Мои увлечения Часть 1

С молодости у меня было два больших увлечения:
женщины и игрушечная железная дорога. Я стал
старше и понял, что два этих любимых занятия
мне теперь не потянуть, и я убрал игрушечную
железную дорогу на антресоль!

Хочу сразу предупредить, что все, что написано ниже, не предназначено для женских глаз. Редкой представительнице прекрасной половины человечества содержание этого рассказа будет понятно и интересно. Впрочем, все это - предрассудки. Милые дамы, читайте, если будет желание.

Это рассказ о том, как создавалась солнечная система обогрева и электроэнергии в моем дачном доме. А также о многочисленных устройствах, которые сделали его «умным».


Часть1. Как все начиналось

В 2021 году я случайно увидел в интернете видео, в котором иноземный мужчина демонстрировал изготовление воздушного солнечного коллектора своими руками. Он соединил пустые пивные банки в цепочку — трубу. Полученный воздушный канал покрасил из баллончика черной краской и поместил в невысокий плоский прямоугольный корпус из фанеры. Закрыл всю конструкцию стеклом. Затем  соединил воздушный канал из банок с нижним отверстием для забора воздуха. А верх воздушного канала вывел через отверстие в корпусе и в стене в комнату дачного дома, установив там вытяжной вентилятор. Полученное устройство он закрепил вертикально на солнечной стороне дома. Солнечные лучи, попадая через стекло на черную трубу из пивных банок, нагревали воздух в них, а вентилятор подавал горячий воздух в комнату для ее бесплатного обогрева. У демонстратора в коллекторе было шесть трубок из банок, и этого хватало для обогрева его двадцатиметровой комнаты днем.
Идея мне понравилась, и я решил ее реализовать. Начал с элементной базы - во время зимней поездки в Финляндию я приобрел ящик пива в металлических банках подходящего размера. Не любитель пива, но банки были очень достойные.
Я уже был готов приступить к реализации этого проекта, как вдруг увидел в интернете, что в продаже появились вакуумные солнечные коллекторы. В них происходил нагрев солнечными лучами не воздуха, а теплоносителя. Мне понравился вакуумный коллектор с восемнадцатью зеркальными трубками, обеспечивающими нагрев не только фронтально, но и под углом, следуя за перемещением солнца по небосводу. Я стал интересоваться, где их можно  приобрести в Санкт-Петербурге, и искать отзывы об использовании солнечных коллекторов в наших широтах. Не обнаружил ни того, ни другого. В итоге нашел московскую фирму и в декабре 2021-го года приобрел два таких коллектора с доставкой. Менеджер уговаривал меня купить три, так как в Санкт-Петербурге «солнышка очень мало». Я отказался и впоследствии понял, что поступил правильно — двух вполне достаточно, а иногда и избыточно. Пока мои коллекторы ехали из Москвы, я нашел производителя бойлеров с двумя змеевиками и заказал изготовление бойлера на 220 литров. Но самым сложным оказалось отыскать компанию, которая взялась бы смонтировать мои коллекторы весом по 140 килограмм каждый на крыше моего дачного дома и выполнить весь комплекс работ по подключению бойлера, трехходового клапана, вакуумного насоса, групп безопасности и горячего водоснабжения. Одна фирма согласилась получить мое оборудование у перевозчика, бойлер у производителя и поместить на свой склад на зиму с тем, чтобы весной приступить к монтажу.
В марте 2022-го года мне доставили на дачу приобретенное оборудование. Директор монтажной компании Павел приехал лично, чтобы осмотреть место установки бойлера и коллекторов. Бойлер весил  92 кг, а установить я его планировал на чердаке дачного дома, путь на который шел по деревянной винтовой лестнице. Павел погрустнел, как мне показалось, и сказал:

- Мы сейчас заняты на другом объекте. К вам приедем через неделю.

Прошла неделя, две, три, месяц. Телефон Павла не отвечал. В апреле я дозвонился до него, правда с чужого телефона и услышал:

- Я не возьмусь за монтаж, нет у меня опыта в установке вакуумного солнечного коллектора. Да и вряд ли вы кого в нашем регионе найдете. Извините, но это так.

Я стал звонить в городские компании, занимающиеся солнечной энергетикой.

- Солнечные батареи установим. За коллекторы не беремся, - отвечали мне все.

