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Comment chauffer de l’eau avec DC Solar PV.

Production d'eau chaude à l'aide de modules photovoltaïques

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Un chauffe-eau électrique standard dans un réservoir avec un réservoir standard peut-il créer une décharge?

Les chauffe-eau électriques sont un excellent choix pour faire des décharges pour votre système solaire, éolien ou micro hydro parce qu’ils sont facilement accessibles, peu coûteux, déjà isolés et ont des trous pour installer des éléments de chauffe-eau basse tension.

Vous pouvez généralement trouver un chauffe-eau électrique assez bon et de qualité presque partout dans le monde qui peut être utilisé comme:

  • préchauffeur pour votre chauffe-eau principal si vous émettez de l’énergie d’un système solaire de taille normale ou
  • votre chauffe-eau principal si vous avez un approvisionnement important et constant en électricité, comme une éolienne de qualité ou une éolienne haute puissance.

Chauffe-eau électrique standard sur le réseau

Bien qu’un chauffe-eau posé sur un réservoir ouvert puisse créer une bonne charge ou diversion, il existe plusieurs problèmes tels que:

  1. Les éléments de chauffage de l’eau dans un chauffe-réservoir standard sont conçus pour la haute tension (120 ou 240 volts)
  2. Les thermostats d’un chauffe-eau électrique standard ne sont pas conçus pour gérer le courant continu, donc l’arc cessera de fonctionner ou s’enflammera
  3. Lorsque le réservoir d’eau devient trop chaud, où envoyez-vous l’excédent d’électricité?

Nous répondrons aux questions ci-dessus dans quelques minutes, mais parlons de la question la plus courante que j’ai sur l’utilisation d’un chauffe-eau dans un réservoir de chauffage / chauffe-eau séparé.

La première question que je reçois lorsque les gens décident de suivre cette voie est:

Pourquoi ne puis-je pas simplement utiliser la sortie du convertisseur pour charger l’électricité (lorsque les batteries sont pleines) dans les éléments de chauffe-eau existants à l’aide des thermostats d’usine?

Bien que cela soit possible, ce n’est probablement pas une bonne idée.

Le premier problème est que s’il y a un problème avec votre convertisseur, votre décharge n’est pas fonctionnelle et vous n’aurez besoin que d’une très longue charge pour endommager votre batterie.

Un autre problème est que les sources d’eau chaude sont généralement de 2500 à 5000 W, ce qui pourrait être suffisant pour consommer toute l’électricité que votre convertisseur peut produire., en fonction de la taille de votre système. Si vous utilisez votre capacité de l’ensemble de l’onduleur, vous ne serez pas laissé avec quoi que ce soit comme des réfrigérateurs, des congélateurs, des ordinateurs, des lave-vaisselle et tous les autres goodies auxquels nous sommes habitués.

Le troisième problème avec l’utilisation de la tension alternative des onduleurs pour faire fonctionner votre décharge est votre besoin d’ajuster votre système pour allumer les charges de décharge à une tension spécifique (votre tension de base) et l’éteindre à une tension spécifique (légèrement inférieure à votre tension de masse). C’est ainsi que fonctionnaient les anciens contrôleurs de charge solaire. Ils avaient une hystérésis (différence) de quelques volts et éteignaient le générateur solaire à environ 14,4 volts et se reconnectaient à environ 13,2 volts dans un système nominal de 12 volts. Il y a deux problèmes avec ceci:

a) La tension change toujours entre les tensions d’activation et de désactivation et nous avons appris que les batteries dureront beaucoup plus longtemps si la tension de base est maintenue en continu par modulation de largeur d’impulsion (PWM) plutôt que de tomber et de chuter constamment.

b) Vos éléments de 2 500 à 5 000 watts représentent une charge énorme sur la batterie, à moins qu’ils ne soient de grande taille, ce qui fait que les éléments chauffants s’allument et s’éteignent parfois et plusieurs fois par minute. Ceci est très difficile sur votre onduleur et fera scintiller et allumer vos lumières et rendre les compresseurs de votre réfrigérateur et congélateur malheureux.

