Zweckentfremdung von Moduloptimierern zur Wassererwaermung

  • Hallo allerseits,


    das Thema "PV-Wassererwärmung per DC" kommt ja immer mal wieder auf und wird in alle möglichen Richtungen diskutiert. Ich hatte gestern eine Idee, die ich einfach mal zur Diskussion stellen will mit der Bitte, genau das zu diskutieren und nicht das ganze Drumherum wie "lohnt das", "man speist besser ein", "PV-Strom ist zu wertvoll zum Verheizen" usw.


    Ziel: Eine günstige Möglichkeit für eine DC-basierte Wassererwärmung im KLEINEN Leistungsbereich. Anwendung könnte z.B. sein, damit die isolationsbedingten Wärmeverluste eines Trinkwasserspeichers im Sommer (!) auszugleichen oder bei einer etwas größeren Anlage im Sommer bei gutem Wetter die Warmwasserversorgung ganz zu übernehmen. Es soll keineswegs um eine ganzjährliche Warmwasserbereitung gehen, denn im Winter, wenn die PV-Erträge schlecht sind, läuft normalerweise auch die Hauptheizung.


    Problem ist, dass geeignete kleine MPPT recht teuer sind und nicht (Laderegler) für diesen Zweck geeignet sind. Der Umweg über AC ist zwar möglich, aber teuer und ineffizient. Existierende Lösungen sind auch nicht gerade kostengünstig.


    Meine Idee war, dafür einfach einen (oder wenige) Moduloptimierer von SE oder Tigo zweckzuentfremden. Letztere laufen von Hause aus ohne Infrastruktur, bei ersteren müsste man per SE-Key eine Freischaltung vornehmen.


    Aufbau ist dann: EIN Modul an EINEM Moduloptimierer und am Ausgang dann der Heizwiderstand. Das klingt erst einmal unsinnig, sollte aber eigentlich funktionieren, denn die Dinger haben letztlich auf der Modulseite einen MPPT und auf der Ausgangsseite eine Impedanzanpassung per Step-down (Step-up können die SE-Optimierer auch, aber dies nur am SE-WR und damit hier uninteressant).


    Beispiel: Nehmen wir an, wir haben ein Modul mit 300Wp, das seinen MPP (bei irgendeiner Temperatur) bei 30 V und 10 A hat. Wenn wir das Ding an einen Widerstand von 3 Ohm anschliessen, wird die gesamte Energie in Wärme umgesetzt. Haben wir nun weniger Einstrahlung (z.B. ein Viertel), so hat das Modul seinen MPP bei 30 V (real etwas weniger, hier ignoriert) und 2,5 A. Am 3 Ohm Heizwiderstand werden dann diese 2,5 A fliessen, aber die Spannung wird auf 7,5 V einbrechen, weil der Widerstand ja fix ist. Damit können wir (bei "einfach anschliessen") also von den möglichen 75 W nur noch 18,75 W nutzen. Wenn wir nun aber den Moduloptimierer dazwischenschalten, so kann die Stromstärke auf Kosten der Spannung erhöht werden (bis zum maximal zulässigen Strom des Optimierers). Im konkreten Beispiel wird der Optimierer also aus den 30V, 2,5A des Moduls per Step-Down 15V 5A machen, da genau das zur gegebenen Impedanz des Heizwiderstands passt. Damit sind dann die vollen 75 W (abzüglich Verluste) nutzbar.


    Dass das so gehen muss, ist IMO klar und besonders gut an den aktuellen Tigo-Optimierern (die SMA jetzt vertreibt) zu sehen: Die kann man an einzelnen Modulen (also nicht allen) eines Strings verwenden und die ganze Steuerinfrastruktur ist optional, wenn man nicht überwachen will. Ein einzelner Optimierer muss also in der Lage sein, die zur Verfügung stehende Leistung bei gegebenem Stringstrom abzugeben - damit sollte er auch in der Lage sein, sich an einen gegebenen Lastwiderstand anzupassen. Ist steuerungstechnisch auch nicht schwer - die Spannung wird einfach so lange hochgefahren, wie die vom MPPT kommende Leistung ausreicht, um den resultierenden Strom zu liefern.


    Das ganze würde natürlich auch mit mehreren Modulen mit jeweils einem Optimierer (die Optimierer dann wie üblich in Reihe) funktionieren - das wäre dann quasi ein klassischer String, nur dass statt eines WR ein Festwiderstand dranhängt. Nur wird das wegen der Kosten der Optimierer ab einer bestimmten Stringlänge nicht mehr lohnen, da man dann in die Preisklasse bestehender Lösungen kommt.


    Was denkt ihr?


    Viele Grüße,


    Jan


    P.S.: Aus Sicherheitsgründen muss natürlich noch eine Übertemperaturabschaltung dazu, aber das ist hier nicht das Thema.

  • Meiner Meinung nach könnte es so wie beschrieben funktionieren, aber ist wohl nur bei ganz kleinen Anlagen akzeptabel.


    Hast Du Dir dieses Kickstarter Projekt mal angesehen?


    Der DMPPT450 ist auf die Erwärmung von Wasser mit PV ausgelegt.


