Подгряване на бойлер със фотоволтаични панели

[venkap]

Нормално ли е, когато на един 240 W панел, се свърже нагревател за 36 V, 300 W, цифровия амперметър да показва средно 8,25А, а цифровия волтметър да показва около 29.65V, което прави 244.61W или 103,% и то вече наколко часа? Не трябваше ли мощността да е по-малка?

[Mateev]

Панелите имат разброс в мощноста, така че е нормално да си случил на хубав панел с малко по-голяма мощност.

[venkap]

... Няма майтап - наистина ще направя ПОКЛОН ПРЕД "ГЕНИЯ" НА ТОЗИ, който ПРОВЕРЕНО НА 100% е направил и реализирал такава система със срок на изплащане 7 години.

Става въпрос за "Къща за гости" предоставяща четири малки "апартамента" за летния сезон. Имало е изградена система със соларни колектори, но в последствие преработена с фотоволтаични панели, седем на брой, с мощност по 210W или общо 1 470 W. Използва се сто (100) литра бойлер, с нагревател - 3 000 W. През летния сезон, бойлера загрява чрез помпена група, четиристотин и ****** (4**) литра топлообменник, който е без нагревател (само със серпентина). Топлообменника обезпечава вода за пет бани, един кухненски бокс, една пералня и една миална машина. Бойлера, използва електроенергия от нощна тарифа през часовник и реле. Има вариант, в който през комбинация от вентили, бойлера да захранва само единият апартамент с баня, кухненския бокс и мокрото помещение (миална и пералня).
В бойлера температура на водата е между 50º до 85º, което позволява да се поддържа температура в топлообменика между 40º до 65º градуса, когато има слънчева радиация. В интерес на истината бойлера започва да подгрява водата от 30º÷40º и много рядко изключва от терморегулатора, дори в дните с много висока радиация, а температурата в топлообменика рядко пада под 30º. Тук е тънкоста, да се изчисли количеството вода, за подгряване в топлообменика, което количество плюс дневния дебит, да осигури непрекъсваем товар за соларните панели. Генерираната енергията от соларните панели, средно за ден, от м. май, до м. септември, е между 5,5 kWh и 7,5 kWh. За тези пет месеца енергията е приблизително 900 kWh. За останалия период от годината, освоената енергия е между 600÷650 kWh. Цената на електроенергията за малки бизнес клиенти до 100 kW, с всички надбавки за мрежови услуги е около 0.30 лв. на киловат. Вероятно цената на електроенергията за същите клиенти, следващите три години, ще се увеличи 30÷40%, а до пет години ще стане 50%. Според Вас, за колко години ще се изплатят панелите с крепежните елементи?
Предполагам, че ще започнат обструкциите, че този вариант е хибриден и не влиза в обхвата на спора или нещо такова. Възможно е да има писания от рода: "Трябваше да напиша малко небивалици с цел да провокирам новаторство и креативност".
Трябва да обърна внимание, че системата заменя конвенционалното електрозахранване с близо 1.5 MWh на година и доказва своята ефективност. И най-важното - няма излишни електроники и загубите са сведени до минимум.
Колкото до поклоните по внимателно, щото има дискови хернии, лумбаго и ишиас. Не искам да имам угризения...

[Mateev]

Аз съм си направил подобна хибридна система у дома, но тя се базира на източници на енергия, които са най-евтини в дадения период от време (в дадения сезон). Накратко:

1. Имам PV системи (около 60 kWp), които в повечето време продават енергията в мрежата, но дистанционно с едно чукване на мишката мога да им пренасоча енергията за собствено потребление. Това се случва когато диспечерите ми се разпоредят да огранича електропроизводството, или когато законодателите много ми ограничат изкупните цени, и аз реша да им кажа да го духат. Системата е реализирана посредством контактори на всеки един инвертор, управлявани от контролери на Siemens, които пък аз ги командвам от компютъра си с едно чукване на мишката.

