterala superioara a rezervorului si apăsați inelul de fixare al senzorului pe gura deversorului ;

Fixați senzorul cu ajutorul unei șurubelnițe (senzorul trebuie instalat vertical);

Deschideți partea superioara a carcasei panoului de conectare, conectați cablurile conform schemei, introduceți cablurile in caneluri ;

Introduceți capacul terminalului de sus in jos ;

Instalarea senzorului in partea superioara a rezervorului urmează aceleași instrucțiuni ca cele descrise mai sus, cu o singura mențiune însă : cablul trebuie poziționat in jos vertical. Daca rezervorul de apa este prevăzut cu gura de deversare laterala, este recomandata instalarea senzorului in aceasta gura de deversare;

In situația în care se dorește instalarea senzorului in partea inferioara a rezervorului.

Schema conexiunii cablurilor pentru senzorul de temperatura si nivel al apei.

Ieșirea 1 – conectați firul roșu (+12V);

Ieșirea 2 – conectați firul alb (COM);
Ieșirea 3 – conectați firul negru (GND);

Figura 5.1b Imagine senzor de temperatura

Conectarea cablurilor trebuie efectuata in interior ; părțile expuse la exterior trebuie fixate bine pentru a evita distrugerea cablului.

Nota : Senzorul de solatere si nivel al apei nu trebuie sa intre in contact cu rezistenta electrica sau lăsat in aproprierea acesteia. Se vor evita astfel erorile de măsurare a temperaturii. Toate cablurile senzorului sunt de joasa tensiune si pentru a
evita efectele de inducție solate nu trebuie lăsate in preajma cablurilor electrice de 230V sau 400V (solate minima fata de aceștia fiind de 100 mm). Daca exista efecte de inducție, provocate de cabluri cu tensiune ridicata, poduri de cabluri, stații de transformare, aparate de transmisie TV/radio, atunci cablurile senzorilor trebuie solate in consecința.

5.2. Diagrama sistemului solar

Figura 5.2a Diagrama sistemului solar

1. Senzor de nivel si temperatura al apei instalat lateral;

2. Senzor de nivel si temperatura al apei instalat in partea inferioara a rezervorului;

3. Rezistenta electrica;

4. Ventil electromagnetic;

5. Cablu electric de încălzire a conductei;

5.3 Butoanele controlerului si explicarea semnalelor care apar pe ecranul acestuia

Butoanele de reglaj – controlerul este setat cu ajutorul a noua butoane

Figura 5.3a Detalii butoane controler

Explicarea afișajului controlerului

Tabel 5.3a Functiile butoanelor controlerului

Figura 5.3b Detalii zone afisaj controler

Explicarea semnalelor care apar pe ecranul controlerului

Tabel 5.3b Semnificatia semnalelor care apar pe ecranul controlerului

Tabel 5.3c Explicarea semnalelor care apar pe ecranul controlerului

5.4 Punerea in functiune a aparatului

Conectați senzorii si pompele la controler înainte de conectarea la sursa de alimentare cu energie electrica. După ce controlerul a fost alimentat cu energie electrica, primul lucru pe care il afișează este “time” (timp) care necesita a fi setat. Mai apoi este necesara alegerea corecta a sistemului solar.

Setarea ceasului :

Apăsați butonul “SET”, aria de selectare a orei “00” va palpai pe ecran ;

Apăsați “+” “-” in vederea setării orei ;

Apăsați „ →” din nou, aria de selectare a minutelor va palpai pe ecran ;

Apăsați “+” “-” in vederea setării minutelor ;

După 8 secunde, controlerul va confirma in mod automat setarea, timpul prezent fiind afișat pe ecran.

5.5 Setarea si operarea functiilor controlerului

Descrierea funcției “auto”

Primul timp: alimentarea cu apa se face in procent de 50% la 3 dimineața, încălzirea apei la 500 la ora 4 dimineața pentru a asigura necesarului de apa calda când utilizatorul se trezește ;

Al doilea timp: alimentarea cu apa se face in procent de 100% la 9 dimineața, încălzirea apei se va face cu ajutorul radiației solare fără pornirea rezistentei electrice la o temperatura cat mai mare ;

Al treilea timp: alimentarea cu apa se face in procent de 100% la ora 16, încălzirea apei la 600 la ora 17 in vederea asigurării necesarului de apa calda pentru seara.

