Ich bin bei ebay auf einen 3x400 Watt/36V Heizstab gestoßen. Wenn man die 3 Heizelemente in Reihe schaltet sollte man den doch direkt an 3 PV-Panels (395 Watt) mit ca. 30 Volt (auch in Reihe) hängen können. Oder habe ich da einen Denkfehler? Es geht um eine Warmwassererzeugung in einer Waldhütte. Alternativ kann man auch je ein Modul an ein Heizelement hängen.
Es gibt z.B. von Fothermo PV-Boiler an die kannst du direkt PV-Module anschließen... Habe persönlich zwar keine Erfahrung damit, wenn aber noch kein Boiler vorhanden ist, würde ich sowas nehmen.
Ich weiß das es da fertige Systeme gibt. Aber es soll schon Eigenbau werden. Ein 80 Liter Boiler ist schon vorhanden. Dort soll der Heizstab dann ausgetauscht werden. Dann halt noch eine Temperatursteuerung gebaut werden wo der Heizstab angesteuert wird.
Klar, das funktioniert, bringt aber 2 Nachteile mit sich:
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Du hast dann keinen MPP-Tracker, sondern musst den Lastwiderstand, den die Module sehen, auf einen einzigen Arbeitspunkt auslegen. Das könnte z.B. volle Sonneneinstrahlung sein. Heißt also: Wenn Du z.B. ein 400W Modul hast, das U_MPP= 40 V und I_MPP = 10 A hat, dann brauchst Du einen Heizstab mit 4 Ohm Widerstand. Bei voller Sonneneinstrahlung "erntest" Du dann tatsächlich 400 Watt. Bei leichter Bewölkung, wo das Modul vielleicht immer noch 100 Watt liefern könnte (z.B. U=40V und I=2,5A, was 16 Ohm Lastwiderstand erforderte), bekommst Du dann aber vielleicht nur 25 Watt heraus. Es wird also ein 1-Punkt-Design: Nur an einem Arbeitspunkt volle Leistung, überall anders schenkst Du Leistung her.
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Der Schaltthermostat muss dann DC schalten. Das mag bei 40 V vielleicht noch halbwegs funktionieren. Ein normaler Schaltkontakt für 230V AC tut hingegen bei 200 V DC nichts anderes, als einen Lichtbogen zu ziehen und zu überhitzen.
Empfehlung: Selbst ausprobieren und selbst Erfahrung sammeln, daraus lernt man am meisten. Ich hatte mal versuchsweise einen PV-String mit 300 V Leerlaufspannung an einer gewöhnlichen 230V AC Heizpatrone hängen. Der Thermostat fand's nicht so toll. Habe dann später einen IGBT zum Schalten verwendet.
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Was ist, wenn das Wasser seine maximale Temperatur erreicht hat? Wird dann der Strom anderweitig verwendet?
ja das dachte ich mir da schon. Wobei ich denke dass der MPP-Tracker gar nicht soooo arg ins Gewicht fällt. Bei 30,84V und 12,81A komme ich auf einen Widerstand von 2,4 Ohm. Der Widerstand der Heizpatrone hat 2,4-2,5 Ohm. Würde also perfekt passen. Zum Schalten hätte ich einen Infinion BTS genommen. Davon habe ich einige rumliegen. Danke für deine Erfahrung.
Wenn die Temperatur erreicht wird haben die Panels ihre Schuldigkeit getan. Da stehen schon ein Panel das eine Autobatterie läd für etwas LED und einer Kompressorkühlbox. Es muss also wirklich nur noch Warmwasser gemacht werden.
@andyhoe
Die beiden Widerstandswerte (2,4 Ohm zu 2,5 Ohm) passen geradezu traumhaft gut zusammen. Klarer Fall: Leg' los, bau' es auf, wird funktionieren! Erfolgserlebnis sehr wahrscheinlich.
Bei dem Infineon BTS musst Du halt mal ins Datenblatt schauen (Absolute Maximum Ratings), ob der mit der Leerlaufspannung des PV-Moduls klarkommt. Laut schneller Recherche meinerseits sind die für 12V/24V automotive/truck Anwendungen ausgelegt. Ein PV-Modul mit U_MPP=30,84V dürfte mit der Leerlaufspannung (U_OC) irgendwo um die 35-38V liegen, schätze ich.
