Instalacja PV 1kW, grzanie 80l wody - dobór regulatora PWM i połączenie paneli

Witam
Jestem w posiadaniu 4 paneli każdy o parametrach:
Moc 255W
Uoc 37.4V
Ump 30.3V
Imp 8.4A

Planuję umieścić to na dachu i połączyć dwa szeregowo i pary równolegle.
Uzyskam tak 60V. Kabel 20m 6mm2. Całość ma ogrzewać 80l wody użytkowej. Po raz pierwszy składam taką instalacje i mam parę pytań do doświadczonych kolegów.

1. Czy moja propozycja połączenia paneli parami równolegle jest dobra?
2. jaki regulator PWM nadawał by się najbardziej, nigdzie nie potrafię znaleźć odpowiedniego.
3. Mam grzałkę 3x350W na 48V czy mogę podłączyć ją równolegle tak żeby działała jak 1x1050W i czy nadaje się do takiej instalacji?

Pozdrawiam

1 - takie połączenie paneli może być. Co prawda lepiej by było wszystkie w szereg, ale taki układ mieszany też jest spoko.
2 - PWM rozsądny cenowo i sprawdzony - Link + dość duże kondensatory na wejściu.
3 - możesz tak podłączyć, będzie co prawda pracować na zbyt wysokim napięciu, ale szlag jej nie trafi, bo w zamian będzie miała niższy prąd pracy

Ale moim zdaniem 20mb przewodu 6mm² przy 16ADC to trochę cienki przewód. ja bym bardziej pomyślał o 10mm².

Czy PWM jest tu niezbędny? Nie można by podłączyć PV bezpośrednio do grzałek?
Ze względu na straty lepsze wydaje mi się w tym przypadku połączenie wszystkiego w szereg (PV oraz grzałki), choć grzałki nie osiągną wtedy pełnej mocy.

Witam!
Po co Ci regulator PWM, chcesz zmniejszać grzanie? Grzałka zawsze przetworzy 100% dostarczonego prądu na ciepło, ale PWM z dostarczonych 100W nie robi 200W tylko mniej, niż 100W. Dla najprostszej i rozsądnej regulacji wystarczy wyłącznik (termostat). A w "ponurych" miesiącach: od listopada do lutego, Twoja instalacja ani razu nie nagrzeje 80 litrów wody na tyle, by było do kąpieli.
Grzałka na 48V nie powinna być zasilana napięciem 60V. Niewielki sens ekonomiczny by miało przetwarzanie z 60V na 48V (jaka sprawność i koszt?), ale trzeba sprawdzić, jak "siada" napięcie z PV po obciążeniu grzałkami, bo grzałka pewnie ma tolerancję napięcia zasilania +10% i powinna wytrzymywać "bez bólu" nawet 55V. Ale najlepiej jest zastosować grzałki na napięcie wyższe niż 60V.
Połączenie równoległe jest prawidłowe.

Generalnie chodzi mi o jak najbardziej optymalne ogrzewanie tych 80l
Na razie mam tylko panele grzałki jeszcze nie zamówiłem (koszt 220zł)
Jeśli PWM nie jest konieczny to jaką grzałkę najlepiej do tego dobrać?
Zamówić wykonanie 1x1000W na 60V i podpiąć bezpośrednio ?

Megatron1984 napisał:

Zamówić wykonanie 1x1000W na 60V i podpiąć bezpośrednio ?

TAK!
A tak w nawiasie: jak ma wyglądać "najbardziej optymalne grzanie", jeśli słońca nie ma (ciemne chmury), a panele dają tylko 10% deklarowanej mocy?

Chodzi mi o najbardziej optymalne wykorzystanie tych paneli i zminimalizowanie strat na instalacji na którą mam wpływ. Na nasłonecznie nie mam wpływu.

