Ich möchte PV-Leistung (4 x 440W peak) ohne Wechselrichter in einem
Elektro-Warmwasserspeicher verheizen (zusätzliche Heizspule, rein DC,
keine Netzverbindung)
Für diese Anwendung gibt es z.B. dieses Produkt hier:
Vielleicht kaufe ich mir diesen "DC-Heizstab" - allerdings ist das Ding
mit 550€ nicht gerade billig.
Rein aus technischem Interesse hab ich mir Gedanken zu einem möglichen
Selbstbau gemacht und habe deshalb mal ein kleines Schaltungskonzept
erstellt (siehe Anhang).
Für mich gibt es nun zwei Fragen, die mich brennend interessieren:
Wie ist dieser ELWA-Heizstab aufgebaut? Was ist das Produkt
schaltungstechnisch aufgebaut? Im Endeffekt wird die Spannung der
PV-Module in dem Gerät doch sicher auch nur gepuffert(über Kapazität)
und die Leistung des Heizstabs per PWM gestellt oder?
Würde mein sehr simples Schaltungskonzept(siehe Anhang)
funktionieren? Und wenn nein, wieso nicht? Was würdet ihr anders machen?
In meinem "bescheidenen" Konzept, habe ich einfach mal die erstbesten
Bauteile verwendet, die ich bei Reichelt gesehn habe:
Elko: BE LXS 820/400
IGBT: GD100HFU120C1S (etwas überdimensioniert)
Betrachtet werden müsste wahrscheinlich noch eine Entstörung durch
Sniffer und evtl. Ferrit.
By the way ... aktuell plane ich die Schaltung mit 4x 440W Modulen (weil
nur 4 Stück aufs Dach passen), was eine Nennspannung von nur 176V
ergibt. Der bereits exisiterende Heizstab würde dabei nur ca. 1,1kW
liefern, was natürlich nicht ideal ist - aber das ist an der Stelle
erstmal nicht relevant.
Wahrscheinlich macht ein Selbstbau keinen Sinn - mich würde eure
Einschätzung trotzdem sehr interessieren.
mich würde eure Einschätzung trotzdem sehr interessieren.
Mit PWM erreicht man kein MPPT.
Du brauchst zumindest eine Spule mit Freilaufdiode um einen step down Wandler hinzubekommen, wir das auch der Elwa macht.
Dann fragt sich noch, ob der Heizstab DC mag. Innere Feuchtigkeit führt mit DC zum schnellen durchgamneln.
Ja, und Entstörung ist bei den Leistungen und weiter entfernten Lasten auch nicht so einfach, ein simpler Elko reicht da nicht um EMV Vorschriften einzuhalten.
Du bist also noch extrem laienhaft unterwegs, du musst noch viel lernen. Das bringt dann wenigstens Wissen, während 550€ für etwas warmwasser sich nie armortisieren.
Der bereits exisiterende Heizstab würde dabei nur ca. 1,1kW
liefern, was natürlich nicht ideal ist - aber das ist an der Stelle
erstmal nicht relevant.
finde den gar nicht so unpassend bei der PV-Größe
Es gibt aber ein anderes Problem:
Der Heizstab hat vermutlich einen Thermostat und einen Sicherheitstemperaturbegrenzer verbaut?
Die sind nicht für DC-Spannung ausgelegt, es entstehen beim Schalten gro0e Abreisfunken
Hallo,
einen gewöhnlichen Heizstab mit Gleichspannung zu versorgen geht nicht lange gut; im Gleichstrombetrieb laufen chemisch-physikalische Prozesse im Heizstabmaterial ab, die das Ding über kurz oder lang zerstören (bei mir war einer schon nach einem Sommer hinüber)
Ein MPP Tracker kann nicht so einfach nur über einen IGBT mit PWM Signal aufgebaut werden. Für MPPT brauchst du zum Beispiel (so macht man es auch i.a.) einen DC/DC Wandler, der den Ausgangswiderstand über die PWM Frequenz derart variiert, dass die Eingangsspannung dabei den kompletten Arbeitsbereich durchfahren und damit den MPPT finden kann. Alles recht aufwendig und nicht so einfach umsetzbar wie in deinem Schaltbild.
