Солнечные батареи. Тепло без посредников

Я имел ввиду 12 вольт, а на 16 вольт конечно нужно брать другой ТЭН.
Придется ещё и ТЭНы искать на нужную мощность и сопротивление.
Поэтому я считаю что нужно просто поднимать постоянное напряжение до 220 вольт и использовать штатный ТЭН в бойлере.

 

1. "Емкость" - это конденсатор или аккумулятор?
2. Управлять ШИМ-ом как? Или никак, он неуправляемый?

 

Конденсаторы. АКБ потребуют DC-DC преобразования в данной схеме.
К примеру. Пусть ток с батарей означенные 25А и их мы протаскиваем далее. Хотим чтобы напряжение на емкости было в пределах 32-34, т. е. колебания 2В не более.
ШИМ скажем 20кГц, т. е. изменение в 2В за 50мкс. За это время заряд получается 1,25мКл. делим на 2В, требуемая емкость 0,62мФ - 620мкФ.

Один этот справится (с точностью до тока зарядки, не вижу в характеристиках)

Никак. Может настройку рабочего напряжения предусмотреть прямо переменным резистором и хватит.

Тогда потребуется АКБ, контроллер, разрядное устройство... Моя схема ближе к сабжу

 

Извините, это работать не будет. Вернее, это будет работать совсем не так, как вам хотелось бы.

Напряжение на емкости не будет постоянным. Оно будет зависеть от освещенности панели.

Неуправляемый ШИМ является "трансформатором постоянного тока". Он просто преобразует сопротивление нагрузки, это все. С тем же успехом его можно вообще выбросить и поставить ТЭН бОльшего сопротивления. При этом еще и от потерь в ШИМ удастся избавиться. Ибо, замечу, ШИМ - это всего лишь частный случай DC-DC преобразователя.

То есть, в сумме то, что вы предложили, с успехом замещается просто ТЭН-ом определенного сопротивления. Никакого отношения к MPPT это не имеет, напряжение на СП будет "плавать" в зависимости от освещенности, в среднем эффективность такой системы будет весьма низкой.

 

Напряжение на емкости будет зависит от нагрузки. От того как ШИМ (точнее контроллер разряда) будет пропускать далее. Технически контроллер разряда можно сделать и на реле с компаратором, вопрос емкости, надежности и собственного потребления.

Извиняюсь, возможно не знаком с терминами. Речь об устройстве которое открывается при напряжении выше заданного с некой частотой и только. Как я понимаю на ШИМ контроллере вполне реализуемое. Упало напряжение ниже 32 - закрыли. Выросло до 34 открыли.
Возможно это называется управляемый, имел в виду, что неуправляемый пользователем.

Ни в коем случае. Такая схема с ТЭН-ом без какого либо управления будет крайне неэффективна.
Предлагаемая мной схема все таки предусматривает забирать мощность с батареи не где придется, а близко к точке макс мощности поддерживая всегда напряжение на емкости не ниже заданного.

PS

Давайте не будем придираться к терминам

 

ШИМ - означает "широтно-импульсная модуляция". Неуправляемый ШИМ открывает ключ на фиксированный интервал времени, затем закрывает ключ на какой-то другой фиксированный интервал времени. Duty cycle - отношение времени, когда ключ открыт, к полному интервалу. При duty cycle 1/2 половину времени ключ открыт, и столько же времени ключ закрыт. При этом для источника питания "кажется", что сопротивление нагрузки вдвое больше, чем реальное сопротивление нагрузки, подключенное к выходу ШИМ.

 

Это будет частный случай понижающего DC-DC преобразователя со стабилизацией входного напряжения.

Преобразователь со стабилизацией входного напряжения не обязан быть понижающим. Он может быть повышающим, инвертирующим, и пр.

Если использовать стандартный ТЭН на 220В, то напрашивается использование инвертирующего преобразователя (fly-back). Он для ТЭНа будет источником тока, т. е. напряжение на ТЭНе будет максимально возможным при данной освещенности СП.

Повышающий преобразователь (step-up) тоже подойдет. У него даже потери будут немного меньше, чем у инвертирующего.

