Bij het slim aansturen van een elektrische boiler met zon-overschot wordt vaak gebruikgemaakt van een elektronisch relais. Dit relais zorgt ervoor dat de BoilerController het verwarmingselement van de boiler veilig kan aansturen op basis van beschikbaar zonne-overschot.
Hiervoor worden meestal twee typen relais toegepast:
- SSR
- PSSR
Hoewel deze namen veel op elkaar lijken, is alleen één van de twee daadwerkelijk geschikt om op zon-overschot te sturen. In deze blog leggen we uit wat een SSR is, wat een PSSR is, en waarom je voor het volgen van zon-overschot altijd een PSSR nodig hebt en geen SSR.
Wat is een SSR?
SSR staat voor Solid State Relay.
Een SSR is een elektronische schakelaar die zonder mechanische contacten werkt. In plaats van een traditioneel relais met klikcontacten gebruikt een SSR halfgeleiders om spanning in of uit te schakelen.
De werking van een SSR is eenvoudig:
- er wordt spanning doorgelaten;
- of de spanning wordt volledig onderbroken.
Een SSR kent dus maar twee standen: aan of uit. Er bestaat geen middenweg.
Kenmerken van een SSR
Een SSR:
- schakelt geruisloos;
- heeft geen bewegende delen;
- heeft een lange levensduur;
- is bedoeld voor eenvoudige aan/uit-sturing.
Het is daarmee een betrouwbare oplossing voor installaties waarbij apparaten, zoals een boiler, volledig aan- of uitgeschakeld hoeven te worden. Voor het nauwkeurig volgen van een variabel zon-overschot is dit type sturing echter niet geschikt.
Snelle schakeling op de nuldoorgang van de sinusgolf
Een veelgehoorde gedachte is dat je een SSR toch kunt gebruiken om zon-overschot te volgen, door het relais heel snel achter elkaar aan en uit te schakelen.
Dit schakelen gebeurt dan op de nuldoorgang van de sinusgolf van de netspanning: het SSR schakelt precies in of uit op het moment dat de wisselspanning door nul volt gaat. Hierdoor verloopt het schakelen elektrisch rustig (met weinig EMI-storing tot gevolg).
De BoilerController zou dit binnen tijdsblokken van bijvoorbeeld één seconde kunnen doen, waarbij het SSR meerdere keren per seconde aan en uit gaat.
Voorbeeld: een boiler heeft een vermogen van 1000 watt, maar er is slechts 700 watt zon-overschot beschikbaar. De BoilerController zou het SSR dan binnen één seconde 0,7 seconde kunnen inschakelen en 0,3 seconde uitschakelen. Omdat dit zo snel gebeurt, ziet de P1-meter geen losse pieken, maar een gemiddeld verbruik over de meetperiode van circa 700 watt.
Voor de P1-meter lijkt het dus alsof de boiler netjes rond het beschikbare overschot verbruikt.
Waarom dit in de praktijk niet werkt: SSR is geen geschikte oplossing
Dit klinkt logisch, maar hier zit precies het probleem, en dat is de reden dat een SSR simpelweg niet gebruikt kan worden om op zon-overschot te sturen.
Een SSR kent maar twee standen: vol vermogen, of niets. Tijdens dat "aan"-gedeelte van de seconde trekt de boiler zijn volledige 1000 watt, ongeacht hoeveel zon-overschot er op dát exacte moment daadwerkelijk beschikbaar is. De P1-meter middelt dit weliswaar netjes uit over de meetperiode, maar dat gemiddelde zegt niets over wat er per moment echt gebeurt: de meterstanden middelen namelijk niet echt uit, maar worden vele malen per seconde bijgewerkt. Zowel de teruglever- als de afnameteller loopt dus daadwerkelijk op, ook al toont de P1 achteraf een keurig gemiddelde.
In de praktijk betekent dit dat de boiler tijdens die "aan"-momenten gewoon stroom uit het "kan" halen, zodra het werkelijke zon-overschot lager is dan het volledige vermogen van de boiler (en dat is bijna altijd het geval, tenzij het overschot toevallig exact het volledige boilervermogen is, of hoger). Er is geen tussenweg mogelijk: het is alles of niets. Bij wisselende bewolking, of gewoon omdat het overschot zelden precies 0 of 1000 watt is, is het dus mogelijk dat er dus netstroom afgenomen wordt tijdens de "aan"-momenten.
Kortom: het snel schakelen van een SSR levert weliswaar een mooi ogend gemiddelde op de P1-meter op, maar dat is niet hetzelfde als daadwerkelijk sturen op zon-overschot. Een SSR is en blijft een aan/uit-schakelaar, en is daarom niet geschikt om een boiler nauwkeurig op wisselend zon-overschot te laten meebewegen.
(De BoilerController ondersteund wel het gebruikt van een SSR naast een PSSR om simpelweg "iets" aan te zetten)
Een SSR werkt bovendien alleen met eenvoudige boilers
Naast dit fundamentele probleem is een SSR ook nog eens alleen geschikt voor boilers die direct actief worden zodra er spanning op staat. Dat zijn meestal eenvoudige modellen met:
- een mechanische thermostaat;
- een draaiknop;
- analoge regeling;
- geen digitale elektronica.
