Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Über Photovoltaik eine KFZ-Pumpe wie Pierburg CWA 50 betreiben


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von Thibaut R. (vinreeb)


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Hallo Miteinander,
ich habe zu dem Thema schon seit einiger zeit gesucht, aber nichts 
eindeutiges gefunden, bzw immer nur eine Seite der Lösung meines 
Problems gefunden. Ich selber bin was Elektronik angeht ein ziemlicher 
Laie, habe im Studium nur Grundlagen von Mikrocontrollern gehabt und 
etwas C++ programmierung. Ich würde dennoch gerne folgendes Projekt 
realisieren:

Ich bin dabei eine großflächige Solarthermieanlage auf mein Dach zu 
montieren, es handelt sich hierbei um 20qm verteilt auf zwei parallele 
Stränge a 5 platten. Diese sind an einem plattenwärmetauscher und einer 
pumpstation mit Notkühlung angebunden welche den Solekreis schließen.
Da ich als Pufferspeicher erst einmal nur 1000l Schichtleitspeicher zur 
verfügung habe ist die Solaranlage im sommer massiv überdimensioniert.

Deswegen die Pumpstation mit Notkühlung, im Grunde kann man sich den 
Solekreislauf wie einen Kühlmittelkreislauf im KFZ vorstellen, die Sole 
wird von der Pumpe im kreis gepumpt und wenn im Rücklauf die Temperatur 
über 87°C steigt wird von einem normalen Thermostaten ein alternativer 
kreis geöffnet, welcher das Wasser über einen großen kühlter zieht. 
Dieser kühler führt also im falle einer fehlenden Abnahme der Wärme 
durch den Plattenwärmetauscher die überschüssige Temperatur an die 
Umgebungsluft ab.

Die Pumpe für diesen Kreislauf muss zwei Kriterien erfüllen: zuverlässig 
bei sonne laufen und die nötige Fördermenge schaffen (welche Abhängig 
von der Sonnenstrahlung ist, aber unkritisch aufgrund der Systemtrennung 
über den PWT) und die hohen Temperaturen um Solekreis aushalten.
Ich hätte den Solekreis gerne autark, damit auch bei Stromausfall keine 
Stagnation eintreten kann, gleichzeitig bietet es sich absolut an, die 
Energie für die Zirkulation aus Photovoltaik bereit zu stellen, weil 
somit eine Regelung und Abschaltung der Pumpe unnötig ist, sie läuft 
wenn die sonne scheint und fertig.

Als Umwälzpumpe Eignet sich die Pierburg CWA 50 oder Bosch pce aus der 
KFZ-Industrie. Beide Pumpen laufen auf 12V-16V DC spannungsniveau und 
haben in etwa 50W. Beide liefern den von mir benötigten Volumenstrom im 
Maximalpunkt (maximal zulässiger Volumenstrom im Kollektor 1500l/h bei 
meiner Verschaltung).
Ich würde diese pumpe gerne direkt von einem Photovoltaikpaneel mit zB 
100w Leistung betreiben, jedoch brauche ich eine Steuerung welche 
folgendes können sollte:
1.
Den PWM-Eingang oder LIN-Bus der Pumpe abhängig von der durch das 
Photovoltaikpaneel zur Verfügung gestellte Leistung ansteuern um diese 
Leistung effizient zu nutzen (Im Grunde ne art MPP-tracking mit pwm 
Ansteuerung der pumpe als Ausgang?!)
2.
Eine Zwangsabschaltung der Pumpe wenn ein Temperatursensor weniger als 5 
°C am Plattenwärmetauscher ausgibt (wegen Frostgefahr im 
PWT-Heizungskreis)
3. Eine Begrenzung der maximalen Spannung an der Pumpe auf die höchste 
zulässige Spannung.

Nice to have wäre noch eine Lüftersteuerung die bei entsprechender 
Temperatur eine Durchströmung des Kühlers mit Umgebungsluft realisiert, 
das ist aber auch so recht einfach zu lösen.