Nota: Setarea acestor parametrii poate fi făcută in concordanta cu nevoile consumatorilor. Setarea de mai sus este cea standard făcută de producător.

Pornirea/Oprirea încălzirii automate înăuntrul a trei perioade de timp.

Daca doriți dezactivarea funcției de încălzire înăuntrul a trei perioade de timp următorii pași trebuie urmați:

 Apăsați timp de trei secunde si aceasta funcție va fi dezactivata, iar semnalul încălzirii nu va mai fi afișat pe ecranul controlerului ;

 Apăsați din nou timp de trei secunde daca doriți activarea acestei funcții.

Descrierea funcționala a rezistentei electrice:

Sistemul solar poate fi combinat cu un sistem electric de încălzire auxiliar sau gaz, boiler pe petrol, controlerul putând realiza in mod automat reglajele asupra timpului si temperaturii de încălzire. In timpul perioadei de timp presetata, sursa auxiliara începe sa lucreze când temperatura apei este sub temperatura de pornire presetata a rezistentei electrice.

Atunci când temperatura apei din rezervor depășește temperatura de oprire presetata, sursa auxiliara încetează a mai încălzi. Atunci când funcționarea rezistentei electrice nu se încadrează in perioada de timp prestabilita, aceasta nu va lucra, nici măcar atunci când temperatura rezervorului atinge temperatura de pornire a rezistentei electrice.

Funcția de programare a alimentarii cu apa in interiorul a trei perioade de timp :

Pașii de setare:

Apăsați butonul “SET”, aria de selectare a timpului va palpai pe ecran, in acest fel putând fi setate timpul si temperatura de pornire a încălzirii auxiliare

Apăsați “+” “-” pentru a fixa ora

Apăsați butonul de transfer „→” pentru a trece in zona de setare a minutelor

Apăsați “+” “-” din nou pentru a seta minutele

Apăsați butonul de transfer „→” pentru a trece in zona de setare a temperaturii

Apăsați “+” “-” pentru a fixa temperatura de pornire a incalzirii auxiliare.

Interval de ajustare 000 – 800 , setarea implicita este de 500C

Apăsați butonul de transfer din nou „→” pentru a putea seta timpul de pornire al alimentarii cu apa

Apăsați “+” “-” pentru a fixa ora

Apăsați butonul de transfer „→” pentru a putea seta minutele

Apăsați “+” “-” pentru a fixa minutele

Apăsați butonul de transfer „→” pentru a putea seta nivelul apei

Apăsați “+” “-” pentru a fixa nivelul apei

Opt secunde mai târziu controlerul va confirma setările făcute.

Urmând pașii de mai sus, trei perioade de timp pot fi selectate si setate in decursul a 24 de ore :

Primul timp: alimentarea cu apa se face in procent de 50% la 3 dimineața si automat încălzirea apei la 500 la ora 4 dimineața pentru a asigura necesarul de apa calda când utilizatorul se trezește;

Al doilea timp: alimentarea cu apa se face in procent de 100% la 9 dimineața, încălzirea apei se va face cu ajutorul radiației solare fără pornirea rezistentei electrice la o temperatura cat mai mare;

Al treilea timp: alimentarea cu apa se face in procent de 100% la ora 16, încălzirea apei la 600 la ora 17 pentru a asigura necesarul de apa calda seara .

Controlerul are memorie de funcționare, setarea se va păstra in memoria acestuia nefiind necesar sa repetați setarea in fiecare zi;

Setarea poate fi verificata prin apăsarea butonului „SET” .

Funcția de furnizare a apei calde in cazul existentei unui boiler suplimentar

Când temperatura apei este sub temperatura presetata “Ah on”, electrovalva R2 se deschide, apa din rezervor este încălzită in boilerul suplimentar si mai apoi furnizata consumatorului. Când temperatura apei creste însă, pana la temperatura presetata “Ah of”, electrovalva se închide, iar apa calda este pregătită direct in rezervorul de apa.