Aus den beiden genannten Aspekten würde ich deshalb eher einen günstigen Inselwechselrichter nutzen, der hat AC am Ausgang, ist netzunabhängig und hat einen MPPT. An diesen dann einen gewöhnlichen 230 V AC Heizstab (gibts aktuell für 30-50€ bei Ebay) anschließen.
einen gewöhnlichen Heizstab mit Gleichspannung zu versorgen geht nicht
lange gut; im Gleichstrombetrieb laufen chemisch-physikalische Prozesse
im Heizstabmaterial ab, die das Ding über kurz oder lang zerstören
ist dem wirklich so?
Die Heizstäbe die ich kenne haben Kupfer- oder Edelstahlrohre, die Heizwendel liegt im Inneren, kommt nicht mit Wasser in Berührung?
@laberkopp: Danke für den Hinweis mit dem DCDC-Wandler. Mir ist allerdings noch nicht ganz klar, warum es in meinem vereinfachten Aufbau nicht möglich sein kann, die Solarmodule im MPPT zu betreiben.
Danke für den Hinweis mit dem DC-Betrieb von Heizstäben ... werd ich berücksichtigen.
Zum Einsparpotential: In meinem Elternhaus exisitert bereits ein Elektroboiler, welche jede Nacht per Nachtstrom voll geladen wird. Ich denke, dass jede kWh die ich tagsüber vorlade, in der Nacht weniger aufgeladen werden muss (es sei denn jeder duscht abends - was ungünstig wäre).
Angenommen, das wären in den Sommermonaten jeden Tag nur 3kWh, sind es pro Monat 90kWh, sprich 30€ ... sind in einem Sommer 180€. Solarmodule packe ich selbst auf unser Scheunendach, das sehr einfach erreichbar ist.
@heijz: Werd ich mal checken mit dem internen Thermostat
@daddy2024: Danke für den Hinweis, dass man die Heizstäbe mit DC zerstört. Hab das schon öfters gehört - aber das es so heikel ist dacht eich nicht. Zu dem MPPT-Tracker und dem DCDC-Wandler werd ich gleich noch eine Frage stellen ... hier hab ich Verständnisschwierigkeiten.
Aber besten Dank für den Hinweis mit dem günstigen
Inselwechselrichter. Das ist für mich wohl die beste Lösung - zumal ich eh schon einen "übrigen" 2kW Heizstab im Kessel verbaut habe. So werd ichs machen. Kennst du zufällig ein bewährtes Produkt?
Habe mal den hier rausgesucht - der macht eigentlich genau das was ich möchte:
https://www.beleuchtung.de/solar-inverter-eco-solar-boost-mppt-3000-3-5kw-pro/
@Alle:
Ich verstehe immer noch nicht, warum es nicht möglich sein soll, mit meiner Schaltung, für eine bestimmte Bestrahlungssituation durch Auswahl des richtigen Tastverhältnisses den MPPT erreichen zu können. Hierfür muss ständig die Spannung am Kondensator gemessen (hat nen starken Rippel von z.B. 2V) und der Strom der Module (max. 10A) gemessen werden.
Ich schildere kurz meinen Gedankengang:
Der Heizstab zieht bei 176V ca. 6,8A.
Ein PV-Modul ist ja eigentlich eine Konstantstromquelle mit variablen Innenwiderstand.
Angenommen, die Sonneneinstrahlung ist mäßig und der MPPT der Solarmodule läge ca. bei 170V und 3,4A.
Wenn der IGBT offen ist, lädt sich der C bis zur Leerlaufspannung von 208V (ist unwichtig). Angenommen man fährt den IGBT mit einer PWM-Frequenz von 5kHz und einer Tastrate von 50%, dann pendelt sich die Spannung am C z.B. irgendwo bei 170V ein.
Wenn der IGBT offen ist (0,1ms), laden die PV-Module den Kondensator mit ca. 3,4A. Wenn das IGBT schaltet (0,1ms) zieht der Heizstab, ca. 6,8A - die kommen zur Hälfte aus dem C und zur Hälfte aus den PV-Modulen.
Am C müsste eine Spannung mit nem großen Rippel zu sehen sein...
Angenommen ich kann mein Tastverhältnis in 1024Stufen einstellen und ich fahre alle Stufen durch, messe zu jeder Stufe die Spannung am C und den Strom den die Module liefern, dann kann ich doch einen MPPT ermitteln.