Meine Frage an Euch ist: Gibt es so etwas vielleicht schon fertig? und 
wenn nein, wie würdet ihr so eine Steuerung aufbauen?
Zur Pumpe von Pierburg gibt es online eine Erklärung wie man sie via PWM 
ansteuern kann:
http://webpages.charter.net/n8nxf/EVTV%20Pierburg%20CWA-50%20Coolant%20Pump.pdf

Viele Grüße,
Thibaut

von Der Andere (Gast)


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Thibaut R. schrieb:
> Als Umwälzpumpe Eignet sich die Pierburg CWA 50 oder Bosch pce aus der
> KFZ-Industrie.

Nur mal als kleine Anregung:
Eine KFZ Wasserpumpe ist normalerweise als Verschleißteil konzipiert und 
hat eine Lebensdauer von max. 2000-5000 Stunden.
Das heisst die kann bei deiner Anwendung in 2-3 Jahren locker erreicht 
werden.
Nicht unbedingt das was du bzgl. Zuverlässigkeit erreichen willst.

von Der Andere (Gast)


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Daten aus deinem Link:
Flow rate: 0 – 30 LPM
Lifetime: 6,000 hrs

Thibaut R. schrieb:
> Beide liefern den von mir benötigten Volumenstrom im
> Maximalpunkt (maximal zulässiger Volumenstrom im Kollektor 1500l/h bei
> meiner Verschaltung).

Noch schlimmer. Diese Pumpen sind meines Erachtens nicht vollastfest. 
Wie lange läuft denn ein Motor in einem PKW unter Vollast? Länger als 
ein paar Minuten nie, so leer ist keine Autobahn.
Wenn du die also ständig über Stunden (Mittagszeit) in Vollast betreibst 
dann wage ich zu bezweifeln daß die auch nur die angegebenen 6000h 
schafft.

Wenn dann würde ich mich zumindest nach Pumpen umsehen, die in 
Industriemotoren oder zumindest LKW Motoren benutzt werden.

von Schreiber (Gast)


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Thibaut R. schrieb:
> Die Pumpe für diesen Kreislauf muss zwei Kriterien erfüllen: zuverlässig
> bei sonne laufen und die nötige Fördermenge schaffen (welche Abhängig
> von der Sonnenstrahlung ist, aber unkritisch aufgrund der Systemtrennung
> über den PWT) und die hohen Temperaturen um Solekreis aushalten.
> Ich hätte den Solekreis gerne autark, damit auch bei Stromausfall keine
> Stagnation eintreten kann, gleichzeitig bietet es sich absolut an, die
> Energie für die Zirkulation aus Photovoltaik bereit zu stellen, weil
> somit eine Regelung und Abschaltung der Pumpe unnötig ist, sie läuft
> wenn die sonne scheint und fertig.

Die ideale Pumpe nennt sich "Schwerkraft und thermische Ausdehnung".
Damit kann man eine schöne Thermosiphonkühlung bauen.

von Der Andere (Gast)


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Schreiber schrieb:
> Die ideale Pumpe nennt sich "Schwerkraft und thermische Ausdehnung".
> Damit kann man eine schöne Thermosiphonkühlung bauen.

Das stimmt, aber dann muss auch das Bauliche dazu passen.
Leider sind meist die Kollektoren über dem Speicher, wäre auch blöd die 
unter das Haus zu bauen, da ist zu viel Schatten :-)

von Schreiber (Gast)


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Thibaut R. schrieb:
> Als Umwälzpumpe Eignet sich die Pierburg CWA 50 oder Bosch pce aus der
> KFZ-Industrie. Beide Pumpen laufen auf 12V-16V DC spannungsniveau und
> haben in etwa 50W. Beide liefern den von mir benötigten Volumenstrom im
> Maximalpunkt (maximal zulässiger Volumenstrom im Kollektor 1500l/h bei
> meiner Verschaltung).
Die üblichen Heizungsumwälzpumpen laufen nicht nur mit Wechselstrom, 
sondern auch mit Gleichstrom, 320V DC sind ideal. Möglich macht das der 
(zwecks Senkung des Stromverbrauchs)  in die Pumpe eingebaute Umrichter.

