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Cómo controlar la potencia de un calentador de agua

El elemento de mi calentador de agua tiene una potencia nominal de 3,6kW a 240V. Para utilizar la energía solar de forma eficiente, me gustaría utilizar el exceso de energía solar (en una disposición conectada a la red) para calentar nuestra agua caliente sanitaria. Nuestro proveedor de electricidad sólo paga una miseria por la energía exportada, pero sigue cobrando la tarifa completa por cualquier energía importada, así que el truco es controlar la corriente del sistema de agua caliente (HWS) para que la mayor parte del exceso de energía solar se consuma internamente.

¿Sería adecuado un triac controlado por fase de alta resistencia? ¿Los interruptores de gran corriente causarían problemas? No sé cómo funciona la medición, por lo que este método por ciclo puede que ni siquiera se registre como una corriente media menor. Lo ideal sería que la carga se pareciera a una resistencia variable.

¿Tendría sentido un enfoque como el de una fuente de alimentación conmutada? es decir, rectificar la CA y luego cortar la corriente a alta frecuencia, mientras se protege el lado de la alimentación con grandes filtros? Sospecho que este enfoque causaría ruido EM a menos que se diseñe cuidadosamente.

¿Hay mejores formas de controlar la potencia del HWS?

Motivación

El inversor se conecta en mi lado del contador, pero la importación y la exportación se miden por separado. Intento minimizar la factura a la compañía eléctrica. Para ello necesito utilizar internamente la mayor cantidad de energía generada por la energía solar, teniendo cuidado de no importar energía durante un día soleado. Por ejemplo: cuando la energía solar entra = 4kW, las cargas internas = 2kW, quiero que el HWS consuma 2kW. Si exporto energía, obtengo 7 céntimos por kWh. Si importo energía, pago 20 céntimos por kWh. La viabilidad de la instalación depende de si puedo variar la carga para adaptarla a la generación.

Variable HWS power chart

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RelaXNow Puntos 1164

Es de suponer que la salida del inversor alimentado por sus células solares está en su lado del contador. Por lo tanto, no te cobran nada por la energía que utilizas hasta lo que producen los paneles solares en ese momento. Ya funciona como parece que preguntas.

Por ejemplo, si sus paneles solares (a través del inversor) están produciendo 1 kW cuando su calentador de 3,6 kW está encendido, entonces sólo estará tomando 2,6 kW de la línea, y sólo se le cobrará por los 2,6 kW. Si los paneles producen 4 kW con la calefacción en marcha, entonces 3,6 kW se destinan a la calefacción local, y en realidad se están vertiendo 400 W a la línea. La compañía eléctrica no puede notar la diferencia entre tener todo apagado y producir 400 W que van a la línea, y producir 4 kW con 3,6 kW utilizados internamente y verter los 400 W restantes a la línea.

No parece que haya un problema que resolver.

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joelmdev Puntos 148

En general, los medidores de potencia miden la potencia total a lo largo de un intervalo, y luego determinan si se trata de una "importación" o "exportación" en función del signo del valor total. Este intervalo no puede ser demasiado pequeño: un conmutador sin carga tendrá un factor de potencia cercano a cero y, por tanto, "exportará" potencia en una parte del ciclo de CA y "importará" potencia en otra parte del ciclo de CA. Sería estúpido que el medidor de potencia lo registrara como "40W de importación + 40W de exportación" simultáneamente.

No tengo ni idea de cuál es este intervalo para tu medidor; pero si es al menos de unos pocos segundos, deberías hacer un PWM de baja frecuencia (con un periodo medido en segundos) y usarlo para controlar el relé de estado sólido de cruce de cero. La parte de "paso por cero" asegurará la ausencia de corrientes extremas e interferencias EM.

Su calentador consume (3600 vatios) / (240 voltios) = 15 amperios. Por lo tanto, cualquier SSR (relé de estado sólido) de 20A / 250V funcionará. Vea también esta pregunta para más detalles:

Conmutación/regulación de un calentador de red de alta potencia

ACTUALIZACIÓN: Este documento ("Importación y exportación de energía eléctrica" por "Surendra Jhalora") habla mucho de la importación/exportación de energía cuando se aplica a los contadores inteligentes: http://www.securetogether.com/files/5113/7291/7734/imp_exp_elecl_energ17.pdf

Según esto, la importación/exportación se calcula por ciclo. Si se aplica a su medidor (y no lo sabemos), el cruce de cero SSR no ayudará.