2. Имам автоматичен дизел генератор 60 kW, който до 7 секунди след спиране на тока през AVR табло поема енергозахранването на имота. Самият генератор създава мрежа, така че ако прехвърля PV инверторите към вътрешния имот, те продължават да работят, икономисвайки ми по този начин нафта, която иначе генератора щеше да изгори.

3. Имам 3 котела на дърва, които ги ползвам интензивно през есента, зимата и пролетта. Котлите са съответно 25, 40 и 70 kW, като съобразно външната температура правя различна комбинация от тях с цел получаване на различна максимална мощност. Котлите се управляват интелигентно посредством 6-7 броя Siemens Logo BA07, които пък се контролират от Siemens Simatic S7-1500, а шефа на имота е S7-1500.

4. И последно - имам пасивни и активни сондажи, които са с мощност над 200 kW, и които в момента работя за да ги интегрирам посредством термопомпи в цялата тази система.

Като цяло системата е разработена така, щото след 3-тата световна война имота да може автономно да си доставя всички енергийни нужди от електричество и топлина.

[Miro]

Я да посмятам и аз малко тука, че не съм писал от цифра време у форума

Всички сме съгласни, че за да загреем бойлер 80л от 10 до 70 градуса примерно ни трябват около 5,5-6 kWh електроенергия. Топлинните загуби за 24 ч по книги ги дават средно 1-1,5 kWh, сиреч ако си ползваме цялата вода всеки ден, нашия бойлер ще харчи 7 kWh на денонощие. Това по 365 = 2,5 МWh или около 380 лв/годишно на нощна тарифа и 600 на дневна. Нека да кажем 400 лв, защото сме решили да топлим предимно на нощна.

Сега да видим какво ще спестим от фотоволтаика. Ще смятаме с 1 kWp, защото в най-добрия летен ден ще произведе 6kWh електроенергия - товарът е линеен и хич не ни трябва MPP, не ни трябват акумулатори, инвертори и каквито и да е бози - трябва ни само панели, 24 или 36V реотан и жица към терморегулатора на бойлера, за да не слагаме отделен. При хипотезата, че харчим всичко всеки ден (човек с деца ще ме разбере), то целия ток от годишното производство ще го оползотворим, а това е точно половината от онези 2,5MWh. T.e. от 400-те лева годишно сме спестили 200.
1 kWp панели барабар с реотан, крепежи и кабел идва на около 2000 лв, така че спокойно можем да кажем, че ще се избие за 10г, а ще работи докато бойлера съществува или по-скоро къщата, щото системата се прехвърля на нов бойлер, ако стария замине.
В хипотезата на Матеев - къпане през ден нещата ще изглеждат почти наполовина - вероятно ще спестим само 7-800 kwh, защото есен-пролет ще поемаме всичката енергия, но лятото ще имаме излишък на слънчев ток през ден. Тогава ще спестим 120-130 лв/год или системата ни ще се избие за 15-16г при сегашни цени на тока. Ключовата дума тука пак обаче е "избие", защото парите, които даваме на ерп-тата няма да се "избият" никога.

[venkap]

Я да посмятам и аз малко тука, че не съм писал от цифра време у форума

Всички сме съгласни, че за да загреем бойлер 80л от 10 до 70 градуса примерно ни трябват около 5,5-6 kWh електроенергия. Топлинните загуби за 24 ч по книги ги дават средно 1-1,5 kWh, сиреч ако си ползваме цялата вода всеки ден, нашия бойлер ще харчи 7 kWh на денонощие. Това по 365 = 2,5 МWh или около 380 лв/годишно на нощна тарифа и 600 на дневна. Нека да кажем 400 лв, защото сме решили да топлим предимно на нощна.

Здравей Миро,
Не мога да си представя, как едно тричленно семейство, се оправя с един бойлер топлен само на нощна тарифа. Мисля, че разходите за топла вода за денонощие са занижени. Според мен реалния разход се движи между 10 и 12 kWh за денонощие. Освен това отношението дневна/нощна по данни от ЕРП-та е 3 към 1 в идеалния случай, а в реалния, дялът на нощната е на половина или 16÷18%.