...gibt auch noch einige ältere Pumpen (ohne Elektronik) die nur mit 
wechselstrom laufen, aber sowas verbaut heute keiner mehr.

von Thibaut R. (vinreeb)


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Hi Miteinander,
Danke für die Anregungen :)

Leider haben die modernen Hocheffizienzpumpen keinen besseren Ruf als 
die von der KFZ industrie... der Pumpentyp der Bosch PCE und Pierburg 
CWA ist im Grunde die selbe technologie wie die genannten 
Hocheffizienten pumpen.
Dennoch ist es interessant dass diese wohl auch mit Gleichstrom geht, 
gibt es hier möglichkeiten einzugreifen und das spannungsniveau zu 
beeinflussen? 230V wären ein bischen viel um es mit einem 100W modul 
direkt zu erzeugen.
Ich habe hier noch eine Wilo stratos pico bei der die platine komplett 
abgesoffen ist, vieleicht kann man diese ja wieder wecken.

Was den Schwerkraftumlauf angeht, der Plattenwärmetauscher der die Wärme 
abnimmt befindet sich sogar tatsächlich auf etwas höherem Niveau als die 
paneele, jedoch gehe ich davon aus, das der innere Strömungswiderstand 
in den filigranen Röhrchen der Panele zu hoch ist und die Sole zu dick.

Grüße,
Thibaut

von Schreiber (Gast)


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Thibaut R. schrieb:
> Leider haben die modernen Hocheffizienzpumpen keinen besseren Ruf als
> die von der KFZ industrie... der Pumpentyp der Bosch PCE und Pierburg
> CWA ist im Grunde die selbe technologie wie die genannten
> Hocheffizienten pumpen.
> Dennoch ist es interessant dass diese wohl auch mit Gleichstrom geht,
> gibt es hier möglichkeiten einzugreifen und das spannungsniveau zu
> beeinflussen? 230V wären ein bischen viel um es mit einem 100W modul
> direkt zu erzeugen.

Die hocheffizienten Heizungspumpen sind normalerweise zuverlässig und 
haltbar, allerdings nicht so haltbar wie die normalen Heizungspumpen. 
Magnetischen Schlamm oder Dreck im Wasser mögen diese Pumpen allerdings 
gar nicht. Ein Schlammabscheider vor der Pumpe ist überaus ratsam.

Übrigens brauchen die beim Betrieb mit Gleichstrom nicht 230V sondern 
320V. Wegen dem eingebauten Brückengleichrichter...
Noch einfacher wäre es aber einen handelsüblichen Wechselrichter an das 
Solarmodul anzuschließen und eine "normale" Heizungspumpe zu verwenden.

Thibaut R. schrieb:
> Was den Schwerkraftumlauf angeht, der Plattenwärmetauscher der die Wärme
> abnimmt befindet sich sogar tatsächlich auf etwas höherem Niveau als die
> paneele, jedoch gehe ich davon aus, das der innere Strömungswiderstand
> in den filigranen Röhrchen der Panele zu hoch ist und die Sole zu dick.

Den Wärmetauscher weiter nach oben verlegen? Wenn nicht, messen und 
rechnen. Eine leichte Dampfblasenbildung im Kühlmittel fördert den 
Umlauf, das funktioniert nach dem Prinzip Mammutpumpe, auch bekannt von 
Kaffeemaschinen. Das kann man auch in einem geschlossenen Kreislauf 
anwenden.

von Thibaut R. (vinreeb)


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Schreiber schrieb:
> Thibaut R. schrieb:
>> Leider haben die modernen Hocheffizienzpumpen keinen besseren Ruf als
>> die von der KFZ industrie... der Pumpentyp der Bosch PCE und Pierburg
>> CWA ist im Grunde die selbe technologie wie die genannten
>> Hocheffizienten pumpen.
>> Dennoch ist es interessant dass diese wohl auch mit Gleichstrom geht,
>> gibt es hier möglichkeiten einzugreifen und das spannungsniveau zu
>> beeinflussen? 230V wären ein bischen viel um es mit einem 100W modul
>> direkt zu erzeugen.
>
> Die hocheffizienten Heizungspumpen sind normalerweise zuverlässig und
> haltbar, allerdings nicht so haltbar wie die normalen Heizungspumpen.
> Magnetischen Schlamm oder Dreck im Wasser mögen diese Pumpen allerdings
> gar nicht. Ein Schlammabscheider vor der Pumpe ist überaus ratsam.