Jako praktyk (nie tylko teoretyk jak wielu tu piszących) i posiadacz PV od 2 lat nie zgodzę się z przedmówcą w sprawie podłączenie grzałek "na krótko" pod panele PV.
Na początku przygody z PV tak miałem i na prawdę nie zdawało to egzaminu, wyniki były bardzo, bardzo mierne. No ale było to najtańsze rozwiązanie i jeśli komuś głównie na tym zależy...
Faktem jest, że grzałka odda całą dostarczoną do niej energię, nawet jeśli jest ona znacznie poniżej parametrów nominalnych grzałki.
Ale panel obciążony "na chama" tak podłączoną grzałką nie da energii tyle ile by dał obciążony "po ludzku". Inaczej po co by były w ogóle różne regulatory PWM i MPPT??? Tylko fanaberia konstruktorów?

Masz 4 panele i tak jak je połączysz, tak masz połączyć grzałki (równolegle, szeregowo lub równolegle - szeregowo).
Podaję Ci przykład dla 1 panelu i 1 grzałki.
Masz charakterystyki tych paneli?
Znajdź na wykresie punkt maksymalnej produkowanej mocy, to będzie na "kolanie" wykresu .
Odczytaj prąd i napięcie odpowiadające temu punktowi (Twoje dane: Ump 30.3V, Imp 8.4A).
Znając U i I wylicz moc grzałki P=U*I (Twoje dane: 225W).
Twoja optymalna grzałka ma mieć właśnie takie U i P (30V/255W - to dla pojedynczego panelu).
Policz, jaką oporność będzie miała grzałka: R=U/I (3,6Ω).
Przyjmij, że w instalacji możesz mieć np. 5% strat przy maksymalnej mocy, a to znaczy, że oporność kabla (2 żyły!) może wynosić ≦5% oporności grzałki (czyli 0,18Ω).
Z tego wylicz, jaki kabel spełni to wymaganie (oporność 1m drutu Cu o przekroju 1mm2 to 0,017Ω) .
Żadnego "zgadywania", jest prosty rachunek, do którego powinna przygotować szkoła średnia (nooo, może oprócz technikum baletowego).

Najkorzystniejsze jest połączenie szeregowe wszystkich paneli, masz wtedy grzałkę 120V/1000W i kabel o przekroju 1,5mm2 spełni Twoje oczekiwania.

Ok, dzięki, to już wiem. A co jeśli chodzi o ten PWM bo widzę że zdania są podzielone. Jeszcze jedno pytanie jak mogę mierzyć wygenerowane przez ten układ kWh w ciągu dnia/tygodnia?
Pomiar chwilowy będę miał.

Megatron1984 napisał:

Ok,dzięki to już wiem. A co jeśli chodzi o ten PWM bo widzę że zdania są podzielone. Jeszcze jedno pytanie jak mogę mierzyć wygenerowane przez ten układ kWh w ciągu dnia/tygodnia?
Pomiar chwilowy będę miał.

Zaproponowany przeze mnie układ PWM przy dobrym wyskalowaniu pomiaru prądu dokładnie wylicza moc chwilową oraz zlicza wyprodukowane Wh.
Innym prostym i tanim rozwiązaniem jest zastosowanie Lan Kontrolera (w wersji 1,2 lub 2,0) Link
Dodatkowo dzięki LK będziesz mógł on-line sprawdzać wyniki pracy swojej instalacji na PVmonitor.pl. Poza tym dzięki LK będziesz mógł zdalnie załączać rożne urządzenia, włącznie ze zrobieniem termostatu do grzania wody ze swoich paneli.

Niestety kolega Rzuuf nie ma racji - bo charakterystyka modułów wraz ze zmianą nasłonecznienia jest taka, że napięcie MPP przesuwa się bardzo mało - więc można założyć, że napięcie MPP jest stałe dla każdego nasłonecznienia, natomiast prąd wyjściowy zmienia się liniowo (w praktyce nie do końca ale dla ułatwienia możemy tak przyjąć).

W związku z tym opór grzałki musiałby się też zmieniać liniowo, tak żeby w napięciu MPP przy danym nasłonecznieniu, "przepuścić" tyle prądu co moduł ma w tym punkcie pracy przy tym nasłonecznieniu.

Jeżeli opór się nie zmieni, i powiedzmy będzie taki, że przy napięciu MPP poleci dalej 7 Amper, a mamy 500 W/m2, to napięcie na panelu "siądzie" i nie będzie to już punkt pracy maksymalnej.

tutaj więcej na ten temat:

http://solaris18.blogspot.com/2013/05/ogrzewanie-wody-za-pomoca-moduow.html

Dlatego prostym, tanim i dość dobrym rozwiązaniem jest układ PWM, który "pilnuje" napięcie MPP, dzięki temu wysysamy z panela ile się da w danych warunkach pogodowych. Oczywiście kontroler MPPT jest lepszy, ale droższy i trudniejszy do ogarnięcia.

