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published: "2025-12-11"
language: "en"
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source: "WIZnet Makers (https://maker.wiznet.io/)"
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# Differential Solar Controller

> Centralina Solare utilizes WIZnet W5500 for robust solar control. It ensures stable Ethernet connectivity in basements, overcoming WiFi limits for reliable IoT.

Original author: carletz.slug (source: https://oshwlab.com/carletz.slug/centralina-solare)

## Article

## **English Version**

## Project Overview: The "Traffic Controller" of Heat

A solar thermal system doesn't work just by having panels on the roof. It requires precise control of **'Heat Movement'**: moving hot fluid to the storage tank, reheating it when it cools, and distributing it for domestic use.

**'Centralina Solare'** acts as the brain managing this flow. Think of it as a **"Traffic Light for Energy."Panels are hot?** → Turn on the pump to move water to the tank.

**Tank is full?** → Divert the flow to a secondary tank (via a 3-Way Valve).

**Internet Connection?** → Report current temperature and status to the server (Home Assistant) via the **WIZnet W5500**.

This device allows users to check if "the water is heated to 50°C" from their living room smartphone, without having to descend into a dark basement.

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## 2. WIZnet Chip Focus: Why W5500 over WiFi?

The most notable feature of this project is the choice of **Wired Ethernet (W5500)** over Wireless (WiFi). From WIZnet's perspective, this is a highly logical and exemplary design choice.

### 🚩 The Pain Point

Solar controllers and boiler systems are typically installed in **basements, mechanical rooms, or inside thick metal cabinets**. These environments are essentially **"Graveyards for Wireless Signals."** If WiFi disconnects or becomes unstable, the user loses the ability to monitor the heating system's critical status.

### 💡 The W5500 Solution

The designer solved this by integrating the **WIZnet W5500 Ethernet Controller**.

**Hardware TCP/IP Stability:** The W5500 handles internet protocols via hardwired logic. While the main MCU (e.g., ESP32) focuses on pump control and temperature calculations, the W5500 ensures seamless data communication.

**SPI Interface:** It connects to the MCU using few pins via SPI, leaving plenty of GPIOs available for temperature sensors and relay controls.

**Industrial Reliability:** It guarantees stable 24/7 MQTT data transmission via a wired LAN, even in the electrical noise and harsh conditions of a mechanical room.

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## 3. Technical Deep Dive

This section analyzes the core technology blocks for engineers and developers.

### A. Control Logic & Communication

**MCU:** The brain of the system. It reads temperature sensor values and calculates `ΔT` (Delta T: the temperature difference between the collector and the tank). If the difference exceeds the setpoint, the pump is activated.

**Ethernet (W5500):** Connects to the MCU via SPI. using the MQTT protocol, it transmits `On/Off` status, `Current Temperature`, and `Error Messages` to the upper-level system (OpenHAB, Home Assistant).

### B. Power Control Stage

**TRIAC Control:** Instead of mechanical relays, **TRIACs** are used to control AC motor loads like pumps. This ensures a longer lifespan (no mechanical wear) and includes **Zero-crossing detection** circuits to minimize switching noise.

**Galvanic Isolation:** The high-voltage side (220V) and the low-voltage side (Control unit) are completely isolated using **Optocouplers**, protecting the W5500 and MCU from electrical surges.

### C. Sensor Interface

**Temperature Sensing:** Analog inputs are used to monitor temperatures at multiple points (Solar Panel, Main Tank, Secondary Tank) in real-time.

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## 4. Value & Potential Derivatives

This project demonstrates the power of WIZnet solutions in the context of **"IoT Retrofitting for Analog Systems."**

### 💎 WIZnet Value Proposition

**Industrial IoT (IIoT) Suitability:** Although a home project, the design specifications (Isolation, Wired Communication, TRIAC control) are close to industrial standards. It proves the W5500 is suitable for **Mission Critical** facility monitoring where failure is not an option.

**MCU Independence:** By using the W5500, users can "add-on" robust internet capabilities to any MCU they prefer, whether it's an 8-bit AVR or a high-performance 32-bit ARM.

### 🚀 Derivative Projects

Based on this design, the concept can be expanded into the following industrial solutions:

**Smart Farm Nutrient Control:** Applying the pump control logic to remotely control water and nutrient supply systems in greenhouses via Ethernet.

**Factory Cooling Monitor:** Monitoring coolant temperatures in factory equipment, controlling circulation pumps, and sending immediate alarms to a central control room in case of anomalies.

**UPS Battery Room Management:** Reliably monitoring temperature and status in underground battery rooms where wireless signals are weak or non-existent.

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## 한글 버전

## 1. 프로젝트 개요: 태양열 시스템의 "교통 정리"

태양열(Thermal) 에너지 시스템은 단순히 패널만 있다고 작동하지 않습니다. 뜨거워진 물을 저장 탱크로 옮기고, 식으면 다시 데우고, 가정용 온수로 보내는 **'열(Heat)의 이동'**을 아주 정밀하게 제어해야 합니다.