[Miro]

Здрасти ... животът е много шарен, но за да можем да направим някакво сравнение трябва да изходим от някаква хипотеза. Но в общия случай топлата вода в домашни условия се харчи предимно вечер, когато семейството си е вкъщи, а тогава не можем да дозагреем бойлера от слънцето, ако не ни стигне водата. Нормално човек ще си го дозагрее на дневна тарифа, защото ако жена му се е изкъпала първа, надали ще чака полунощ, за да се изкъпе и той...

Иначе реално при мен 120л бойлер харчи по сметки 50-70 лв месечно, като за 8 години го спрях за първи път преди 2 месеца, за да извадя 1 кофа котлен камък и да сменя анодния протектор.

[Mateev]

Точно така - това е единствената друга възможна алтернатива, но тя вече бяга от стандартните бойлери.

Да, ако имахме бойлер с няколко СОБСТВЕНОРЪЧНО НАПРАВЕНИ НАГРЕВАТЕЛИ, чието съпротивление да е по степените на 2, тогава бихме могли да ги превключваме така, щото във всеки един момент от време да сме ПРИБЛИЗИТЕЛНО в MPP точката. При такава система наистина ще се нуждаем само от 1 kWp панели, защото КПД-то ще е много високо.

Една примерна реализация на системата е с 4 различни нагревателя с мощност например съответно 560, 280, 140 и 70 W. Посредством различни комутации бихме могли да получим мощност от 70 до 1050 W в 15 дискрети през 70 W. Какви проблеми биха възникнали при една такава система:

1. Първия проблем са комутационните елементи. Какво ще използвате? Релета или контактори не стават, защото още на първото щракане дъгата ще им стопи контактите и ще предизвика пожар. Мощни биполярни транзистори? Ами те ще пекат страшно много, ако панелите са в паралел (ток 30-40А). Ако панелите са последователно, тогава напрежението е голямо и не знам дали ще намерите такива транзистори. При всички случаи тези транзистори трябва да се монтират на големи радиатори. Може би ще ползвате мощни полеви високоволтови транзистори? Това е най-доброто решение, но някой има ли си идея какви пари струва един такъв транзистор? А бас ловя, че ще изгорите поне десет, докато 4 от тях заработят коректно.

2. Следващия проблем е промишления контролер, който трябва да използвате. Като цяло ще ви се налага да мерите едно напрежение и един ток, и после да си направите някаква опипваща логика, която да реализира един софтуерен МПП алгоритъм. Отсега ви казвам, че със Siemens Logo 0BA6 или 0BA7 няма да стане. Ще ви е необходим минимум Siemens Simatic S7-200 или негов аналог от друга компания. В пълната комплектация заедно а аналоговата, цифровата и силовата част ще ви струва минимум 1000 лева.

3. Трятия проблем е MPP програмата. Колко от вас си имат поне най-малка представа как се разработва MPP алгоритъм? Бас ловя, че едва ли в целия форум ще се намерят повече от 3-ма човека, които си имат поне някаква малка представа как се прави всичко това. Аз може би съм един от тях и ясно осъзнавам, че за да го направя това, трябва да захвърля всичко останало и да загубя 5-6 месеца от живота си, изгаряйки междувременно поне 5 бета установки, догато сглобя една работоспособна програма и действуваща установка. Благодаря, но за по-малко от 20-30 хиляди лева няма да се заема с подобна глупост.

Идеята на Миро - просто се слага 1 нагревател и не се прави никаква комутация. Ефекта ще бъде много ниско КПД, защото в над 80% от случаите панела ще работи далеко от MPP точката. Нека не забравяме, че панела се държи като ГЕНЕРАТОР НА ТОК, като този ток зависи от слънчевата радиация. И тъй като тя през деня се променя повече от 100 пъти, то и тока ще се променя повече от 100 пъти, а от там и пада на напрежение върху резистора (нагревателя). Ние обаче се нуждаем от константен пад на напрежение, който да е някъде на 80-90% от максимума на стринга (какъвто и да е той). Така че идеята на Миро НЯМА ДА ПРОРАБОТИ. Нужна си е комутация - няма ка да се разминем без нея.