Jeśli podepnę wszystkie panele w szereg to uzyskam 120V da się znaleźć gdzieś PWM na takie napięcie w rozsądnej cenie?

PWM Brizo może pracować do wyższych napięć po lekkiej przeróbce i zmianie softu.
Ja mam Brizo do 400V.
Ale w Twoim przypadku sądzę, że mógłbyś zostać przy wersji standardowej do 72V i tylko wzmocnić element wykonawczy (tranzystory lub dać układ SSR).

Przykładowa charakterystyka panelu PV jest w załączniku.

Linią przerywaną są połączone punkty mocy maksymalnej dla różnych oświetleń.
Panel PV jest źródłem o charakterze prądowym, którego wydajność zmienia się z oświetleniem i dla dopasowania optymalnego obciążenia trzeba by wciąż mierzyć wartość prądu zwarcia i z tego wyliczać oporność obciążenia (napięcie z oświetleniem zmienia się nieznacznie).
Włączanie obciążenia oporowego poprzez PWM powoduje, że "praca"(?) odbywa się 2 punktowo: załączone jest R lub obwód jest rozwarty, a w taki sposób o dopasowaniu można zapomnieć (to tak, jak z tym pacjentem, który był traktowany na zmianę wrzątkiem i lodem miał średnio 30°C, a był nieszczęśliwy). Łatwiej "pójść na kompromis" i dobrać taką oporność obciążenia, którą dopasuje się do największej wydajności panela - świadomie rezygnując z dopasowania w zakresie niskich mocy, które w bilansie energetycznym nie stanowią wielkiego wkładu.

Regulator ma kondensatory w których podczas "przerwy" przechowuje energię, wiadomo są straty i lepsze są regulatory z przetwornikami niż PWM.

Nie da się dopasować do końca grzałki, a jeżeli miałaby być to do parametrów gdzie jest powiedzmy 50-60% mocy (wtedy w lewo tak bardzo nie stracimy, w prawo też nie).

Generalnie niskie moce mają u nas duży udział w rocznym uzysku energii - poniżej dane.

Rzuuf napisał:

Włączanie obciążenia oporowego poprzez PWM powoduje, że "praca"(?) odbywa się 2 punktowo: załączone jest R lub obwód jest rozwarty, a w taki sposób o dopasowaniu można zapomnieć

Dlatego pisałem, że na wejściu trzeba dać możliwie duże kondensatory, które skumulują energię w tych ułamkach sekund gdy PWM odłączy obciążenie i oddadzą tę energię w momentach gdy PWM załączy obciążenie. Czas załączenia i rozłączenia pilnuje PWM mierząc napięcie paneli, ustawia się trochę poniżej MPP.

Jeszcze jedno pytanie. Czy taka instalacja dobrze sprawdzi się w ogrzewaniu wody? Chciał bym w miesiącach od maja do października nie dogrzewać wody w żaden inny sposób.

Czy się sprawdzi? Zależy ile słonka będzie.
Ja podobnie grzałem CWU przez kilka miesięcy i jak tylko trochę poświeciło to spokojnie nagrzało.
Co prawda miałem większą moc paneli, ale i zbiornik 300l.

putas napisał:

Zależy ile słonka będzie.

Polecam lekturę: http://www.andretti.pl/wxsunhourssummary.php i http://www.andretti.pl/wxsolarsummary.php .
Podobno w Polsce mamy statystycznie ok. 1200 godzin słonecznych w ciągu roku.
A w Kaliforni mają ok. 3000 ...
Za to w Bergen (Norwegia) mają 320 dni deszczowych rocznie, dlatego tam lepiej się sprawdzają elektrownie wodne.