**'Centralina Solare'**는 바로 이 열의 흐름을 제어하는 두뇌 역할을 합니다. 쉽게 비유하자면, **"에너지 교차로의 신호등"**과 같습니다.

**집열판이 뜨거워지면?** → 펌프를 돌려 물을 탱크로 보냅니다.

**탱크가 꽉 차면?** → 보조 탱크로 경로를 바꿉니다(3-Way 밸브).

**인터넷 연결?** → **WIZnet W5500**을 통해 현재 온도와 상태를 서버(Home Assistant)로 보고합니다.

일반 사용자는 이 장치를 통해 지하실에 내려가지 않고도 거실이나 스마트폰에서 "아, 지금 태양열로 물이 50도까지 데워졌구나"를 확인할 수 있게 됩니다.

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## 2. WIZnet Chip Focus: 왜 WiFi가 아닌 W5500인가?

이 프로젝트에서 가장 주목해야 할 점은 무선(WiFi)이 아닌 **유선 이더넷(W5500)**을 선택했다는 것입니다. 위즈네트의 관점에서 이것은 매우 타당하고 모범적인 설계입니다.

### 🚩 현장의 문제점 (Pain Point)

태양열 컨트롤러나 보일러 시스템은 주로 **지하실, 기계실, 혹은 두꺼운 금속 배전반** 안에 설치됩니다. 이러한 환경은 **'무선 신호의 무덤'**입니다. WiFi 연결이 끊기거나 불안정해지면, 사용자는 난방 시스템의 상태를 모니터링할 수 없게 됩니다.

### 💡 W5500의 솔루션 (Solution)

설계자는 **WIZnet W5500 이더넷 컨트롤러**를 탑재하여 이 문제를 해결했습니다.

**하드웨어 TCP/IP의 안정성:** W5500은 인터넷 통신 프로토콜을 칩 자체에서 하드웨어적으로 처리합니다. 메인 MCU(ESP32 등)가 펌프 제어와 온도 계산에 집중하는 동안, W5500은 끊김 없는 데이터 통신을 전담합니다.

**SPI 인터페이스:** 적은 수의 핀으로 MCU와 연결되어, 남는 핀들을 온도 센서나 릴레이 제어에 할당할 수 있게 해줍니다.

**산업용 신뢰성:** 기계실의 노이즈나 열악한 환경에서도 유선 LAN을 통해 24시간 안정적인 MQTT 데이터 전송을 보장합니다.

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## 3. 핵심 기술 분석 (Technical Deep Dive)

이 섹션에서는 엔지니어와 개발자를 위해 시스템의 핵심 기술을 블록별로 분석합니다.

### A. 제어부 (Control Logic) & 통신

**MCU:** 시스템의 두뇌입니다. 온도 센서 값을 읽어 `ΔT`(델타 T: 집열판과 탱크의 온도 차이)를 계산합니다. 차이가 설정값 이상이면 펌프를 가동합니다.

**Ethernet (W5500):** SPI 통신을 통해 MCU와 연결됩니다. MQTT 프로토콜을 사용하여 `On/Off` 상태, `현재 온도`, `에러 메시지`를 상위 시스템(OpenHAB, Home Assistant)으로 전송합니다.

### B. 전력 제어부 (Power Stage)

**TRIAC 제어:** 펌프와 같은 AC 모터 부하를 제어하기 위해 릴레이 대신 **TRIAC**을 사용했습니다. 이는 기계적 마모가 없어 수명이 길고, **Zero-crossing detection(영전위 검출)** 회로를 포함하여 스위칭 노이즈를 최소화했습니다.

**Galvanic Isolation:** 고전압(220V) 부과와 저전압(제어부) 사이를 **포토커플러(Optocoupler)**로 완벽하게 절연하여, W5500과 MCU가 전기적 쇼크로 파손되는 것을 방지합니다.

### C. 센서 인터페이스

**온도 감지:** 아날로그 입력을 통해 여러 지점(태양열 패널, 메인 탱크, 보조 탱크)의 온도를 실시간으로 감지합니다.

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## 4. 위즈네트 측면의 가치와 확장 가능성

이 프로젝트는 **"기존 아날로그 설비의 IoT 전환(Retrofit)"**이라는 측면에서 위즈네트 솔루션의 강력함을 보여줍니다.

### 💎 WIZnet의 가치 (Value Proposition)

**Industrial IoT (IIoT) 적합성 증명:** 가정용 프로젝트지만, 설계 사양(절연, 유선 통신, 트라이악 제어)은 산업용에 가깝습니다. W5500이 단순 취미용을 넘어, **실패하면 안 되는(Mission Critical)** 설비 모니터링에 적합함을 보여줍니다.

**MCU 독립성:** W5500을 사용함으로써, 사용자는 8비트 AVR이든 고성능 32비트 ARM이든 상관없이 원하는 MCU에 인터넷 기능을 '애드온(Add-on)' 할 수 있습니다.

### 🚀 파생 가능한 프로젝트 (Derivatives)

이 설계를 기반으로 다음과 같은 산업용 솔루션으로 확장이 가능합니다.

**스마트 팜 양액기 제어:** 태양열 펌프 제어 로직을 응용하여, 비닐하우스의 물과 양분을 공급하는 펌프 시스템을 이더넷으로 원격 제어.

**공장 냉각수 모니터링:** 공장 설비의 냉각수 온도를 체크하고 순환 펌프를 제어하며, 이상 발생 시 중앙 관제실로 즉시 경보 전송.

**UPS 배터리실 관리:** 무선이 잘 터지지 않는 지하 배터리실의 온도 및 상태를 유선망으로 안정적으로 감시.

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Source: https://maker.wiznet.io/Lihan__/projects/differential-solar-controller/