Comment puis-je maintenir la tension de la batterie et la tension d’absorption pour rendre mes batteries heureuses et durer plus longtemps?

C’est là que les contrôleurs de charge PWM sont apparus. PWM signifie modulation de largeur d’impulsion, ce qui signifie que la charge (ou le panneau solaire) est allumée et éteinte plusieurs fois par seconde en essayant de maintenir la tension de la batterie aussi stable que possible. PWM est beaucoup plus facile à comprendre que la plupart des gens ne le pensent.

Si vos batteries n’ont besoin que de 100 watts pour maintenir la tension à la tension de base, mais que votre générateur solaire génère 1000 watts, PWM s’assurera que le circuit (générateur solaire aux batteries) est connecté 10% du temps et le circuit ouvert 90% du temps comme le premier trois exemples de PWM dans le diagramme ci-dessous.

modulation de largeur d'impulsion (PWM)

EXEMPLE 1 Votre générateur solaire produit 1000 watts, mais seulement 500 watts sont nécessaires pour les batteries. Le contrôleur solaire PWM coupe simplement l’énergie solaire 50% du temps et 50% du temps. 50% de 1000 W est 500 W. Le seul problème avec PWM est qu’il est rapide. Il commute des centaines ou des milliers de fois par seconde.

EXEMPLE # 2 Imaginez que vous vouliez décharger 1 000 watts d’électricité, mais votre décharge est de 3 000 watts. Un régulateur de décharge PWM ou un pilote de relais 12 volts (intégré aux onduleurs et régulateurs de charge de la plus haute qualité) convertit la charge de décharge (ou relais à semi-conducteurs) en 1/3 du temps et arrête les 2/3 du temps. 1/3 de 3000 W est de 1000 W. Bien sûr, cela fait des centaines ou des milliers de fois par seconde.

Côté faible de la modulation de largeur d’impulsion:

Les relais standard (type bobine) ne peuvent pas supporter ce type de commutation. Ils seront détruits. Seuls les relais statiques (SSR) peuvent supporter ce type de marche / arrêt rapide. Un autre problème est que les contrôleurs PWM créent du bruit dans vos lignes téléphoniques ou autres appareils électroniques sensibles.


Donc la question demeure…

Comment utiliser un chauffe-eau (réservoir) standard comme décharge pour produire de l’eau chaude gratuite?

La meilleure méthode est décrite ci-dessous. Il existe d’autres méthodes, mais c’est la plus fiable et la plus précise.

ÉTAPE 1 Achetez ce qui suit:

* Deux (ou un si vous n’utilisez que la moitié de la capacité) des éléments de chauffe-eau basse tension 12/24/48 volts CC suffisamment grands (assez de puissance) pour drainer votre puissance excédentaire. Éléments chauffants CC pour fabriquer un ballon d'eau chaude solaire

Ils sont généralement disponibles dans les configurations suivantes:

  • Système 12 volts: 450 W et 900 W 2 éléments = 900 ou 1800 W max. À 15 V CC
  • Système 24 volts: 720 W, 900 W et 1440 W X 2 éléments = 1440 ou 1800 ou 2880 W maximum à 30 V CC
  • Système 48 volts: 1440 watts X 2 éléments = Maximum 2880 W à 60 V CC

Vous remarquerez que les tensions ci-dessus sont légèrement supérieures aux tensions nominales de la batterie. Cela est dû au fait que vous déchargez généralement la puissance excédentaire à environ 14,4-15,0 pour un système 12 volts CC, 28,8-30,0 pour un système 24 volts et 57,6-60,0 pour un système 48 volts.

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adaptateur pour élément d'eau

Redresseurs pour convertir un élément DC fileté en une unité carrée avec quatre trous de vis si nécessaire.