Като цяло НЯМА ПРОСТО И ЛЕСНО РЕШЕНИЕ на така поставената задача. Има само СЛОЖНИ И СКЪПИ РЕШЕНИЯ, които ще отнемат колосално време човешки труд за своята разработка. Всеки може да си чеше езика и да хвърля недообмислени и/или неработоспособни идеи, но колко от вас наистина са в състояние да сметнат реалната възвращаемост на една такава недообмислена идея? Колко от вас си имат представа как се разработва електронно микропроцесорно устройство и как се пише програма за него?

Абе хора, нима забравихте как години наред обсъждахме всеки един технически аспект на фотоволтаичните панели? Трябва ли отново да ви повтарям елементарни истини около волтамперната характеристика или около соларната радиация в рамките на деня и в рамките на годината? Аз ли съм единствения, на който всичко това все още стои в главата му?

[Mateev]

Само за пример - в момента разработваме електронно микропроцесорно устройство за автоматизирано хранене на пчелите с течна храна. В момента тече 6-тия месец откакто възложих задачата. За заплати вече съм дал повече от 15 000 лева (на 2-ма човека) и поне 5000 лв. за електронни и механични компоненти. Към днешна дата все още сме на етап съмнително работеща бета версия с една камара кусури, които тепърва предстои да ги отстраняваме. Това вероятно ще отнеме още толкова пари и още толкова време.

[Mateev]

Здрасти ... животът е много шарен, но за да можем да направим някакво сравнение трябва да изходим от някаква хипотеза. Но в общия случай топлата вода в домашни условия се харчи предимно вечер, когато семейството си е вкъщи, а тогава не можем да дозагреем бойлера от слънцето, ако не ни стигне водата. Нормално човек ще си го дозагрее на дневна тарифа, защото ако жена му се е изкъпала първа, надали ще чака полунощ, за да се изкъпе и той.......

Имаш ли си представа една такава автоматизирана система за ДОЗАГРЯВАНЕ НА БОЙЛЕРА каква електроника ще изисква и какво програмно обезпечение?

[Mateev]

В крайна сметка за 10 пъти по скъпа ПЪРВОНАЧАЛНА инвестиция с много и скъпи годишни консумативи, получавате една по-неефективна и по-податлива на повреди система. И само с панели без останалата техника пак получавате около 50% от потенциалния добив на панелите, но на много по-ниска цена и с по-малко компоненти - панели, стойка и кабели. И това при положение, че приемем че захранваме линеен товар - реотан с постоянно съпротивление. От Вас обаче очаквах РЕШЕНИЕ! ....

Ако имаше лесно решение - повярвай, досега щеше да бъде написано. Истината е, че НЯМА ЛЕСНО И ЕВТИНО РЕШЕНИЕ !!!

А това че само с панели и без друга електроника ще получиш 50% от потенциалната енергия в годишен план - това сигурен ли си? Симулирал ли си го с някаква програма? Аз лично си мисля, че повече от 20% няма как да се получи, но не мога да твърдя със сигурност без подходящо симулиране. За съжаление обаче нямаме и ПРОГРАМА-СИМУЛАТОР ..... Всички налични програми-симулатори предполагат, че панелите винаги работят в MPP точката. Поведението на панелите извън MPP точката е много слабо проучено.

Волтамперната характеристика, която всички предполагам сте виждали, предполага че панела се натоварва с ОПТИМАЛЕН РЕАКТИВЕН ТОВАР. При активен товар (резистор) панела ВИНАГИ ще работи в най-дясната част от характеристиката - там, където се държи като ГЕНЕРАТОР НА ТОК. Точката на работа ВИНАГИ ще е по-ниско от оптималната, ако използваме 1 kW нагревател за 30V. Над 50% от слънчевата радиация над България е ДИФУЗНА, със стойности 50-150W, при което точката ще е 6-20 пъти по-ниско от максимума. Нека да приемем, че средно е 10 пъти по-ниско. Тогава от тези 50% вие ще усвоите САМО 5%. В останалата част от времето имаме хубава пълноценна синусоида, от която само 2-3 часа на ден панела ще отдава енергия, близка до максимума. Та от тази хубава енергия вие ще усвоите ефективно не повече от 30-40%.

