[Rozwiązano] Podłączenie instalacji PV do grzałek w zbiorniku - bez zmiany na AC

Dzień dobry,

piszę pracę inżynierską między innymi na temat grzania wody grzałką w zbiorniku cwu dla myjni samochodowej. Ponieważ myjnia ta ma duże zapotrzebowanie na energię, dobrałem 36 modułów 450 Wp (co daje ok. 16 kWp), odpowienio o Vmp=41,8 V i Imp=10,77 A. Ponieważ instalacja ta w dość małym stopniu ma szansę pokryć zapotrzebowanie na ciepłą wodę, pomyślałem że można ją zorganizować bez przechodzenia na AC i przy tym zaoszczędzić na falowniku. Poszukuję zatem możliwie najprostszego sposobu na to, aby ta instalacja była technicznie możliwie wykonalna (ja robię tylko projekt czegoś co prawdopodobnie nie powstanie).

Pomyślałem zatem, że może to funkcjonować tak: uzyski z modułów idą przez stycznik/przekaźnik do grzałek w zbiorniku i jeżeli temperatura w zbiorniku zostanie osiągnięta, sterownik rozłącza stycznik. Wstępnie ustaliłem, że podzielę instalację na 4 obwody i w każdym z nich będzie 9 modułów, stycznik/przekaźnik i grzałka 4,5 kW. Każdy z trzech styczników będzie sterowany sterownikiem.

Oglądałem kilka filmów na YT o podobnej tematyce, lecz było to na potrzeby domowe. Aktualnie mam problem z dobraniem stycznika. W każdym obwodzie po połączeniu modułów szeregowo byłoby 376,2 V i 10,77 A, co już bardziej naprowadza mnie na dobór stycznika/przekaźnika. Znalazłem zatem w miarę pasujący przekaźnik Crydom SSR D4D12 (400V, 12A). Otrzymałem jednak radę, że z uwagi na duży prąd może pojawić się łuk elektryczny, zatem przekaźnik odpada i muszę zastosować stycznik. Natomiast, stycznika takiego nie jestem w stanie znaleźć (wszystko na takie parametry znajduje mi 3-polowe)

Dodam tylko ze zbiornik ma 1500l i można podłączyć max 4 grzałki. Celem tego sposobu byłoby zaoszczędzenie sporej sumy na falownik, a w zamian tego zastosowanie prostych komponentów. Czy powinienem w to brnąć, znaleźć inny sposób lub pójść na łatwiznę i dobrać falownik? Dodatkowo, parametry instalacji powinienem uwzględniać Vmp i Imp czy Voc i Isc?

Z góry dziękuję za odpowiedzi i każdą chęć pomocy.

Rozłączanie prądu stałego o tak dużej wartości wiąże się z powstaniem łuku, ale z racji zapotrzebowania na ciepło czy takie rozłączanie w ogóle wystąpi?

Myślę że sterowanie prądem stałym w myjni nie sprawdzi się bo np teraz nie ma słońca i tak musisz podłączyć się bo sieci 400V AC, dlatego mieszanie systemów AC i DC to zbędne utrudnienie i kombinowanie z przełączaniem się. A po drugie regulacja dużego prądu DC wymaga stosowania odpowiednich styczników ze stykami na prąd stały a tu wyboru dużego nie ma.

Tak ale wyże piszą, rozłączenie toru DC jest problematyczne, dlatego stosuje się specjalne komory gaszące/gasiki lub sterowanie półprzewodnikowe np IGBT albo mosfet.

Jest jeszcze jeden problem, załóżmy że PV nagrzała wodę, i np przez kolejne 4h nie pracuje mimo że jest pełne słońce. Nie lepiej zastosować normalny falownik PV, grzałki podpiete pod system AC i normalny licznik dwukierunkowy?

A jak iść po taniości to kolektory słoneczne, bez zbędnego przetwarzania swiatlo-prad-cieplo.

@MichałS Według obliczeń dla typowego roku meteorelogicznego - teoretycznie nie wystąpi.

@78db78 Zasilanie pomp tam jest normalnie z sieci elektroenergetycznej, a podstawowym źródłem ciepła jest kocioł olejowy.

@bambus94 Według obliczeń takie nagrzanie do pełnej temperatury nie powinno się zdarzyć teoretycznie, a ten stycznik ma być jedynie takim komponentem bezpieczeństwa.

W mojej pracy mam ogólnie zaprojektować system solarny na potrzeby ogrzewania myjni samochodowej i robię osobno projekt instalacji kolektorów i projekt PV. Potem porównuję te instalacje. Temat kolektorów mam już zamknięty i nie wyszło to zbyt tanio, muszę przyznać.

Reasumując, wydaje mi się, że przy takiej wielkości instalacji nie ma co kombinować ze stycznikiem (dla instalacji domowej miałoby to większy sens) i raczej zastosuję normalny falownik. Będzie drożej o te kilka tysięcy, ale uniknę problemów wynikających z zastosowania DC.