Tous les éléments basse tension utilisés pour les charges de dérivation ont un filetage mâle 1 « (MPT) et ont parfois un joint. La plupart du temps, il n’y a pas de sceau.

Bien que de nombreux chauffe-eau aient un tuyau fileté femelle (FPT), certains ont un trou carré avec un trou pour les vis filetées dans chaque coin.

Si vous avez un trou carré, vous aurez besoin d’un adaptateur, d’un joint et de vis par chauffe-eau basse tension.

Types d'éléments chauffants

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SSR (relais solide) typique utilisé dans la charge de décharge * Deux relais statiques (SSR) marqués pour DC sur l’intensité (en fonction de la taille de vos éléments) et la tension (plus de 15,30.60 volts DC) que vous utiliserez. Vous aurez besoin d’un SSR par élément chauffant.

Les SSR doivent également pouvoir être activés (allumés) à 12 volts car nous utiliserons l’un des actionneurs de relais 12 volts déjà installés dans votre contrôleur de charge ou convertisseur.

Dans des endroits comme eBay, vous pouvez généralement obtenir des SSR DC qui conviennent à 40 ou 60 ampères à 160 ou 220 VDC qui fonctionnent sur 3-24 volts.

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* Un régulateur ou convertisseur de charge doté d’un actionneur à relais 12 volts programmable tel que celui qu’il a produit:

  • Outback Power (tous leurs convertisseurs et contrôleurs de charge en ont un)
  • Énergie Magnum (tous leurs convertisseurs en ont un ou deux)
  • Schneider Electric (tous leurs convertisseurs et contrôleurs de charge en ont un)
  • Morningstar Corp. et plusieurs autres. Certains les appellent des actionneurs de relais commandés en tension ou des relais commandés en tension ou des commutateurs commandés en tension.
  • Une autre option est le relais pilote Morningstar RD. (Il existe quatre canaux ou pilotes de relais différents qui peuvent être activés et désactivés à certaines tensions et même à des températures. Ils peuvent même être programmés avec un câble série à partir de votre ordinateur portable ou de bureau.) Si votre équipement dispose déjà d’un pilote de relais, vous n’aurez pas besoin de Morningstar RD.

Le pilote de relais du matin est une excellente unité pour construire une charge de décharge.

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* Un contrôleur de rejet / dérivation tel que le TS-45, TS-60 ou C-40 de Morningstar ou le C-60 de Schneider Electric pour un système de décharge secondaire lorsque l’eau est trop chaude dans le réservoir d’eau ou que le système de drainage d’origine est défectueux.

contrôleurs de vidage pour protéger vos batteries

ou

* Utilisez une autre unité de contrôle de relais programmable (dans votre équipement existant) avec un relais SSD ou un relais standard.

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* Abaissement secondaire, tel que chauffage / résistance. Vous devrez peut-être utiliser plusieurs unités et les placer dans une boîte électrique métallique ventilée ou acheter des unités fabriquées.

aérothermes de rechange


Maintenant, avant de commencer à penser que ce sera un projet énorme et déroutant, détendez-vous et ne vous inquiétez que pour un seul élément à la fois.

Pour toutes les étapes ci-dessous, nous inclurons des schémas de câblage et expliquerons les choses aussi clairement que possible.

ÉTAPE 2 Retirez les éléments CA haute tension et haute tension et remplacez-les par des éléments CC de faible puissance.

ÉTAPE 3 Connectez le câble négatif de la batterie / CC à un côté de chaque élément chauffant.

ÉTAPE 4 Montez un relais solide (SSR) à l’extérieur du réservoir d’eau chaude pour chaque élément que vous utilisez. Les SSR peuvent être chauffés, il est donc obligatoire que chaque SSR soit monté sur un gros morceau d’aluminium ou un radiateur, comme illustré ci-dessous.

Les dissipateurs de chaleur en aluminium sont parfaits pour garder les SSR au frais.

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