Schlamm sollte im Primärkreis überhaupt kein Thema sein, es wird hier 
keine eisenhaltigen Werkstoffe geben (vom Plattentauscher aus V2A 
abgesehen), die Rohrleitungen sind alle kupfer, fittinge wo nötig, sind 
aus Rotguß, das thermostat und der Notkühler sind Aluteile.
>
> Übrigens brauchen die beim Betrieb mit Gleichstrom nicht 230V sondern
> 320V. Wegen dem eingebauten Brückengleichrichter...
> Noch einfacher wäre es aber einen handelsüblichen Wechselrichter an das
> Solarmodul anzuschließen und eine "normale" Heizungspumpe zu verwenden.
Ok, verstehe, aber bei einem einfachen wechselrichter hätte ich das 
problem, dass ich die pumpe nicht in ihrer leistungsaufnahme an die 
einstrahlung des Panels anpassen kann. Der Gedanke ist ja bei der 
Geschichte, dass ich ein Pumpe möchte welche in ihrer Leistung der 
Sonneneinstrahlung folgt, anderenfalls bräuchte ich deutlich mehr 
solarfläche um auch im schwachlichtbetrieb noch die pumpe laufen zu 
lassen, wo sie dann aber wiederum eigentlich zu schnell laufen würde.

Um die Zuverlässigkeit der Pumpen zu erhöhen wäre auch ein 
Parallelbetrieb zweier Pumpen denkbar, mit Rückschlagventilen 
ausgestattet sollte das kein Thema sein. Diese Pumpen sind wirklich 
superbillig zu bekommen und die Verfügbarkeit wird in den nächsten 
Jahren noch weiter steigen weil die ganzen Turbo-kisten von VW und BMW 
die drin haben und diese Fahrzeuge ja schon für den Mülleimer gebaut 
werden (die Pumpe ist deutlich haltbarer als die Maschine ;) ) Auch nett 
bei den dingern ist ihre Diagnosefähigkeit, ähnlich den heutigen 
Hauspumpen haben sie umfangreiche sensor-möglichkeiten verbaut und geben 
via BUS schnittstelle infos über ihren zustand weiter. Es wäre als auch 
möglich zb einen alarm bei Fehlern zu schalten und eine zweite pumpe 
dann als Reserve zu schalten.

> Thibaut R. schrieb:
>> Was den Schwerkraftumlauf angeht, der Plattenwärmetauscher der die Wärme
>> abnimmt befindet sich sogar tatsächlich auf etwas höherem Niveau als die
>> paneele, jedoch gehe ich davon aus, das der innere Strömungswiderstand
>> in den filigranen Röhrchen der Panele zu hoch ist und die Sole zu dick.
>
> Den Wärmetauscher weiter nach oben verlegen? Wenn nicht, messen und
> rechnen. Eine leichte Dampfblasenbildung im Kühlmittel fördert den
> Umlauf, das funktioniert nach dem Prinzip Mammutpumpe, auch bekannt von
> Kaffeemaschinen. Das kann man auch in einem geschlossenen Kreislauf
> anwenden.

Den Plattentauscher zu versetzen wäre jetzt ziemlich aufwändig, weil er 
im Kniestock eingeplant ist wo er im Innenraum nicht stört, der 
Dachstuhl ist ausgebaut. auch würde mir die beschriebene Blasenpumpe 
erst helfen wenn das Medium am sieden ist, was zwar toll für den 
Wärmeübergang und die pumpleistung ist, aber schlecht für das 
Solarmedium und erst bei relativ hohen temperaturen eintritt, somit 
würde das im hochsommer sicher funktionieren, im Winter und der 
Zwischenjahreszeit aber nicht.

von Moritz (Gast)


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Hallo, was ist draus geworden?  Läuft die CWA-Pumpe? Ich würde auch eine 
betreiben wollen, aber welche PWM-Form benötigt wird, konnte ich bis 
jetzt noch nicht herausfinden. Wer weiß da mehr? Vielen Dank.

von Auch Karl, ein anderer (Gast)


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Die Pumpen haben idR einen Bereich unten und einen Bereich oben im pwm, 
der was besonderes macht. Abschalten oder Nachlauf konfigurieren oder 
sowas. Dazwischen z.b. 20 und 80% lässt sich die Drehzahl einstellen. 
Die Pumpen mögen keinen Trockenlauf und schalten dann evtl ab.

Lebensdauer wie beschrieben sehr begrenzt.

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