Figura 5.5a Imagine – functia furnizare apa calda

Pașii de setare:

Apăsați butonul “SET” pana când “Ahon” va fi afișat in zona de afișaj a timpului, temperatura presetata este de 400C;

Apăsați “+” “-” pentru a regla temperatura de pornire interval de reglaj 20 – 800C;

Apăsați din nou butonul „SET” pana când „Ahof” va fi afișat pe ecranul controlerului in zona de afișaj a timpului. Temperatura afișata de controler este de 450C, aceasta fiind setarea implicita făcută de producător;

Apăsați “+” “-” pentru a seta temperatura de închidere, interval de reglaj 20-800C.

Funcția de încărcare manuala a apei – când rezervorul de apa nu este plin, iar utilizatorul dorește sa înceapă procesul de încărcare al apei imediat, acest lucru va putea fi realizat prin apăsarea butonului . Va fi activata astfel funcția de încărcare manuala a apei.

Funcția de încărcare a apei conform temperaturii presetate – când aceasta funcție este activata, apa va fi încărcata conform temperaturii de incarcare presetata. In cazul in care rezervorul de apa nu este plin, iar temperatura rezervorului este mai mare
decât temperatura presetata, controlerul va începe sa încarce apa automat pana când temperatura rezervorului scade cu 50C fata de temperatura de incarcare. In cazul in care nivelul apei este schimbat in același timp, atunci incarcarea apei va porni după 60 de minute si astfel se vor evita schimbările bruște de temperatura care ar putea cauza arsuri consumatorului. Aceasta funcție este utilizabila intre 8 dimineața si 5 după amiaza .

Alimentarea cu apa când se întâmplă pauze – aceasta funcție se folosește in doua situații :

Situația 1 : Atunci când nivelul apei scade de la un nivel înalt la un nivel scăzut, controlerul va indica ca exista o lipsa de apa in rezervor si după 30 de minute va începe alimentarea cu apa pana la nivelul presetat. Aceasta este setarea implicita

Situația 2 : Când utilizatorul dorește ca rezervorul sa fie întotdeauna plin, in momentul in care nivelul apei scade sub 80% din capacitatea acestuia, controlerul va începe alimentarea cu apa pana la umplerea 100%

Apăsați „ → „ timp de trei secunde, semnalul de indicare a nivelului apei va apărea pe ecran, ceea ce înseamnă ca aceasta funcție este activate;

Apăsați din nou „ → „ timp de trei secunde, semnalul de indicare a nivelului apei va apărea pe ecran ceea ce înseamnă ca aceasta funcție este dezactivata.

Funcția de încălzire la temperatura constanta – când aceasta funcție este activata, controlerul va declanșa încălzirea electrica conform temperaturii setate de utilizator.

Atunci când temperatura rezervorului este cu 80 sub temperatura presetata, rezistenta electrica este activata imediat si funcționează pana când temperatura dorita de consumator este atinsa. Acest proces se repeta in mod automat pentru a menține temperatura apei din rezervor constantă.

Protecția colectorului la temperaturi înalte – in situația in care nu este apa in rezervor, temperatura rezervorului depaseste 1000C, butonul incarcarii cu apa este invalid, iar ecranul controlerului afișează „E4”, incarcarea cu apa este complet oprita pana când temperatura rezervorului scade sub 800C . In acest fel se evita situațiile in care tuburile s-ar putea sparge din cauza diferențelor mari de temperatura.

Protecția colectorului la presiune scăzuta a apei -in timpul incarcarii cu apa datorita presiunii scăzute a apei, controlerul va declanșa automat protecția colectorului la presiune scăzuta, iar semnalul corespunzător va fi afișat pe ecranul controlerului. După 30 de minute controlerul va dezactiva aceasta funcție automat. Astfel se evita distrugerea ventilului electromagnetic din cauza funcționarii îndelungate.

Funcția „auto” – apăsați butonul „Set ” timp de trei secunde, iar ecranul controlerului va afișa parametrii setați de producător.

Funcția de protecție – protecția memoriei controlerului la căderile de current .

In cazul căderilor de curent, controlerul va păstra parametrii setați neschimbați.

Nota: Când nivelul apei din rezervor scade sub 50% din capacitatea acestuia, funcția de incarcare a rezervorului va fi activata automat. Rezervorul se va umple in proporție de 50% din capacitate, evitându-se astfel situațiile in care încălzirea s-ar produce fără apa in rezervor. Când aceasta funcție este activata, funcția de încălzire înăuntrul a trei perioade de timp presetate va fi dezactivata in mod automat.