A czy taki stycznik nie spełniłby swojego zadania? Miałem problem z ustaleniem, na jakiej podstawie mam dobrać ten stycznik. Czy jedyne wymagania to: 1-polowość i odpowiedni prąd maksymalny? Jeżeli tak, to znalazłem taki stycznik: https://www.tme.eu/pl/details/a9c22111/styczniki-instalacyjne-modulowe/schneider-electric/
Czy spełni on swoje zadanie? Znalazłem go w zakładce "styczniki instalacyjne", bo w "moduły główne" nie ma akurat jednopolowych. Jak rozumiem, mogę wybrać jedynie jednopolowy?

Nie wygląda na taki do zastosowań przemysłowych. Co do rozłączania jednopolowego to jeśli instalacja będzie uziemiona nie spełni wymagań bezpieczeństwa.

@MichałS W takim razie, powinienem zastosować dwupolowy? Czy mógłbyś mnie trochę naprowadzić? Zależy mi jedynie, żeby instalacja była technicznie wykonalna i zgodna z zasadami elektrotechniki, bo raczej taki układ w rzeczywistości nie powstanie. Ma to jedynie charakter projektowy.

Powinieneś zastosować stycznik 3 lub 4 polowy i styki połączyć w szereg. I nie stycznik instalacyjny w obudowie modułowej tylko duży przemysłowy. Stycznik ma mieć napisane w karcie, że przerywa prąd dc i podane przy jakim napięciu. Ja stosuję styczniki lovato serii chyba bfd. Znajdziesz je w katalogu lovato w rozdziale "aplikacje dla fotowoltaiki" czy coś w tym stylu.

@czesiu Bardzo dziękuję za odpowiedź! Znalazłem taki stycznik:
https://lovatoelectric.pl/-Stycznik-4-polowy,...DC1,-cewka-AC-DC,-20-48VAC-DC/BFD80T4E024/snp

Jak rozumiem, według poniższej grafiki, przerwie on prąd DC przy napięciu 1000V przy 4 stykach połączonych w szereg? Ponadto, musi on być zasilany ze sterownika o napięciu między 20, a 48 V? W takim razie, czy musiałbym zastosować dwa takie styczniki i obwód podzielić na dwa szeregi po 18 modułów, skoro nie ma takich dużych grzałek, aby wszystko poszło na jedną?

Nie możesz podać na grzałki napięcia większego niż 400V, bo nie wytrzyma im izolacja. Więc nic Ci po łańcuchu 18 paneli, raczej 4 łańcuchy po 9 paneli albo jeszcze po mniej jak ma być zachowany margines bezpieczeństwa.

@czesiu Miałbym w zasadzie ostatnie pytanie: czy w tej roli nie sprawdzi się przekaźnik półprzewodnikowy SSR, który również przerywa łuk elektryczny?

https://www.tme.eu/pl/details/d4d12/przekazniki-ssr-stalopradowe/crydom/

Ma prąd pracy max. 12 A i przełącza napięcie do 400 V: wtedy jak rozumiem mógłbym zrobić tak jak piszesz 4 obwody po 9 modułów i na każdym z nich znajdzie się taki stycznik (400 V ani 12 A nie zostanie przekroczone), dołożę zabezpieczenie przeciwprzepięciowe, wkładki topikowe i jakiś odłącznik ręczny. Zależy mi jedynie, żeby ten układ był możliwie fizycznie do spięcia i żeby w teorii działał i nie przeczył prawom fizyki. Na innym forum jeden z użytkowników doradził mi, że sam tego rodzaju przekaźnika używa w swojej instalacji.

W każdym przemysłowym układze z ssr występuje również klasyczny stycznik, bo tamten nie zapewnia bezpiecznej przerwy izolacyjnej (a dodatkowo jest czuły na stromość napięcia, przekroczenia temperatury i uszkadza się często "na zwarcie"). Dlatego skoro robisz tylko projekt i nie liczysz kasy, zrób to dobrze, załóż najpierw klasyczne styczniki wysterowane termostatem z temperaturą nastawioną na wartość jaka nie ma prawa pojawić się w zbiorniku, np. 80stopni, a za stycznikami daj ssr-y które będą wysterowane termostatem regulacyjnym. Ponadto niech klasyczne styczniki będą miały styki pomocnicze przez które przepuścisz sygnał sterujący ssr, dzięki temu styczniki będą załączać styki w stanie bezprądowym, co wydłuży ich żywotność.
Nie jestem specem od pv, ale jeśli nie zrobisz regulatora ilości załączonych grzałek od wartości nasłonecznienia (takie pseudo mppt) tylko będziesz załączał full obciążenia już przy małym słońcu to uzysk instalacji będziesz miał nie wielki. Na pewno będzie gorzej niż gdyby miałby to być klasyczny układ z falownikiem mppt i konwersją na 230Vac.

Dziękuję za wszystkie rady, pracę udało się obronić i aktualnie zaczynam studia magisterskie.