Solarmodule für Warmwasserheizung

Haus & Garten Heizung & Sanitär
#1

Moin moin,
Ich hab da folgendes Projekt und benötige dafür etwas Hilfe.

Ich habe schon sehr viel mit Solartechnik gemacht aber nun möchte ich etwas ausprobieren.
Ich möchte 4x250Watt/p Solarmodule zum erhitzen von Wasser (Warmwasser) nutzen. Hierbei möchte ich aber die Leistung (1000 WP, 28V–>ca 36A) nicht mit Niederspannung „transportieren“.
Mein Projekt ist wie folgt geplant. Solarmodule speisen ein MPP Wandler und ich nutze einen Heizstab zum erwärmen. Nun mein Problem:
Ich kann ja den Heizstab nicht an die Leistungsabgabe anpassen. Der hat eben 1500Watt. Gibt es eine Möglichkeit wie beim Direktbetrieb die volle Leistung in den Heizstab führen kann ohne das der Wechselrichter immer wegen Unterspannung oder Überlast abschaltet.

Oder sollte ich die 4 Module zusammenschalten (reihe) und dann mit mit einem 2000Watt Heizstab die Leistung herausziehen. 9A bekomme ich noch mit einfachen Mittel transportiert.

Gern würde ich auch mal hören was man grundsätzlich machen kann wenn man 100% nutzen möchte. Eine Batterielösung als Puffer ist nicht von Interesse.

#2

Warum nicht ?
Außer das man dicke Kabel braucht und einen „Tauchsieder“ mit Kleinspannung( gibt es !), wäre es sehr einfach. Und man nutzt immer die volle Leistung. Egal ob 1 A oder 36 A ankommen. Leistung(Wärme) ist doch Spannung x Strom.

Hast du denn überhaupt mal berechnet, welchen Querschnitt man bräuchte, unter Berücksichtigung der Länge und dem zugestandenen Leitungsverlust ?

MfG
duck313

#3

Danke für die schnelle Antwort (zuerst),

rein Nach der ersten Berechnung (Phi=1; 1% Verlust; 30m Länge; 36A;28V) benötige ich 150mm²… Also kein wirkliches Thema. Mit 25% Verlust liege ich bei 10mm²… aber das ist aus Leistungssicht nix (will ja Wasser aufheizen und nicht die Leitung.

Bei Reihnschaltung (Phi=1; 1% Verlust; 30m Länge; 9A;120V) liege ich bei 10mm². Hierbei müßte ich aber einen Heizstab mit 2500Watt benutzen um die Ströme ausnutzen zu können.

Könnte ich 230V nehmen würde ich sinnvoll bei 2,5mm² liegen. Vielleicht könnte ich die länge noch Optimieren aber viel ist da nicht mehr drin.

#4

Das sind ein paar Konzeptfehler drin:

  1. Das Solarmodul liefert eine variable Leistung, je nach Sonnenschein.
  2. Der MPP betreibt nun das Solarmodul immer im optimalen Arbeitspunkt und macht daraus eine konstante Spannung, liefert aber einen variablen Strom.
  3. Nun willst du einen Tauchsieder betreiben, welcher bei konstanter Spannung auch ein konstante Leistung abgibt. Für eine optimale Leistungsausbeute brauchst du aber einen Tauchsieder, welcher eine variable Leistung hat.
  4. Jede Wandlung hat einen Wirkungsgrad.

Ich würde die Module in Serie schalten um einen vernünftigen Drahtquerschnitt zu erhalten.
Dahinter kommt eine „MPP“ welche eine, zur Leistung proportionale, Spannung liefert, daran kommt dann direkt der Tauchsieder.
Als „MPP“ braucht es nur einen Elko, eine PWM mit einer passende Regelkennlinie.

MfG Peter(TOO)

#5

Vielen Dank für deine Gedanken.

Zu 1.
Ist mir völlig klar. Daher wurde die Leistung der Heizpatrone (was hier immer als Tauchsieder beschrieben wird) mit einer Leistung berechnet die den maximalen Leistungspunkt mit einer Sicherheit von 150% abdeckt.
Zu 2.
Daher hab ich ja das Problem das ich (Konzeptionell) entweder zu hohe Leistung ziehe (Unterspannungsalarm durch Uz1-Zusammenbruchsspannung durch Eigenwiderstandsungleichgewicht) und genau darum ja die Frage.
Zu 3.
Eine Heizpatrone benötigt keine konstante Spannung und auch keine konstanten Strom. Daher hat er auch eine Variable Leistung (Ist am Ende nur ein Widerstand)
Zu 4.
Das ist mir vollkommen bewußt und habe ich auch berechnet. Der Wirkungsgrad liegt bei den Parametern bei ca. 78% wegen des Problems der Leistungsabnahme.