Крайната сметка е приблизително 50%*40% + 50%*5% = 22.5%. Това е моята прогноза - 22.5% усвоена енергия, ако ползвате 1 kW нагревател.

Ако ползвате 500W нагревател, вероятно ще успеете да оползотворите 30-35% от годишната енергия, но при този вариант пак ви трябва електроника, за да не изгори нагревателя, и освен това няма да има нито един ден в годината със стоплен на 100% бойлер, понеже никога няма да получите 6 kWh за един ден.

[Mateev]

И за последно искам да кажа още едно нещо, което едва ли сте се досетили. Всички предполагам знаете, че слънчевата радиация в рамките на деня се изменя по закон, който много наподобява една СИНОСУИДА. До тука добре - тока на панела е правопропорционален на слънчевата радиация, което означава, че той също ще наподобява една синосуида. Товара обаче е АКТИВЕН (РЕЗИСТОР), в резулта на което пада на напрежение върху него също ще наподобява тази синусоида.

Ха-ха ...... а какво ще стане с мощноста, отделяна върху товара? Нали P=U*I ? Предполагам, че това не сте го забравили. Мощноста върху панела в рамките на деня ще е правопропорционална на СИНУСОИДА НА КВАДРАТ. Или за по-учените - мощноста е равна на I на квадрат по R. Но тъй като R е константно, то тогава мощноста ще е правопропорционална на I на квадрат.

Какво означава това?

Ако приемем, че при Imax имаме Pmax, то тогава при 80% I ще имаме 64% P. При 70% I ще имаме 49% P. При 50% I ще имаме само 25% P. Сега предполагам вече осъзнавате, че дори и при ярък летен слънчев ден с над 6 kWh потенциална енергия, бойлера дефакто ще работи на максимална мощност само няколко часа около обяд, а през останалото време ще работи с много по-малка мощност. Направих си труда да посмятам на Excel и се получи, ще при такава постановка бойлера ще получи 78% от цялата възможна енергия на синусоидата на един ден без облаци. Това означава, че от 6-те kWh в най-добрия случай можем да получим не повече от 4kWh. Тоест бойлера ВИНАГИ ще е недозагрят, дори и в най-слънчевия летен месец.

Няма как да сложим повече панели - тогава нагревателя ще изгори, ако няма електроника за ограничаване на тока. Няма как да сложим и по-мощен нагревател - КПД-то ще падне още повече. Ами сега? И това си направих труда да сметна. При 1.3 kWp панели и при 1.3 пъти по-мощен нагревател вече ще има достатъчно енергия (6kWh) и нагревателя няма да изгори, обаче КПД-то пада до 60%. И това в ярък слънчев летен ден.

И за да не хвърляте измислени цифри, направих си труда да изчисля приблизително и енергията в годишен план (синусоида на 3-та степен). Получи се около 33.5%, ако цялата година няма облаци. Ако има облаци, умножаваме по 0.63 (коефициент на преход от Clear Sky модел към реален модел) и като крайна цифра се получи около 21%.

Ето това е количеството на усвоената енергия в годишен план, ако се ползва централа 1.3 kWp и нагревател, съобразен с тази мощност - 21% от 1250 или 262 kWh/kWp. При 1.3 kWp централа ще получим 340 kWh за една година. Нататък си смятайте възвращаемоста сами.

Този път вече съм сигурен за цифрите и мога да опиша методологията, по която съм ги получил.

[venkap]

...
Ако имаше лесно решение - повярвай, досега щеше да бъде написано. Истината е, че НЯМА ЛЕСНО И ЕВТИНО РЕШЕНИЕ !!!

