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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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lucasharding Puntos 268

Creo que he encontrado una buena solución para esto.

Estoy intentando hacer exactamente lo mismo: utilizar mi exceso de energía solar para calentar el agua. Es un calentador de 4.800W y normalmente tengo 3.000W de exceso de energía solar al máximo para 3hiurss al día. Necesito de alguna manera acelerar mi calentador a 1-2kw más o menos. He estado buscando controladores de motor de alta potencia, triacs, etc.

Una solución más elegante:

Poner un transformador (o varios) en serie con la resistencia, y simplemente conectar/desconectar ese/esos.

Tienes 240V, así que suena como mi cuello de los bosques. Tengo un calentador de doble elemento de 4,8kW. Comprueba el diagrama de cableado de tu calentador, hay un termostato y todas las demás cosas de seguridad. No interfieras con eso. Sólo tienes que poner el transformador entre el termostato y el elemento de lo que sea el tamaño que usted necesita, entonces es un simple interruptor de encendido / apagado a través de Arduino.

(Comprueba mis cálculos aquí.)

4,8kW @ 240v son unos 12ohms para el elemento. Si tengo un transformador de 75V, tirará de 6,25A y 468W Si tengo un transformador de 100V, tirará 8.3A y 830W

Así que coge un transformador de 500W 75V y ponlo entre el termostato y el elemento, haz funcionar el elemento a un voltaje más bajo, que será una potencia menor.

tEntonces solo hay que usar un equivalente al ESP8266 y un relé de estado sólido para encenderlos y apagarlos.

Tal vez hacer el transformador de 1000W y utilizar algunas cosas PWM / SCR en eso - usted está controlando la potencia mucho menor, por lo que todo será muy bien reducido y menos de una molestia.

EDITAR Para tu información, acabo de comprar un transformador de AU a JP, de 1000W por 115 dólares, que puede soportar 800W continuos sin problemas, por lo que parece el mejor camino. Necesitarías 1200-1400W para un reductor AU-US para dar algo de margen.

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celebdor Puntos 621

He aquí un intento de diseño de un controlador de potencia variable. El circuito rectifica la corriente de la red, luego utiliza PWM de alta frecuencia para controlar la corriente al elemento calentador a través de un filtro (para limitar el ruido EM).

Variable Power Circuit

El inductor y el condensador de entrada tendrán que almacenar sólo la energía suficiente para un impulso de corriente a través del transistor. El interruptor del transistor tendrá que ser un conjunto de MOSFETs de más de 500V y con una pequeña combinación de sobre la resistencia . El controlador del MOSFET tendrá que flotar en la alta tensión y proporcionar el impulso de la puerta de 10-15 voltios. El filtro de salida es para suavizar los pulsos de corriente al elemento y reducir el ruido radiado. El último par de resistencias proporciona una tensión de retroalimentación al controlador PWM.

Supongo que una frecuencia PWM de unos 10 kHz sería adecuada. Cuanto más alta sea la frecuencia, más pequeños pueden ser los componentes pasivos. También supongo que existe un controlador que puede hacer frente a 350V de pico de CA y suministrar una salida de accionamiento de la puerta de 12V a partir de una entrada de señal digital de 5V.

Si ves fallos en este diseño o quieres compartir algún consejo para mejorarlo, por favor, añade un comentario.

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David Young Puntos 21

Si tiene varios elementos, por ejemplo, varios géiseres o un módulo de calefacción dedicado conectado a los géiseres, puede aumentar la potencia.

Por ejemplo, con un elemento de 375kw, 750w, 1,5kW, 3kW se podría conseguir

De 0 a 5,5kW en incrementos de 375w

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