Rzuuf napisał:

Polecam lekturę: http://www.andretti.pl/wxsunhourssummary.php i http://www.andretti.pl/wxsolarsummary.php .
Podobno w Polsce mamy statystycznie ok. 1200 godzin słonecznych w ciągu roku.
A w Kaliforni mają ok. 3000 ...
Za to w Bergen (Norwegia) mają 320 dni deszczowych rocznie, dlatego tam lepiej się sprawdzają elektrownie wodne.

Nie ma sensu wzorować się na statystykach bo przy dzisiejszych anomaliach pogodowych żadne "przepowiednie" się nie sprawdzają, nawet pogoda na jutro się nie sprawdza, a co dopiero ile będzie dni słonecznych w przyszłym roku.

Rzuuf napisał:

Polecam lekturę...

Do pracy PV nie są potrzebne tylko słoneczne godziny. Każdy użytkownik PV to wie...

Wiadomość z http://www.modernhome.pl/Siemens-wycofuje-sie-z-fotowoltaiki-news-pol-1351245213.html :

Wraz z końcem października Siemens AG – produkujący m.in. baterie słoneczne, zapowiedział, że przestaje działać w sektorze fotowoltaicznym. Według informacji ogłoszonych przez członka zarządu koncernu – Michael'a Suess profity otrzymywane przez firmę z racji tej działalności okazały się zbyt niskie. Obecnie firma planuje skupić się bardziej na sektorze energii wodnej i wiatrowej. Wskutek tych działań departament koncernu Solar&Hydro został rozdzielony. Obecnie trwają rozmowy dotyczące sprzedaży jednostki prowadzącej działania w branży słonecznej.

Wiesz, kwestia na jakie profity liczyli. A może liczyli na jakieś dodatkowe dotacje, których nie dostali?

Pytanie czy odbije się to na cenach.

Siemens to był pionek w PV - mieli tylko inwertery tak naprawdę Sinverta i to wszystko.

Mało popularne i mało stosowane.

Bosch też robił panele i się zwinął, mimo to produkcja modułow w chinach ciągle rośnie - bo przestali patrzeć już tylko na europę.

PV w niemczech i włoszech już powoli umiera - ucięli fit.

Za to UK bardzo urosło... no i rodzime rynki azjatyckie - Japonia być może no.1 w tym roku, Chiny mnóstwo PV... no i stany też ostro idą.

Zważywszy problemy z ustawą, biurokracją i walką z energetyką koncepcja kolegi Megatron1984 jest całkiem dobrą drogą. Sam nie wiem, czy teraz (po blisko roku) użytkowania instalacji on-grid nie wybrałbym takiego rozwiązania.
Swego czasu forumowicz Herbatniczek przymierzał się do wykonania na arduino sterownika drabinki rezystorów w sensie grzałek. (Udało się?)
Dla przypomnienia wrzucam ten schemat
https://obrazki.elektroda.pl/7751598000_1418751043.jpg
Program i zbudowanie tego jest dość proste i spełnia wymagania najmniejszym kosztem.
Pokrótce jak to widzę:
Arduino mierzy natężenie światła i dobiera odpowiednio przekaźnikami załączane grzałki.
Byłaby to pewnego rodzaju regulacja mppt.
Dodatkowym pinem mierzy temperaturę w bojlerze.
Dla paneli 1KWp faktycznie od listopada do lutego raczej wody się nie nagrzeje.
Np. moja instalacja 2,5KWp w pochmurny listopadowy dzień ledwo oddawała w granicach 100-150W. Co innego jak błysło słońce, ale tych dni w listopadzie było kilka.
Dlatego dałbym trzy grzałki o mocy 200W, 300W i 500W, ale to jeszcze do rozważenia.
Dużym problemem jest zabezpieczenie bojlera 80L przed zagotowaniem. Latem będzie to możliwe przy instalacji 1KWp. Trzeba pamiętać, że prąd DC szybko uszkodzi zwykły termostat. Uszkodzi sklejając styki. Skutki wiadome.
Teoretycznie arduino może sterować, ale też może się zawiesić więc jako zabezpieczenie nie powinno pracować.

Errata: grzałki dałbym równolegle i załączał przekaźnikami półprzewodnikowymi

Planowałem by termostat przerywał mi obwód cewki przekaźnika próżniowego, ktoś na forum stosował takie rozwiązanie. Wydaje się to proste i tanie.