    Wenn bereits eine 12/24/48 V Inselanlage vorhanden ist kann man einen sogenannten Diversion-Controller (z.B. Xantrex Regler) verwenden um überschüssige Energie zum Heizen verwenden.

    Mobile Insel: PV 2kWp (mono), Solarregler 2xMPPsolar PCM5048 (MPPT), LiFePO4 1020Ah/25,6V, Lichtmaschine 4,2kW, Netzladegeräte 2xPhilippi AL30 24V, 2xKosun 6kW Sinus-WR 24V, Mastervolt Batteriemonitor BCM-III

  • Hi,


    Zitat


    Meiner Meinung nach könnte es so wie beschrieben funktionieren, aber ist wohl nur bei ganz kleinen Anlagen akzeptabel.


    Mehr als das will ich auch nicht - bei grossen Anlagen wäre es wohl eher sinnvoll, den PV-Strom gezielt zu verwenden, um mit der ohnehin vorhandenen WP Warmwasser zu machen. Obiges (mit einem oder zwei Modulen) soll nur im Sommer dazu beitragen, dass die WP seltener und kürzer läuft und damit weniger Verschleiss hat.


    Zitat


    Hast Du Dir dieses Kickstarter Projekt mal angesehen?


    Der DMPPT450 ist auf die Erwärmung von Wasser mit PV ausgelegt.


    Das sieht sehr gut aus... in diese Richtung hatte ich auch schonmal überlegt. Danke für den Link, das werde ich weiter verfolgen.


    Zitat


    Wenn bereits eine 12/24/48 V Inselanlage vorhanden ist kann man einen sogenannten Diversion-Controller (z.B. Xantrex Regler) verwenden um überschüssige Energie zum Heizen verwenden.


    Darüber habe ich auch schon nachgedacht (ich glaube, die Motivation war ein Posting von dir in einem älteren Thread), sogar in Kombination mit obigen, im Detail in der folgenden Form für die Verwendung in einer Insel:


    Zwei oder drei Module mit Optimierern (!) hängen in Reihe - so viele, wie man braucht, um unter normalen Umständen ausreichend weit über der Batteriespannung zu kommen. Nach unten kann man die Spannung dank der Optimierer ja immer ohne Leistungsverlust korrigieren, nach oben aber nicht. Für ein 48V-System bräuchte man also wohl, um auf der sicheren Seite zu sein, 3 60 Zeller oder 2 72 Zeller. Ohne Last gehe ich davon aus, dass die Optimierer die Modulspannung einfach durchreichen. Wenn man die Batterie da direkt ranhängen würde, würde ich erwarten, dass sich die Optimierer so einpendeln, dass sie den für die aktuelle Batteriespannung und zur Verfügung stehenden PV-Leistung maximal möglichen Ladestrom (solange kleiner als das Maximum, was die Optimierer können) liefern. Anders geht es ja auch nicht, weil die Batterie die Spannung vorgibt und jede Spannungserhöhung zu einer Ladung führt. So ein System würde sich natürlich selbst zerstören durch Überladung, aber genau da würde ich dann den Diversion Load Controller verwenden. Der kann ja indirekt den Ladestrom dadurch regeln, dass er die überschüssige Energie in die Dump Load (wohl per PWM) schiebt. Zumindest erlauben alle Diversion Load Controller, die ich angeschaut habe, dass man ganz normal eine Zielspannung einstellen kann - das wäre ja genau, was man braucht. Wenn man den Ladestrom für die Batterie dann noch weiter beschränken will, müsste man die Zielspannung des Diversion Load Controllers in Abhängigkeit vom Ladestrom steuern.


    Sollte gehen, oder?


    Irgendwann gab es hier mal eine Diskussion, ob man mit Hilfe eines Diversion Load Controllers ein Modul grob im MPP betreiben kann, indem man die MPP-Spannung für die aktuellen Bedingungen berechnet und den Controller passend ansteuert. Diese Lösung hier dürfte da viel besser sein, weil der Moduloptimierer die Sache mit dem MPP übernimmt.


    Von daher sollte sich die Kombination aus Moduloptimierern und Diversion Load Controller als MPPT-Laderegler mit Überschussverwertung benutzen lassen. Wenn man die entsprechenden Preise vergleicht (Diversion Load Controller sind viel billiger als MPPT-Laderegler und auch die Kosten der Optimierer sind überschaubar), dann könnte das sogar für "normale" Inseln lohnen, nicht nur für Heizinseln.


    Anders gesagt: Ein MPPT-Ladecontroller kümmert sich um den MPP und die Steuerung der Ladung (vor allem Ladeschlussspannung usw.) - hier würden wir die Aufgabe teilen: Die Optimierer liefern die nötige Energie aus dem MPP der Module, der Diversion Load Controller kümmert sich um die Steuerung der Ladung der Batterie und entsorgt die Überschüsse in die Dump Load.


    Klingt fast zu einfach, oder?


    Mehrere Strings mit Optimierern kann man parallel betreiben... von daher dürften auch Ladeströme jenseits dessen, was ein String kann, machbar sein.


    Viele Grüße,


    Jan