Veel nieuwere boilers hebben echter extra elektronica, zoals een LCD-scherm, digitale temperatuurinstelling, timers, eco-programma's of wifi. Deze boilers hebben een interne besturing die continu spanning nodig heeft. Wanneer een SSR de voedingsspanning telkens volledig wegneemt, kan het gebeuren dat de boiler opnieuw moet opstarten, instellingen verliest, of niet vanzelf terugkeert naar verwarmingsmodus.
Zowel om deze reden als om de reden hierboven is een SSR dus geen geschikte keuze om een boiler op zon-overschot te sturen
Wat is een PSSR?
PSSR staat voor Proportional Solid State Relay, ook wel bekend als Phase Angle Control SSR (faseaansnijding).
Dit is eveneens een elektronische vermogensschakelaar, maar in tegenstelling tot een SSR kent een PSSR geen aan/uit-standen. Een PSSR regelt het vermogen dat naar de boiler gaat proportioneel, via faseaansnijding — dezelfde techniek die ook in lichtdimmers wordt gebruikt.
Een PSSR is dus in feite de dimmer voor je boiler.
De BoilerController stuurt een PSSR aan met een 0–10V-signaal. Op basis van dit signaal bepaalt de PSSR hoeveel vermogen er aan de boiler wordt afgegeven:
- weinig beschikbaar zon-overschot = laag vermogen;
- meer beschikbaar zon-overschot = hoger vermogen.
Wat doet een PSSR bij een boiler?
Waar een SSR alleen kan pulsen tussen vol vermogen en niets, stuurt een PSSR het vermogen direct en continu aan. Is er op een gegeven moment maar 200 watt zon-overschot beschikbaar, dan levert de PSSR ook daadwerkelijk 200 watt aan de boiler — niet 1000 watt gedurende een deel van de tijd.
Hierdoor volgt de boiler het werkelijke zon-overschot op elk moment, in plaats van alleen een gemiddelde die achteraf op de P1-meter klopt. Dit is het fundamentele verschil met een SSR: een PSSR trekt nooit meer vermogen dan er op dat moment daadwerkelijk beschikbaar is, en voorkomt zo dat er alsnog stroom van het net wordt afgenomen*.
*) De BoilerController handelt dit gedeelte voor je. Een PSSR blijft met 0-10V werken - niet met een vermogen.
Waarom werkt een PSSR met meer typen boilers?
Doordat een PSSR de voedingsspanning niet telkens volledig onderbreekt, blijft de aansturing van de boiler veel stabieler. Voor boilers met elektronische besturing is dat belangrijk: de interne elektronica hoeft niet steeds volledig uit en weer op te starten. Dat voorkomt problemen zoals resetten, opstartvertraging, softwarefouten en het niet automatisch hervatten van de boiler.
Een aandachtspunt bij zeer laag vermogen
Een PSSR kan de boiler zeer nauwkeurig regelen, maar bij extreem lage vermogens gaat de boiler simpelweg niet aan. Elke boiler heeft namelijk een minimumvermogen nodig voordat hij daadwerkelijk gaat verwarmen; onder die grens gebeurt er niets. Dit minimum verschilt per boiler en hangt af van de componenten die erin zitten: de ene boiler gaat pas vanaf ongeveer 200 watt aan, de andere pas vanaf 500 watt of nog hoger.
Daarnaast geldt dat wanneer het aangestuurde vermogen dicht bij dat minimum komt, de werking minder efficiënt wordt, omdat de boiler dan nog maar een zeer klein deel van de sinusgolf gebruikt. Dit kan leiden tot beperkte warmteopbrengst, een tikkend/ratelend geluid, en lichte harmonische netvervuiling.
De BoilerController houdt hier rekening mee. Zo is er een minimum wattage op te geven en is de firmware slim genoeg om te bepalen of je boiler aan/uit staat.
Het belangrijkste verschil tussen SSR en PSSR
Het verschil tussen een SSR en een PSSR is niet slechts een kwestie van techniek, maar bepaalt direct of je systeem wel of niet daadwerkelijk op zon-overschot kan sturen.
- SSR: alleen aan of uit. Snel schakelen zorgt voor een mooi gemiddelde op de P1-meter, maar tijdens de "aan"-momenten wordt gewoon het volledige vermogen van de boiler gebruikt — vaak meer dan het beschikbare zon-overschot. Een SSR trekt daardoor onvermijdelijk stroom uit het net en is dus niet geschikt om een boiler op zon-overschot te sturen.
- PSSR: regelt het vermogen proportioneel, net als een dimmer. De boiler krijgt op elk moment precies het vermogen dat overeenkomt met het beschikbare zon-overschot. Dit is de enige van de twee die daadwerkelijk geschikt is om een boiler op zon-overschot te sturen.
Kort samengevat
- SSR = alleen aan/uit-schakelen. Ondanks de mogelijkheid tot razendsnel schakelen, is dit niet geschikt om op zon-overschot te sturen: je haalt alsnog stroom uit het net.
- PSSR (ook wel Phase Angle Control SSR) = proportioneel vermogen regelen, oftewel het "dimmen" van je boiler. Dit is de juiste oplossing om nauwkeurig op zon-overschot te sturen.
We gaan binnenkort in onze eigen testopstelling aan de slag met de Kemo-oplossingen. Hier komen we in een volgende blog op terug.
Reactie plaatsen
Reacties