5.6 Date tehnice privind aparatura

Înfățișarea controlerului: vedeți produsul însuși (dimensiuni: 210mm x 145mm x 48mm).

Sursa de alimentare cu energie electrica, curent alternativ, 230V ±10%;  Puterea consumata < 3 W;

Eroarea de măsurare a temperaturii ± 2oC;

Intervalul de măsurare a temperaturii 0 ÷99 C;

Intervalul de afișare al temperaturii 0 ÷ 00 C;

Puterea potrivita pompelor: 2 pompe pot fi conectate, puterea fiecărei pompe < 600W;

Puterea potrivita rezistentei electrice auxiliare: cea standard = 2000W, variante selectabile 3000W;

Temperatura ambientului -10oC – 500C;

Gradul de protecție împotriva prafului si apei: IP40;

Fisa cablului de alimentare: alegerea clientului;

BIBLIOGRAFIE

A. MANUALE UTILIZATE :

1. Manualul „ Solar System Controler SR500 ”

2. Manualul Utilizarea Energiei Solare

B. SURSE ON-LINE UTILIZATE :

1. http://www.scrigroup.com/

2. http://www.sistemeeco.ro/

3. http://www.lake-garda.net/

4. http://www.microlab.club/2012/09/introducere-in-arhitectura/

5. http://www.scritub.com/stiinta/informatica/Notiunea-de-microcontroler/

6. http://www.scribd.com/

Anexa nr. 1 – Lista figurilor

Figura 1.2a Schema privind distributia geografica a energiei regenerabile in Romania…5

Figura 1.2b Harta privind potentialul exploatabil prin sisteme solare la nivel national….6

Figura 2.2. Schema interactiunilor dintre energia solara si atmosfera…………….…..….11

Figura 2.2.1b Raportul dintre radiatia difuza si radiatia directa…………………..…….13

Figura 2.2.1c Variatia radiatiei solare in functie de directia razelor…………..…………14

Figura 2.2.1d Harta intesitatii radiatiei solare in Europa si Romania…………….…..…14

Figura 2.2.1e Harta schematica a radiatiei solare in Romania…………………..…..…..15

Figura 2.2.1f Nivelul mediu al insolatiei in Bucuresti……………..……………….……15

Figura 2.2.2a – Spectrul radiatiei sol………………………………………………….….16

Figura 2.2.2b – Unghiuri solare………………………………………………………….17

Figura 2.2.2c – Intensitatea radiatiei solare normale…………………………………………………18

Figura 2.3a. Panou solar fotovoltaic………………………………………………………………………20

Figura 2.3b. Panou solar termic…………………………………………………………………………….20

Figura 2.3.1a Panouri solare – schema sistem incalzire panouri solare……………….22

Figura 3.1.3 – Arhitectura Microcontrolerului…………………………………………26

Figura 3.1.4 Arhitectura nucleului Microcontrolerului…………………………………………….26

Figura 3.1.5a Schema simplificata a unui microcontroler…………………….…….….28

Figura 3.1.5b Schema blog a unui microcontroler……………………………….…….29

Figura 4.2.1a Senzor PT1000………………………………………………….…………36

Figura 4.2a Senzor NTC…………………………………………………………………37

Figura 5.1a Imagine detalii electrovalva…………………………………………………41

Figura 5.1b Imagine senzor de temperature…………………………………….………..43

Figura 5.2a Diagrama sistemului solar………………………………………………….44

Figura 5.3a Detalii butoane controler………………………………………………..…..45

Figura 5.3b Detalii zone afisaj controler……………….……………………….……….45

Figura 5.5a Imagine – functia furnizare apa calda……………………………………..…50

Anexa nr. 2 – Lista tabelelor

Tabel 5.1a Detalii conectare sursa de alimentare………………….….………………….40

Tabel 5.1b Detalii privind verificarea electroventilului…………………………….……42

Tabel 5.3a Functiile butoanelor controlerului………………………………….…….…..45

Tabel 5.3b Semnificatia semnalelor care apar pe ecranul controlerului………………….46

Tabel 5.3c Explicarea semnalelor care apar pe ecranul controlerului…………….……..46