 

Но наверное может быть и не понижающим и не повышающим? Работать по принципу управляемого ключа. Нет?
По крайней мере PWM контроллеры СП работают похожим образом, реглуируемые напряжением после себя... Тут нужно регулировать напряжением до себя.

 

Внимание, вопрос! Как будет меняться напряжение ТММ обычной СП при разных Т- например, при 250К? А при 320К? То-то и оно...

 

Бывают и такие, но используются реже: sepic, buck-boost. У них выходное напряжение может быть и больше входного, и меньше.

У понижающих (step-down) выходное напряжение меньше входного, у повышающих (step-up) выходное напряжение больше входного, у инвертирующих (fly-back) выходное напряжение меняет полярность, а по абсолютной величине может и больше входного, и меньше.

Они все работают по принципу управляемого ключа. И все они называются DC-DC конвертерами.

 

Уменьшится примерно на 20%. Можно мерять температуру СП и подстраивать напряжение. Хотя MPPT - это более универсальное решение.

 

Сделаем прикидочный расчет системы, состоящей из 2-х СП и стандартного 220В ТЭН-а.

СП возьмем первые попавшиеся в гугле, у которых есть даташит, это упоминавшиеся выше JinKo Solar JKM315P-72: мощность 315 W, в точке MPP напряжение 37.2V, ток 8.48A. Соединим их параллельно.

ТЭН для бойлеров Гатчинского завода ТЭНБ 3 Р 220, мощность 3 kW, сопротивление примерно 16 Ом.

При максимальной мощности СП и кпд DC-DC преобразователя 95% в ТЭН будет уходить 598.5 W. При этом напряжение на ТЭН-е будет 97.85 V, ток 6.11 A.

Таким образом, нужен повышающий DC-DC преобразователь, который бы поддерживал на своем входе 37 V (желательно с MPPT, ну или хотя бы корректировал напряжение исходя из температуры СП), и мог бы разогнать на своем выходе не менее 100 V при токе не менее 6.5 A.

Можно попробовать взять какoй-нибудь готовый китайский достаточной мощности и переделать ему цепи обратной связи, чтобы он не выходное напряжение регулировал, а входное.

 

Настраиваем летом при наибольшей температуре эксплуатации, что там напряжение подрастет зимой слегка, да и фиг с ним.

А какая частота работы MPPT?

А если не ШИМ в моей схеме, а твердотельное реле?
Вот попалось - Crydom CMX60D10
коммутирует правда до 10А 60V, но опять же для примера.
Имеет сопротивление вроде 0,018Ом, при том управлется 5В 15мА. Итого, в нашей 34В системе пропустили 340Вт, а потеряли (0,075+1,8) Вт+потери на создание управляющего сигнала, около 2Вт ~ 0,6%
Исправлено после замечания

Время срабатывания невысокое, как понял туда-обратно порядка 2мс. С учетом того что еще должны пропускать большую часть времени ток, то скажем 10мс.
Кондеров надо больше 10А*10мс=0,1Кл. Скажем амплитуда напряжения те же 2В итого 50мФ надо.
Вот таких пяток

По цене, указанное реле есть за 1600 руб, конденсаторы рублей по 200. Итого на 10А ~ 3000руб.
Остальные компоненты (может кроме датчика температуры) дешевые.

 

MPPT можно сделать аналоговым способом. А можно с помощью микроконтроллера, что проще и удобнее. Как вариант, MPPT все время немножко меняет напряжение, на которое настроен регулятор, и меряет, какую мощность при этом выдает СП. И потихонечку увеличивает или уменьшает среднее значение этого напряжения, чтобы получать максимальную мощность. С какой частотой он меняет напряжение - да какая разница? Эта регулировка должна быть медленной.

 

Если мы говорим о резистивной нагрузке, без АКБ то частота работы DC-DC конвертера (как составной части MPPT контроллера) имеет значение в аспекте какое напряжение делать после себя...

PS Поддерживаемое напряжение можно регулировать в зависимости от температуры панели... не шибко сложно такую схему изобразить на операционниках