Солнечные батареи. Тепло без посредников

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

У китайцев доступны 3-фазные ТЭНы на 220В мощностью на 3, 4.5, 6, 9, 12 кВт. Соответственно, 1 элемент имеет мощность 1, 1.5, 2, 3, или 4 кВт, а сопротивление 48.4, 32.3, 24.2, 16.1 или 12.1 Ом.

Зададимся максимальной мощностью СП в 1 кВт, а также что СП с одним элементом должны достичь МРР примерно при мощности 80% от максимума. Для имеюшихся сопротивлений мощность 800 Вт получится при напряжениях 197, 160.7, 139.7, 113.5 и 98.4 В и токах 4.07, 4.98, 5.77, 7.05 и 8.13 А.

По этим величинам можно подобрать согласованные с ТЭН-ами СП. Например, возьмем СП Jinko Solar JKM295P, напряжение МРР равно 36.2В, ток MPP 8.15А. Три панели последовательно, с элементом 12.1 Ом, попадают почти точно в МРР при максимальной инсоляции, что немножко неоптимально, но терпимо. А четыре панели с элементом 16.1 Ом (ТЭН на 9 кВт) будут согласованы как раз так, как хотелось бы.

 

Мелкие Ардуинки нынче стоят смешные деньги, меньше ста рублей.

 

Максимально дешево, просто и надежно сделать киловаттный импульсник можно, если не пытаться втискивать его в каноны DC-DC преобразователя. Ведь ТЭНу все равно, подают на него постоянное напряжение или импульсное. Кому не все равно - это СП, нагрузка у СП должна быть более-менее постоянная.

В свете этого, импульсник можно сделать вообще без индукторов, что его резко упростит и удешевит. Чтобы сильно не бодаться с динамическими потерями, можно выбрать рабочую частоту пониже, раз уж нет индукторов. Например, килогерц 30-40.

На этой частоте чтобы пульсации напряжения на СП были пренебрежимо малы, достаточно параллельно СП поставить конденсатор емкостью примерно в сотню-другую мкФ.

Возьмем, например, дешевый долгоживущий Nichicon UCS2D220MPD1TD, 22 мкФ на 200В. На 100 кГц он держит импульный ток 0.5А, то есть 20-30 штук в параллель будет достаточно для 10А импульсного тока. Обойдутся они папаше Дорсету примерно в 1 тыр, если покупать в Digi-Key.

Остальные детали дешевле. Контроллер - скажем, старый добрый TL494 ценой около 100 руб. N-MOSFET FDPF18N20FT на 18А, 200В - еще 100 руб. Остальное совсем уж мелочь, лень считать.

Короче, уложиться в 1.5-2 тыр, вместе с Ардуинкой, труда не представляет. Поставить 3-4 СП последовательно, работать на стандартный ТЭН на 15 Ом.

 

У меня панели без шунтов. Если один элемент в тени, вся панель проваливается по току практически сохраняя напряжение.

 

И тут диоды всё равно будут от СП получать практически максимум- так как не проваливают напряжение.

 

Разумеется. Пусть включает на миллисекунду раз в 20мс, но ток через ТЭН соизмерим с максимальным током панели, как еще.
В итоге микроциклы, да вверху заряда АКБ...

А это как?

Это на какую мощность паспортную нужен ТЭН? 20кВт?

 

Некий автомат, работающий по правилу: если выход LOAD akmuвен- плавно на 1-5-10% увеличиваем заполнение ШИМ, если выход отключается- плавно на 1-5-10% уменьшаем заполнение ШИМ.

 

Ток при этом преобразуем? Или просто греем ключ?
Сорри, не понимаю что такое заполнение ШИМ

 

ШИМ- вид модуляции. У нас модулируется постоянный ток- меняется соотношение между "ключ открыт" и "ключ закрыт". В результате среднее значение напряжения на нагрузке меняется. И соот-нно средняя выделяемая мощность. Без импульсно-индуктивного преобразования- оно для просто резистивной нагрузки излишне. Обычный ШИМ-решулятор, коих море на ибеях/алях.

 

MOSFET лучше взять с меньшим сопротивлением канала. Например, SQP90142E, R=0.0153 Ом при 25С, или 0.031 Ом при 125 С. Хоть он и подороже, зато на теплоотводе можно будет сэкономить. Статические потери на сопротивлении канала при 10 А не превысят 3.1 Вт, можно обойтись малым радиатором

Итак, частота ШИМ 40 кГц, макс. длительность импульса 25 мкс. Суммарная номинальная емкость 30-ти конденсаторов 22мкФ составляет 660 мкФ, а в худшем случае, с учетом допуска +-20% и высыхания/выхода из строя части кондеров - пусть половина от номинала, т. е. не менее 330 мкФ.

Если кондер 330 мкФ разряжать током 10А в течении 25 мкс, напряжение на нем изменится на 10*25/330 = 0.75 В, что вполне устраивает.

 

Так нам не надо его менять. Нужно держать напряжение на нагрузке практически постоянным, а ток менять. В результате пробросим ток с непрерывного на импульсный теряя напряжение на ключе, он и будет греться. Либо, что еще хуже, провалим напряжение СП.
Не понимаю...