Die Schaltung ist natürlich kein DCDC-Wandler (was ideal wäre) sondern nur ein schlechter "Leistungssteller" für ohmsche Lasten ...
Habe ich irgendwo einen gravierenden Denkfehler oder könnte das prinzipiell funktionieren?
Aber besten Dank für den Hinweis mit dem günstigen
Inselwechselrichter. Das ist für mich wohl die beste Lösung
Inselwechselrichter können kein MPPT.
Nicht nur deine Grundkenntnisse liegen bei 0, auch David wurde mit dem Heizstab simpel den Wechselrichter immer mit 2kW belasten und wenn nicht so viel rein kommt, schaltet er eben ab.
Solarwarmeasserwechselrichter sind speziell, weil sie eine variable Spannung und nicht immer 230V~ liefern.
@laberkopp: Warum bitte sollen Inselwechselrichter, die für Warmwasserzwecke bestimmt sind, kein MPPT-Tracking beherschen? Das macht doch überhaupt keinen Sinn!
Und wer ist David?
Ich habe eben nach 1 minütiger google-Suche, zwei verschiedene Warmwasser-Inselwechselrichter gefunden in deren Beschreibung steht, dass sie MPPT-Tracking praktizieren.
@TE: Wenn Du schon geren etwas probierst und derart solide bauen willst via MPPT etc,
dann wäre auch eine dem DC nachgeschaltete einfach H-Brücke die 10...100Hz (es kommt definitv nicht auf die genaue Frequenz an), welche DC nach AC umsetzt und Dir so auch einen einfachen niederpreisigen AC-Heizstab ermöglich. Denn dann ist DC-elektrolyse/ionenwanderung nicht mehr das Kernproblem.
Nebenbei bemerkt:
Sollte die hohe Spannung dich stören: Statt 4s1p kannst Du Deine Module auch 2s2p verschalten ... wären (in de spitze) ca. 75V/30A die Deine H-Brücke können müsste. Diese Werte: Durchaus nicht superkritisch zu handhaben.
Ich verstehe immer noch nicht, warum es nicht möglich sein soll, mit
meiner Schaltung, für eine bestimmte Bestrahlungssituation durch Auswahl
des richtigen Tastverhältnisses den MPPT erreichen zu können.
Schau in das Datenblatt des Elkos den du verbauen willst, wie viel Ripplestrom der verträgt. Die Elkos die ich gesehen hatte haben bei weitem nicht so viel vertragen als die PWM an Ripplestrom verursacht. Da wurde mir klar warum das so nicht gemacht wird.
MPPT könntest du theoretisch auf diese Weise schon hin kriegen.
In Deutschland bekommt man ab ca. 250€ einen Off-Grid 1kW WR mit MPPT
Welcher ist natürlich geheim, sonst würde jeder merken, dass es ein 230V~ WR mit integriertem Akkulader ist, ungeeignet um Heizstäbe mit allem was die PV bringt zu versorgen.
"Normale" Einspeisewechselrichter sind in der Lage MPPT zu fahren, indem sie bei konstanter (Netz-)Spannung die eingespeiste Leistung variieren.
Für den Betrieb eines Heizelements am MPP ist dagegen eine Anpassung der Ausgangsspannung erforderlich.
Inselwechselrichter ohne Pufferakku sind aus Prinzip nicht MPPT fähig, da die benötigte Abgabeleistung durch die angeschlossenen Verbraucher bestimmt wird.
https://www.beleuchtung.de/solar-inverter-eco-solar-boost-mppt-3000-3-5kw-pro/ sieht doch gut aus, und die knapp 300€ hast du in 2-3 Jahren wieder raus (im Vergleich zur reinen Öl-/Gasheizungsbetrieb über Sommer ). Das Ding hat auch gleich einen MPPT an Board. Natürlich könntest du dir einen MPPT (inkl. DC DC Wandler)selber bauen, aber der Aufwand scheint zu hoch. Wenn du zudem weisst, dass du nur Heizgeräte u.ä. damit betreiben willst, brauchst du noch nicht einmal eine reine Sinusspannung, da reicht ein modifizierter Sinus/bipolare Rechteckspannung aus.