Каждый день, проходя мимо коллекторов, прислоненных в упаковочной таре к стене дома, я грустил от сложившейся никак не разрешаемой ситуации.
И вдруг мне позвонил производитель бойлера и подсказал мне контакт человека, который был готов попробовать монтировать солнечные вакуумные коллекторы, да и всю необходимую мне систему. Я позвонил, и Алексей согласился выполнить эту работу. Мы договорились с ним и стали согласовывать проект солнечной системы.
В системе планировалось два датчика температуры. Один измерял температуру теплоносителя в солнечном коллекторе, а второй температуру воды в бойлере.  В зависимости от разности температур должен включаться и выключаться циркуляционный насос, а при превышении температуры в бойлере заданной должен переключаться контур с обогрева воды в бойлере на обогрев подвала излишним теплом. Для этого в подвале планировалось установка радиаторов отопления, подключенных к трехходовому клапану солнечной системы. Кроме того, в бойлере будет установлен электрический ТЭН для подогрева воды зимой, чтобы предотвратить замерзание воды в бойлере в морозы на неотапливаемом чердаке. ТЭН будет включаться автоматически по алгоритму контроллера или вручную с мобильного телефона через WI-FI.
Принимать сигналы от температурных датчиков и управлять циркуляционным насосом, клапаном и ТЭН согласно заданному алгоритму и параметрам должен контроллер солнечной системы. Китайский вариант контроллера меня не устроил — не интересно настраивать систему с чужими ограничениями. И я решил разработать собственный контроллер для решения данной задачи. Тем более, что моя разработка могла бы быть полезна и другим людям в будущем. Да и сделать что-то новое всегда интересно и полезно для тренировки мозга.
Для этого я взял уже разработанное мной ранее «железо», серийно производимое и используемое компанией, где я работаю, в других ответственных применениях. И решил написать алгоритм функционирования элементов солнечной системы и программу для контроллера на языке Ассемблера. К моменту начала монтажа у меня все было готово. Отлаживал я свое устройство, имитируя работу температурных датчиков с помощью магазина сопротивлений.
Как-то вечером двое крепких парней — моих уважаемых соседей подняли тяжелый бойлер по винтовой лестнице на второй этаж. Я сварил магистрали холодной и горячей воды и подключил их к действующей системе водоснабжения в доме. Все было готово к предстоящему монтажу коллекторов.
И тут в одно чудесное воскресенье в садоводстве произошло отключение электроэнергии. Надо сказать, что такое у нас бывает довольно часто. Энергоснабжение осуществляется от сети железной дороги.
У моего соседа обогрев дома осуществлялся от дровяного котла. Теплоноситель циркулировал в системе отопления с помощью электрического насоса. Насос остановился, давление в системе стало расти. Сосед забегал в панике. Хорошо, что вскоре электроснабжение было восстановлено. И тогда я задумался о том, что произойдет с моим солнечным коллектором в безоблачный летний день при аварийном отключении электроэнергии. Нужно бесперебойное питание для циркуляционного насоса! Поскольку для моей системы критичны отключения в солнечные дни, я решил сделать блок бесперебойного питания на основе солнечной панели и аккумулятора. Для этой цели с учетом, что потребляемая мощность циркуляционного насоса всего 60-90 Вт, я выбрал солнечную панель на 200 Вт и заказал ее.
И вот уже в июле ко мне приехала монтажная бригада — Алексей и его два помощника.
Я к этому времени одолжил у соседа и установил металлические леса.
Коллекторы втроем закрепить не получалось — не хватало рук. И тогда я с удовольствием подключался — подержать, пока их закрепляли.  И вот все было смонтировано на крыше и для пробы в коллекторы была подана вода из шланга. День был солнечный и на выходе коллектора послышалось характерное шипение — в ведро полилась горячая вода. Герметичность соединений была проверена и монтажники приступили к работе на чердаке. Собрали систему с трехходовым клапаном, расширительными баками и подключились к змеевику бойлера. Залили в магистраль солнечной системы антифриз. Было уже очень поздно. Монтажники уехали, чтобы вернуться через неделю для завершения работ.
Мою приобретенную солнечную панель на 200Вт Алексей предложил не ставить, а установить рядом с коллекторами шесть солнечных батарей по 300 Вт каждая. Я согласился только на четыре, так как опасался, что московский менеджер мог быть прав и два моих солнечных вакуумных коллектора в условиях наших северных широт могут оказаться недостаточными для нагрева бака бойлера 220л и мне может понадобиться третий коллектор, поэтому нужно оставить место для него.
В следующий  приезд Алексей привез четыре солнечных панели, китайский инвертор для преобразования постоянного тока от солнечных батарей в 220В переменного тока и четыре свинцовых аккумулятора 12В 100А. Солнечные панели установили на крыше рядом с двумя солнечными вакуумными коллекторами. Подключили инвертор и аккумуляторы. У меня были установлены два реле напряжения с индикаторами, отображающими напряжение и потребляемый ток. Было очень приятно увидеть, что при потреблении домашними устройствами 10А, от сети электроснабжения потребление было 2,4 А. Но не понравилось сразу, что инвертор был очень шумный, гудели постоянно вентиляторы охлаждения.
Я подключил к сделанному мною контроллеру датчики температуры бойлера и самого коллектора, циркуляционный насос и трехходовой клапан. Перевел контроллер в ручной режим, нажал кнопку «бойлер». При этом замигал индикатор «бойлер» и стал открываться трехходовой клапан. Когда он открылся в положении бойлер - вакуумный коллектор, индикатор «бойлер» зажегся постоянно и включился циркуляционный насос, обеспечивая перемещение теплоносителя от коллектора на крыше в змеевик бойлера. Затем я нажал кнопку «отопление» и трехходовой клапан переключился в положение «вакуумный коллектор — радиаторы отопления» . Для сброса лишнего тепла от бойлера в солнечный день я предусмотрел установку радиаторов отопления в подвале дома. Контроллер в ручном режиме отработал согласно заданному мной алгоритму. На семисегментном индикаторе контроллера по очереди отображалась температура теплоносителя в вакуумном коллекторе  и воды в бойлере. Были использованы датчики температуры NTC. Далее я переключил ключом контроллер в автоматический режим  и с помощью ноутбука выставил интуитивно параметры: разницу температур коллектора и бойлера, при которой должен включаться циркуляционный насос; предельную температуру,  при которой нужно переключать клапан в положение отопление, и температуру, при которой нужно переключать клапан в положение бойлер.