Я в схеме на кондерах предлагал с помощью ШИМ разряжать конденсатор заряжаемый СП. С поиском ТММ или без того. Там мне понятно, поддерживаем напряжение на кондере переодически сбрасывая ток через ключ на ТЭН, плавно ли, резко ли не важно. Важно чтобы емкости конденсатора хватало на цикл. И большая часть энергии осталась на ТЭН-е, а не на ключе. Что-то именно с емкостью кондеров получилась засада. Просто не получается.

Вот-вот что-то такое и обсуждали.
ТЭН-у реально пофиг что ему подавать. Только проводам не пофиг.
На тему параллельно или последовательно СП с точки зрения кондеров не важно. у них CU примерно постоянна для равной стоимости. Последовательно меньший ток коммутируем, ну и проще адаптировать ТЭН-ы предназначенные для сети.
В моем случае панели стоят параллельно 3шт, 24В. Ну мооожно их сделать и последовательно, только придется чутка переделать схему для DC сети в доме... Вообще на 24В проще бы.

А MOSFET этот при частоте 40кГц не сбросит все на себя?
Смотрю его характеристики.

значит на временах порядка 100нс=0,1мкс в цикле половина тепла в ключе.
А 40кГц это период 25мкс
Пока все отлично...

А конкретно этот мосфет. как им управлять? Дали вольты на пин - включился, убрали - выключился?
Можно тогда и адруинку убрать, сделать на ОУ и RS триггере управление ключом... Пара ОУ выдающие сигнал на включение ключа и выключение.
Измерять напряжение с делителя, опорный сигнал тоже сильно заморачиваться не обязательно, чтобы не думать, пойдет и из стабилизатора (хотя можно и со стабилитрона) с делителями.

RS триггер их объединяющий в управляющий сигнал, ну и за ними МОСФЕТ... Соответственно встают вопросы быстродействия ОУ и RS триггера, но ~10-100кГц не фиг и частоты, можно подобрать.

 

Энергия, запасенная в конденсаторе, равна CU^2/2. Поэтому при одинаковом CU энергетически выгодней работать при бОльшем напряжении.

Я выше приводил расчеты для стандартных китайских ТЭНов. Для СП с токами 7-10 А для попадания в точку MPP обычным ТЭНом, имеющим сопротивление порядка 15 Ом, нужно обеспечить напряжение порядка сотни вольт.

Да. Этим займется контроллер ШИМ TL494, работающий на фиксированной частоте 40 кГц.

Нет. Она займется управлением. Будет мерять напряжение на СП и задавать управляющее напряжение на TL494, чтобы менять скважность ШИМ таким образом, чтобы СП все время была в МРР.

Без Ардуинки, на одном TL494, можно сделать только "аналог стабилитрона", т. е. обеспечить нужную ВАХ нагрузки для СП. Впрочем, температурную компенсацию тоже нетрудно ввести.

 

Надо! Ибо Pout=I²out*Rout=U²out/R. В то же время Pout=Pin*η u mym же Pin=Umpp*Iin, rge Iin=f (инсоляция). То есть выбрасывая промежуточное- выходное сопротивление в случае активной (резистивной) нагрузки постоянно, а нам надо, чтобы выходное напряжение было функцией инсоляции- поэтому надо ШИМировать- только тогда среднее на выходе будет пропорционально инсоляции. Иначе приключится такое:

ШИМирование при недостатке входной мощности и называется "согласование сопротивлений нагрузки и источника".

 

При ШИМировании ничего не проваливается. Посмотрите на железку с ибея, что я упоминал. Вот ещё очевиднее:
https://www.ebay.com/sch/i.html?_from=R40&_nkw=pwm+controller+300A&_sacat=0

Чувствуете, где собака порылась?

 

А нам не нужна вся энергия в конденсаторе, а только его верхушка, которая UdQ=CUdU.
CU как раз одинаково стоит, а dU - то как мы стабилизируем СП Если на 1В допустим, то не важно паралелльно или последовательно. Хотя конечно с последовательным мы можем снижать требования к стабилизации напряжения сообразно количеству панелей, тогда да, меньше кондеров надо.

Ну если хотим ТММ то да, контроллер нужен... В общем писал, рисовал выше, концептуально то что обсуждаем

А все таки, так ли нужен ШИМ? На триггере работать не будет? С триггером примечательно будет то, что частота открытия ключа определяется скоростью зарядки с панели, вплоть до полного непрерывного открытия если ТЭН недостаточен по отношению к полной мощности СП, и до полного закрытия ночью.
Время зарядки кондера (закрытого ключа) получится (CdU)/I где dU принятая нестабильность напряжения СП, I - ток с панели
Время открытого ключа CdU/(U/R-I), где R - сопротивление нагрузки.
Полагаю я с помощью ОУ и триггера придумываю аналоговый вариант ШИМ (нет генератора частоты, работает в непрерывном режиме).

Но вообще конечно не спорю, можно отказаться нафиг от ОУ, триггера, не знаю нужен ли ШИМ еще, заменить все ардуинкой или чистым МК.

т. е. ШИМирование получается dc/dc преобразование, пусть и импульсное, но меняющее количество кулонов в одной цепи, на другое количество кулонов в другой цепи.

Вижу кондеры И мосфеты похоже Это хорошо