(Ein MPP Tracker ist übrigens immer ein DC/DC Wandler mit besonderer Funktion/Erweiterung, um die oben beschriebene Widerstandstransformation/Anpassung über PWM hinzubekommen)
In Deutschland bekommt man ab ca. 250€ einen Off-Grid 1kW WR mit MPPT
Welcher ist natürlich geheim, sonst würde jeder merken, dass es ein
230V~ WR mit integriertem Akkulader ist, ungeeignet um Heizstäbe mit
allem was die PV bringt zu versorgen.
Google schon wieder Offline? Naja, wahrscheinlich muss die KI gefüttert werden.
In Deutschland bekommt man ab ca. 250€ einen Off-Grid 1kW WR mit MPPT
Welcher ist natürlich geheim, sonst würde jeder merken, dass es ein
230V~ WR mit integriertem Akkulader ist, ungeeignet um Heizstäbe mit
allem was die PV bringt zu versorgen.
Google schon wieder Offline? Naja, wahrscheinlich muss die KI gefüttert
werden.
Ein MPPT bezeichnen einen Algorithmus oder einen Wandler mit einer bestimmten Lastcharakteristik, d.h. er sucht immer den Arbeitspunkt, bei dem die meiste Leistung entnommen werden kann.
Hallo zusammen,
danke für die zahlreichen Antworten und die lebhafte Diskussion!
@marsufant: Danke für die Tipps. Ja stimmt, das ganze mit niedrigeren Spannungen und dann gleich als H-Brücke zu realisieren, wäre wohl das sinnvollste.
@randy: Ah, das mit dem Ripplestom hab ich nicht bedacht. Falls ich das Ding doch noch baue, werd ich das mal checken ;-) Das mit der "Umschaltung" der PV-Module is ja auch ne pfiffige Idee. Ich hab gesehen, dass es auch Heizstäbe mit drei verschiedenen Heizwendeln gibt, welche man je nach Leistungswunsch verschieden kombinieren/ansteuern kann.
@daddy2024:
Ich denke auch, dass dieser Wechselrichter genau das macht was ich brauche:
https://www.beleuchtung.de/solar-inverter-eco-solar-boost-mppt-3000-3-5kw-pro/
Da der speziell für Heizungszwecke ist, wird der die Leistung wohl "ganz simpel" per Phasenschnitt am Ausgang stellen, oder?
(Da er nicht mit dem Netz verbunden ist, sollt das ja "erlaubt" sein, trotz der hohen Leistung)
Zu den Kosten: Bei uns ist die Warmwassererzeugung sogar noch teurer, da wir den Warmwasserspeicher ausschließlich mit Strom erwärmen (wir haben keine Zentralheizung). Und der Nachtstrom liegt derweil ja auch um die 30Cent(kWh).
Ausschnitt aus der Beschreibung des Produkts:
"Dank der implementierten MPPT-Funktion passt sich der Wechselrichter automatisch an die Leistung des Heizgeräts an und stellt seinen Betriebspunkt so ein, dass die von der PV-Anlage empfangene Energie maximal ist."
Ich mus zugeben, dass die Beschreibung aber etwas verwirrend ist. Sollte es nicht heissen " ... passt der Wechselrichter die Leistung DES HEIZGERÄTS an die verfügbare PV-Leistung an" ?
@rawi: Sorry, ja, vollkommen richtig. Ich meinte "Ich würde gerne per MPPT den MPP ermitteln".
@likeme: Woran genau sollen die PV-Module verrecken? Es ist garnicht so einfach ein PV-Modul zu zerstören ;-)
MPPT hab ich von der Programmierseite her recht gut verinnerlicht. Ich habe für meine Masterarbeit ein Gerät zur Bestimmung der Leistung/Wirkungsgrades einzelner PV-Zellen gebaut. Das ist nicht das Problem.
In meiner ursprünglichen Frage, ging es eigentlich "nur" um die Leistungselektronik.
@likeme: Woran genau sollen die PV-Module verrecken? Es ist garnicht so
einfach ein PV-Modul zu zerstören ;-)
ein Bastelfreund hat es, entgegen meiner Warnungen, probiert 7 Platten in Reihe und dann 230V Heizstab mit 1000W. Eines morgens waren dann in einer Platte Löcher in einzelnen Zellen. Er wollte es auch nicht glauben, dachte an einen Steinewerfer. Nochmal probiert, nächste Platte defekt....