Dieser gedanke der Lösung ist sehr interessant. Ein Elko müßte (ich rechne das mal nicht in Farad das es einfach unrealistisch ist) ca 100AH bei 36Volt haben. Die Spannung ist hierbei kein Problem. Es ist einzig der Strom der hier so extrem ist… Obwohl 1500 Watt nix dickes sind.

Zur Zeit habe ich ein ähnliches System probiert:
Solarmodule -->2250WP bei 28,9 Volt
Batterien 2Blei_Gel-Batterien 100AH/12V
Laderegler mit Wandleransteuerung von Photocos
Sunny Wechselrichter–>1500Watt

Das ist mein Probeaufbau. ABER
Das ist einfach sehr aufwendig und es bringt Probleme bei der Wandlung da wenn mal 25 dunkel ist der Regler in Störung geht… und es dauert nat. ne Weile bis wieder was passiert. Hier sind die Verluste… Frag nicht.

Was würdest du für eine PWM nehmen, die solche Reglungen hätte?

MfG
ARK

#6

Hallo ARK,

Ich bin Elektroniker, da würde ist das wohl selber zusammenstricken.

MfG Peter(TOO)

#7

Moin

Bin ich auch. Darum suche ich auch keine Fertiglösung. Ich hab mal eine Kleine PWM (über ein PIC gesteuert) aufgebaut. Trafo als „Solarmodul“ und Glühlampe(55Watt) als „Heizpatrone“. Das geht ganz gut. Aber ich hab auch eine Batterie von 5AH/12V als Puffer dran. Nur was mache ich bei 1000 Watt??

Gerade bei starken Schwankungen… werde ich hierbei ein Problem bekommen. Der PWM muss ja nahezu ohne Verzögerung Reagieren da Last und Quelle gleich sind. Oder sollte ich eine Stromsicherheit für den PWM einbauen???

Hattest du das so gemeint mit dem Cap?

Ark

#8

Ob 10W oder 1’000W macht eigentlich nur beim Leistungsschalter einen Unterschied :slight_smile:

Der Akku ist schlecht, der erzeugt wieder eine konstante Spannung.

Bei MPP wird der Arbeitspunkt so geregelt, dass Strom x Spannung am Modul das maximale Produkt ergeben.
Bei einem Elko geht das, mit einem Akku eben nicht.

Wenn man z.B. die PWM-Frequenz auf 1 kHz setzt, muss der Elko nur die Leistung für unter 1 ms Speichern. Da wird der Elko bei 10A noch nicht so riesig. Die Restwelligkeit spielt nicht wirklich eine Rolle.
Mit 10A und 1 kHz kommst du mit 4’700 µF auf etwa 1V Ripple-Spannung.

Du brauchst also ein kleines Stepdown-Schaltnetzteil um den µC aus dem Modul zu versorgen. Wenn es dunkel ist, muss der auch nicht arbeiten.
Dann noch zwei Analogeingänge für Spannung und Strom vom Modul.
Und noch einen Ausgang mit dem PWM-Signal welches einen Leistungs-FET ansteuert. Leistungs-FETs für ein paar 100A bekommt man heute problemlos.

Für die Grund-Variante kommt man schon mit einem µC mit 8 Pins aus :smile:

MfG Peter(TOO)

#9

Vielen Dank.

Das ist eine wirklich gute Idee. An diese Richtung habe ich ehrlich gesagt noch nicht gedacht.

Werde das mal testen.
MfG
Ark

#10

Manchmal sieht man vor lauter Wald die Bäume nicht :smile:

Vor etwa 30 Jahren hatte ich mal das Problem eine Sparschaltung für Magnetventile zu entwickeln.
Ein Magnetventil benötigt die volle Leistung um anzuziehen, danach genügt etwa 1/4 der Leistung um es offen zu behalten. Bei voller Leistung wird die Spule warm und bei 60°C fängt dann der Kalk an Probleme zu machen.
Das Problem war, woher nimmt man ein günstige Drossel für ein Schaltnetzteil?
Irgendwann fiel mir dann auf, dass mein Magnetventil eine Drossel ist.
Mit einem 78S40, einem Schaltungstrick, ein paar Widerständen und einem Kondensator hatte ich dann der perfekten billigen Treiber.

MfG Peter(TOO)