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Devraj Gadhavi Puntos 126

Técnico jubilado, lleva mucho tiempo trabajando en lo mismo. La electrónica de potencia de 6000 vatios me asusta. Siempre pruebe detrás de un escudo de madera contrachapada de 3/4". Actualmente está en servicio y funciona muy bien (excepto por el horrible ruido de RF). Me alegra compartirlo, espero que sea de ayuda. Mi configuración es un poco diferente. Inversor de onda sinusoidal de 8000w 230v(stacked Trace SW4024)(ahora Schnieder) del siglo pasado. Baterías agm de 42kwh(salvamento). 15+KW de paneles solares(la mayoría verticales en el lado de los edificios, 48.5° N Latitud. Muchos paneles para pasar el invierno sin generador. Los verticales son los mejores en esta época del año. La elevación máxima del sol es de 20° o menos. En 1999, cambiaba los paneles cuando las baterías estaban cargadas, a 72V para enviarlos al tanque de agua caliente. Oh yeh, estoy fuera de la red.

La configuración actual es: Entrada de 230V rescatada, salida de 54V en el marco del cargador de conmutación de 50amp (2 vinieron con las baterías ;-). Usando la entrada de filtrado como era: Un toroide de 2" con bobinado bifilar de l1 l2 Un estrangulador de núcleo de hierro en cada línea(varias libras cada uno) 4 rectificadores de puente completo de 35amp en un gran disipador de calor 4 tapones de filtro grandes (8.000µF 150V) conectados en serie con resistencias de balance de sangrado Otro toroide de 2" con bobinado bifilar Ahora mi circuito: pwm a 1000hz con un cypress psoc4200 µPC que detecta los voltios de las baterías, el fet es conducido con un chip conductor opto aislado de 2.5amp y un suministro de 15dc scarry? . 2 IRFP460 FET <500v 20a, y sólo $ 3,33 ea. quan 10 (tenía 4, 2 sopló en el primer fuego para arriba (sin juego de palabras). ¡Trató de mirar a la forma de onda, pero con el timbre en la parte superior de la 340vdc se cortocircuitó mi sonda de alcance 10x (ahora tienen una sonda 1500v 100x) Han corrido en 5500watts) disipadores de calor grandes nunca llegar a más de 120 ° F. pwm sólo un poco más de 55% iirc. ellos tapas cambiar las cosas! Fet están en grd con 4500w elemento a positivo. a traves de los fet's hay un circuito de snubber(aqui soy muy muy ignorante) con un cap de 0.1µF y una resistencia de 3.3k 5w(corre extremadamente caliente). Hay un tapón de 0.1µF a través del elemento calefactor.

El elemento está en un flujo de 1 galón por minuto de agua a los hidrónicos en una losa de cemento 20cuYd, mi "batería térmica". En nuestros raros días soleados sólo se calienta menos de 5 grados. ¡Tantos paneles porque son tan baratos ahora! $0.27cents/watt ($ 0,35 c/envío). Sin el funcionamiento del generador, puedo hacer funcionar la calefacción eléctrica de propano/solar para el invierno con un solo llenado.

schematic

en el optoaislador VO3120 K debe ser A

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Bernd Puntos 61

Hay que dejar de intentar convertir la energía solar en electricidad y dar la vuelta para intentar calentar el agua con dicha electricidad. Este es un proceso terriblemente ineficiente.

En su lugar, debería utilizar la energía solar para calentar directamente el agua. Esto es mucho más eficiente.

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Liju Porathur Puntos 11

El diseño del controlador de potencia variable está básicamente en el camino correcto para proporcionar una potencia de salida continuamente variable. Sin embargo, hay un detalle que no aborda y es la regulación de la temperatura del cilindro. Tal como está dibujado, el controlador se conecta directamente al elemento sin pasar por el control termostático habitual. Esto podría estar bien si se puede hacer frente a la ebullición del cilindro o a la activación de la válvula de alivio de la temperatura. Si se deja el termostato en el circuito, sus contactos de conmutación no durarán mucho cuando empiece a conmutar tensiones de CC de más de 30 o 40 voltios debido a la formación de arcos de CC. Las ventajas de la extinción de arcos de la CA desaparecen rápidamente al conmutar la CC. Para remediar esto, los contactos del termostato podrían proporcionar una entrada de control adicional al control PWM para apagarlo cuando se alcance el punto de ajuste de la temperatura. Para aprovechar al máximo la entrada solar, el punto de consigna también podría fijarse un poco más alto, por ejemplo 70 grados en lugar de 55-60. Esto supone que el agua caliente se suministra a través de una válvula de templado para evitar quemaduras. También hay que tener en cuenta que las pérdidas permanentes del acumulador aumentan a medida que aumenta su temperatura.

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