MPP-Tracker: An sonnigen Tagen wirst Du ihn nicht vermissen, da erntest Du mit der genannten Konfiguration ordentlich Energie. Erst bei bewölktem Himmel werden eines Tages Begehrlichkeiten aufkommen, einen solchen vielleicht doch noch nachzurüsten. Bis dahin habe ich wahrscheinlich eine Lösung zur Hand, baue mir für den Eigenbedarf nämlich gerade einen solchen.
Auf jeden Fall solltest Du noch an die Legionellenbildung denken...
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die "alten" BTS555 gehen glaub ich noch bis um die 68 Volt. Alternativ hab ich noch SSR rumliegen die bis 200 Volt gehen. Ich bin nur noch unschlüssig ob ich die Module in Reihe hänge oder je Modul an eine Heizspirale. Ich denke auch ich bau das einfach mal. Ich hab mir was ähnliches auch für meine Gartendusche überlegt. Alten Boiler, 2-3 Module als Solarzaun. Und unabhängig vom Netz, daher ohne Genehmigung einfach umsetzbar. Interessante Geschichte. Bin gespannt was du da bastelst. Steuerung werd ich mit ner Eaton Easy machen. Als Temperatursensoren PT 100 oder PT1000. Beides rumliegen. Der Gag ist ja, ein Modul kostet aktuell auch nicht mehr als ein gutes Zaunelement.
sowieso. Ich werde auf 65-70 Grad gehen.
Es gibt sogar noch eine Möglichkeit, einen "low-level MPP-Tracker" zu implementieren: Bei voller Sonneneinstrahlung hängst Du je ein Modul an eine Heizwicklung. Bei bewölktem Himmel schaltest Du alle 3 Module parallel und hängst sie gemeinsam an eine einzige Heizwicklung. So muss jedes Modul nur noch 1/3 des Stromes treiben, sieht so effektiv einen höheren Lastwiderstand und arbeitet näher am Arbeitspunkt höchster Leistung (wird ersichtlich, wenn man sich die 2,5 Ohm Last im Ersatzschaltbild als Parallelschaltung von 3x 7,5 Ohm vorstellt). Bei Reihenschaltung der PV-Module besteht diese Option nicht.
Steuerung: Dafür reicht eigentlich ein mechanischer Thermostat mit Wechselkontakt (1x UM), ein hinreichend fetter IGBT mit Kühlkörper und eine 12V Batterie. Du klemmst den "C" des Schaltkontakts an das Gate des IGBT, den "NC" an den Batterie-Pluspol und den "NO" an den Batterie-Minuspol. Zusätzlich den Batterie-Minuspol an den Emitter des IGBT. Schon dient der IGBT als Leistungsschalter (C nach E) und der Thermostat schaltet sein Gate.
Legionellen: Laut dem 1. Posting geht es um einen 80-Liter-Boiler. Um 80 Liter Wasser von 20°C auf 60°C zu erwärmen braucht man 3,7 kWh an Energie. Bei 3x400W=1200W PV-Leistung hat man die an einem sonnigen Tag schon nach etwa 3 Stunden beisammen. Dann heißt's: Hasta la vista, Legionellen 
Mal davon abgesehen dass ein bewölkter Tag einfach ignoriert wird, hat man ja auch Spass an einer Optimierung. Eine Bewölkung könnte man mit einer Messung des Stromes eines Panels feststellen. Dann alle 5-10 Minuten einen Abgleich machen. Also etwas träge machen.
Ich glaub ich mach da mal einen Versuchsaufbau auf meiner Gartenmauer. Die Module stehen dann senkrecht. Also ca. 70-75% Leistung. Aber dafür volle Südseite.
Mir fällt gerade ein, dass es schaltungstechnisch viel einfacher geht:
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Du schaltest alle 3 Module dauerhaft parallel
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Du schaltest auch die 3 Heizwicklungen parallel,...
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...setzst aber vor jede Heizwicklung einen Schalter (Relais oder Leistungshalbleiter)
So kannst Du wahlweise 1, 2 oder 3 Heizwicklungen einschalten. Bei voller Sonneneinstrahlung nimmst Du 3, bei weniger Licht nur 2 oder 1. Steuern kannst Du das ganze einfach über die Modulspannung: Du schaltest immer so, dass Du den 30,84 V möglichst nahe kommst. Bzw. probierst alle 3 Möglichkeiten durch, berechnest nach P=U² / R die jeweilige Leistung und entscheidest Dich für den höchsten Wert. Deine Regelelektronik braucht dafür nur einen ADC-Eingang für die Spannungsmessung und 3 Schaltausgänge.