А това че само с панели и без друга електроника ще получиш 50% от потенциалната енергия в годишен план - това сигурен ли си? Симулирал ли си го с някаква програма? Аз лично си мисля, че повече от 20% няма как да се получи, но не мога да твърдя със сигурност без подходящо симулиране. За съжаление обаче нямаме и ПРОГРАМА-СИМУЛАТОР ..... Всички налични програми-симулатори предполагат, че панелите винаги работят в MPP точката. Поведението на панелите извън MPP точката е много слабо проучено.

Ами, за да се проучи тази МРР точка е необходимо;
1 бр. 20 W, 12 V - монокристален панел, разположен на юг и отворен на 25 градуса - 60 лв
1 бр. халогенна лампа за кола 55 W - 8 лв. (може и без UV защита)
2 бр. цифрови уреди по 10 лв., единия за амперметър, другия а волтметър, общо 20 лв.
1 бр. страница от тетрадка с четири колони (ток- напрежение; ток - напрежение) за измерване на половин час и дванадесет реда - от 7:00 до 19:00 часа.
1 бр. молив или друго писало
поне два метра проводник 2 mm²
Измерванията се правят в рамките на един астрономичен час, като се изчислява мощността и се превръща в енергия. Ще се изненадате, какви неочаквано добри резултати се получават.
Това може да се направи и на плажа, но трябва да внимавате за засенчвания от югозапад и прекомерното използване на алкохол (все пак става въпрос за 12 часа).
Инструктажа по Техника по безопасност и използването на лични защитни средства е задължително (чадъри, шезлонги, слънчеви очила, шапки и плавници).
Enjoy.

[Foton]

Ужас...до каква каша може да доведе едно просто предложение за облог на каса бира!
Ако не сте забравили въпросът, с който започва темата беше за домашен бойлер в апартамент, а вие забихте едва ли не в основите на електротехниката и започнахте да носите от девяет кладенеца вода за да докажете...че съм прав. Т.е. моето интуитивно усещане, че по простия начин може да оползотворите максимум 30-40% от енергията е вярно.
Както и да е, пийте по една бира (може и айрян) и забравете. Иначе ще го докарате до полеви експерименти...

P.S. Направи ми впечатление следното:

Само за пример - в момента разработваме електронно микропроцесорно устройство за автоматизирано хранене на пчелите с течна храна. В момента тече 6-тия месец откакто възложих задачата. За заплати вече съм дал повече от 15 000 лева (на 2-ма човека) и поне 5000 лв. за електронни и механични компоненти. Към днешна дата все още сме на етап съмнително работеща бета версия с една камара кусури, които тепърва предстои да ги отстраняваме. Това вероятно ще отнеме още толкова пари и още толкова време.

Г-н Матеев, ако назначавате инженери, дето са склонни да вършат това за тези пари мисля, че и 60 месеца няма да ви стигнат.

[Mateev]

Положих толкова много труд и загубих толкова много време да смятам, защото и самия мене ме заинтересова постановката на задачата "Панел и след него резистор и нищо друго". Исках да имам вътрешна увереност за получения резултат, а тази увереност нямаше как да я получа, без да направя определено количество сметки.

Е сега вече знам и следващия път, когато някой ме мопита, точно и ясно ще кажа, че при такава постановка в годишен план се усвоява САМО 20% от потенциалната енергия на панела. А ако приемем, че панела има супер голямо КПД от порядъка на 25%, то тогава излиза, че бойлера ще получи само 20% * 25% = 5% от енергията на слънцето. Това си е едно огромно разхищение на енергия на фона на възможно най-скъпата инвестиция.

Определено инвестицията в топлинни колектори е по-ефективна както в ценово, така и в енергийно отношение. А най-ефективно към днешна дата ВСЕ ОЩЕ СИ ОСТАВА ТОПЛЕНЕТО НА БОЙЛЕРА ОТ ЕЛЕКТРИЧЕСКАТА МРЕЖА. Може би ако някога цената на тока за населението се удвои, това ще се промени, но към днешна дата въобще не си заслужава каквато и да било инвестиция в какъвто и да било ВЕИ източник. Още повече, че вие знаете каква е политическата обстановка в момента.