Schließ mal eine Platte an 10R und gugg mit der Wärmebildkamera drauf, dann geht dir ein Licht auf. Die Hand als Wärmefühler reicht auch! Der Ri variiert mit der Leistung. Die Spannung geht bei bisserl Licht schnell hoch auf Umax, der Strom wird von der Lichtstärke bestimmt. Das ist ein Problem für einen Heizstab der andersrum funktioniert. Die PV Heizmodule die es zu kaufen gibt haben eine MPPT Schaltung in der Steuerung.
Ja nagut, meinetwegen - ich sehe es ein - dann arbeitet in meinem Traum-Warmwasser-Wechselrichter also ein Step-Down-Konverter, der die Ausgangsspannung anpasst!
Dennoch, scheint die Beschreibung des Wechselrichters, welche ich hier nochmal reinkopiere falsch zu sein:
"Dank der implementierten MPPT-Funktion passt sich der Wechselrichter automatisch an die Leistung des Heizgeräts an und stellt seinen Betriebspunkt so ein, dass die von der PV-Anlage empfangene Energie maximal ist."
In meinem "bescheidenen" Konzept, habe ich einfach mal die erstbesten
Bauteile verwendet, die ich bei Reichelt gesehn habe:
Elko: BE LXS 820/400
IGBT: GD100HFU120C1S (etwas überdimensioniert)
Es ist nicht gut mit einem IGBT GND zu schalten. Du generierst dort (von dir genannt "C") beträchtliche Spannungspulse die die Systemspannung übersteigen oder vervielfachen werden.
Wenn die Leute sich einfach mal eine normale PV aufs Dach bauen und diese anmelden würden wäre es in diesem Forum recht leer.
Gefühlt die Hälfte der Beiträge beschäftigt sich nur noch damit, irgenwelche halbgaren Bastellösungen, z.B. selbstgehäkelte Akkus, ans Netz zu bringen oder eine Inselanlage zu bauen die eigentlich garkeine Insel ist.
Wenn die Leute sich einfach mal eine normale PV aufs Dach bauen
lassen würden
und diese anmelden
lassen
würden wäre es in diesem Forum recht leer
Und im Portemonnaie der Leute auch, weil der Einzige der an einer PV Installation dann was verdient der Solateur wäre.
Man ist in Deutschland halt Obrigkeitshörig, man will nicht gegen die krude Lobbyismusgesetzgebung verstossen aber gleichzeitig nicht den Politikerbestechenden sein Gesamtvermögen zuschieben.
Wenn die Leute sich einfach mal eine normale PV aufs Dach bauen und
diese anmelden würden wäre es in diesem Forum recht leer.
Gefühlt die Hälfte der Beiträge beschäftigt sich nur noch damit,
irgenwelche halbgaren Bastellösungen, z.B. selbstgehäkelte Akkus, ans
Netz zu bringen oder eine Inselanlage zu bauen die eigentlich garkeine
Insel ist.
Naja,
die Leute machen eine einfache Rechnung auf:
10kWpeak-Anlage mit Speicher kosten ca. 20.000€.
Schreibe ich sie über 10 Jahre ab (Kapitalkosten bzw. entgangene Kapitalerträge vernachlässigt) kostet sie 2000€ pro Jahr.
Gehe ich von einem Stromverbrauch von 4000 kWh pro Jahr bei einem Arbeitspreis von 30ct/kWh aus sind das 1200€ pro Jahr.
Damit sich das lohnt, müsste ich also meinen gesamten Stromverbrauch aus der PV decken (damit habe ich schon mal 1200€ verdient) und den Rest von 800€ aus der Einspeisevergütung decken. Bei einer Einspeisevergütung von 5ct/kWh sind das dann 16.000kWh - utopisch :-(
Nun bin ich nur von einem Abschreibungszeitraum von 10 Jahren ausgegangen. Aber auch bei 20 Jahren wird das knapp.
Baue ich die Anlagehingegen selbst auf, bin ich je nach Nutzungsgrad nach 3..4 Jahren in den schwarzen Zahlen.
DC-MPPT-Konzept.jpg
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