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Oh Gott, stimmt. das ist ja fast zu einfach. Die Spannung überwachen ist ja auch kein Problem. Einfach über einen Spannungsteiler an den Analogeingang der Steuerung. Ein fettes Danke. Manchmal ist es halt doch zu einfach ?
@andyhoe
Gerne! Dafür ist das Forum ja da.
Zugegebenermaßen musste ich auch erst mal eine Weile nachdenken, bis ich auf die Idee gekommen bin. So hast Du einen diskreten, 3-stufigen MPP-Tracker. Spannungsmessung am besten tatsächlich über einen Spannungsteiler (irgendwo in der Größenordnung 10 - 100 kOhm, damit Ströme der Größenordnung mA fließen), angepasst an den Messbereich Deines ADC-Eingangs an der Steuerung.
Ich hab einen Spannungsteiler 47k/10k gemacht und bin damit an den 0-10V Analogeingang. Den Analogwert dann umgerechnet. Funktioniert auf 0,1V genau. Im Grunde würden sogar zwei Schaltausgänge reichen. Eine Heizwicklung kann ja im Grunde immer dran bleiben.
Spannungsteiler: Genau richtig, hätte ich auch so gemacht.
Solange das Wasser noch nicht kocht: ja. Wenn aber an einem sonnigen Sommertag die Temperatur immer bedrohlicher in Richtung Siedepunkt steigt und es bis zum Sonnenuntergang noch mehrere Stunden sind, wäre es vielleicht nicht ganz verkehrt, ganz ausschalten zu können
Unten übrigens noch ein Foto, wie ich meinen PV-Gleichstrom zeitweise geschaltet habe. Ich hatte einen PV-String mit 300 V Leerlaufspannung und 10 A Kurzschlussstrom (also richtig ordentlich Power) an einer gewöhnlichen 230V AC-Heizpatrone hängen (Ja, ich weiß - soll man eigentlich nicht machen). Da stellte sich dann das Problem, wie man das wieder ausschaltet. Ein Schalt- oder Relaiskontakt für 230V AC kann so etwas nicht mehr trennen, der zieht bloß einen Lichtbogen, aber der Strom fließt weiter. Eine Steckverbindung auseinanderziehen ist auch nicht ganz unproblematisch, gibt auch kurz eine Bogenentladung, die der Stecker auf Dauer nicht so toll findet. Vor DC-Lichtbögen bei 300 V habe ich seither ziemlich Respekt. Ich habe dann einen fetten Infineon-IGBT mit Kühlkörper zum Schalten genommen. Der 12V Bleiakku diente nur dazu, die nötige Gate-Spannung zum Durchschalten bereitzustellen. Der Schalter ist ein Wechselkontakt und zieht das Gate entweder auf 12V oder hart auf GND. Man darf das Gate nie floatend lassen, sonst gerät der IGBT in einen halb durchgeschalteten Zustand und stirbt binnen Millisekunden den Überhitzungstod. Wenn man das beachtet, hat man einen prima DC-Schalter. In Deinem Fall aber wahrscheinlich nicht relevant, solche Spannungen treten bei Dir ja nicht auf.
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Ich werde drei BTS50055 verwenden. Damit schalte ich sonst gute 30A DC. Die bleiben auch recht kühl. Bei 6 Milliohm aber auch kein Wunder. Es bekommt schon jede Heizspirale einen Schalter. Nur als MPP-Tracker reicht es ja 2 anzusteuern.
@andyhoe
Du meinst den hier?
https://www.mouser.de/datasheet/2/196/Infineon-BTS50055-1TMA-DS-v01_00-EN-1226590.pdf
Operating Voltage 5.0 ... 34 V
Maximum Ratings: Supply Voltage Vbb 42V
Je nach Leerlaufspannung des PV-Moduls ist das schon recht knapp am Limit, aber ja, könnte durchaus gehen.
Ja den meine ich. Leerlaufspannung geht ja nicht über 40 Volt. Der stirbt auch nicht bei 50 Volt.