Как контролировать мощность водонагревателя

Мой элемент водонагревателя рассчитан на 3,6 кВт при 240 В. Чтобы эффективно использовать солнечную энергию, я хотел бы использовать избыточную солнечную энергию (в системе, связанной с сетью) для нагрева горячей воды для бытовых нужд. Наш поставщик электроэнергии платит только гроши за экспортируемую энергию, но по-прежнему взимает полную ставку с любой импортируемой энергии, поэтому хитрость заключается в том, чтобы контролировать ток в системе горячего водоснабжения (ГВС), чтобы большая часть избыточной солнечной энергии потреблялась внутри.

Подойдет ли симистор для тяжелых условий эксплуатации с фазовым управлением? Не вызовут ли проблемы переключатели с большим током? Я не знаю, как работает измерение, поэтому этот поцикловый метод может даже не регистрировать меньший средний ток. В идеале нагрузка должна иметь вид переменного сопротивления.

Имеет ли смысл такой подход, как импульсный источник питания? т.е. выпрямить переменный ток, затем отрезать ток на высокой частоте, защищая при этом сторону питания большими фильтрами? Я подозреваю, что этот подход вызовет электромагнитный шум, если не будет тщательно разработан.

Существуют ли более эффективные способы управления питанием HWS?

Мотивация

Инвертор подключается на моей стороне счетчика, но импорт и экспорт измеряются отдельно. Я пытаюсь минимизировать счет электроэнергетической компании. Для этого мне нужно использовать как можно больше солнечной энергии внутри, стараясь не импортировать энергию в солнечный день. Например: когда солнечная энергия = 4 кВт, внутренние нагрузки = 2 кВт, я хочу, чтобы HWS потреблял 2 кВт. Если я экспортирую энергию, я получаю 7 центов за кВтч. Если я импортирую электроэнергию, я плачу 20 центов за кВтч. Возможность установки зависит от того, смогу ли я изменить нагрузку в соответствии с генерацией.

Диаграмма мощности переменной HWS

Реле? ССР? или вам нужен точно регулируемый контроль того, сколько энергии сбрасывается в HWS?
Я думаю, что шаги по 500 Вт будут работать, но я думал, что полная переменная должна быть возможна.
Почему бы не нагреть воду прямо от солнца. У меня есть система, которая делает это, и она прекрасно работает, когда выходит солнце.
Я думаю, что лучший способ контролировать мощность вашего водонагревателя 240 В — это реле или контактор, рассчитанный на мощность. Нагреватель представляет собой резистивную нагрузку. Ищите что-нибудь с номиналом 5 кВт для резистивной нагрузки. Я думаю, что для этих типов реле обычно требуется напряжение катушки 24 В или выше. Если вы можете найти устройство, рассчитанное на 24 В постоянного тока, вы можете контролировать ток катушки с помощью какой-либо твердотельной электроники, при условии, что вы можете подать 24 В. Трехбуквенная аббревиатура, используемая для обозначения горячей воды для бытовых нужд, — ГВС, а не ГВС. По крайней мере, по моему опыту. ;-)
Подождите минутку, если вы пытаетесь спроектировать систему, которая может модулировать мощность нагревательного змеевика вашего водонагревателя в режиме реального времени... Что ж, это будет непросто. Но вы можете игнорировать мой предыдущий комментарий. Я представлял, как ты включаешь и выключаешь обогреватель на несколько минут.
@ Энди, где здесь электротехника ;-) Моя цель - оправдать солнечную установку на крыше, используя запасную солнечную энергию для производства 400 литров горячей воды. У меня есть дочери.
@mkeith Да, мне нужно, чтобы нагрузка DHW (HWS кажется обычным явлением в Австралии) изменялась в режиме реального времени по мере изменения нагрузки от солнечной энергии и внутренних нагрузок дома. Я в порядке с датчиками и контроллерами, но сильное управление мощностью выходит за рамки моего опыта.
Вы также должны учитывать, какой импеданс вы представляете коммунальному предприятию (или сетевому инвертору). Если вы просто выпрямите 240 В, добавите большой конденсатор, его будет легко спроектировать, и вы, вероятно, сможете подать на нагревательный элемент постоянный или прямоугольный переменный ток. Но на сетке будет тяжело. В любом случае, я не думаю, что смогу вам помочь. Удачи!
Я предполагаю, что метод, который вы используете, должен зависеть от того, как мощность поступает от панелей к нагревателю - если на пути есть инвертор, многие из обычных методов изменения нагрузки (а-ля диммер) могут рассматриваться как немного сложно на инверторе.
Вы должны перестать пытаться преобразовать солнечную энергию в электричество, а повернуться и попытаться нагреть воду этим электричеством. Это ужасно неэффективный процесс. Вместо этого вы должны использовать солнечную энергию для непосредственного нагрева воды. Это намного эффективнее.
@John Инвертор подключен к сети, что означает, что инвертор не будет захлопываться переключателями быстрого тока, но необходимо управлять шумом, вызванным контроллером переключения (чтобы быть осторожным с чувствительной к сети частью инвертора и другими бытовыми приборами). Техника).
Вы с этим чего-нибудь добились?
Ни коммерческих продуктов, ни существующих разработок, ни интереса энергетиков мне найти не удалось. Для этого продукта должен быть большой рынок. Я разместил свой ответ на высокий уровень дизайна ниже, но затем в отчаянии отказался от своего плана. Мне нужно было бы потратить более 100 часов на это, чтобы сэкономить 300 долларов в год на счетах за электроэнергию. Не стоит.
@carpetpython Как ты с этим справился? Я работаю над чем-то очень похожим, что вы могли бы использовать. chmorgan@gmail.com — мой адрес электронной почты.
Неужели это так сложно? Имейте два заданных значения температуры для вашего гейзера. Один настроен на 65 градусов по Цельсию или любой другой максимум, который вы готовы терпеть. Другой настроен на 40 градусов по Цельсию или на любой другой минимум, который вы готовы терпеть. Если светит солнце, используйте более высокий предел температуры только с солнечной энергией, а если солнце не светит, используйте нижний предел. Это будет сохранять избыточную энергию в более горячей воде, когда это возможно, но сохранять ее достаточно теплой для ежедневного использования с электроэнергией, когда солнце не светит. Если светит солнце, а температура гейзера выше 65 градусов по Цельсию, то подайте его в сеть.

Ответы (7)

Предположительно, выход инвертора, питаемого от ваших солнечных батарей, находится на вашей стороне счетчика. Таким образом, вы не получаете никакой платы за любую мощность, которую вы используете, кроме той, которую солнечные панели производят в данный момент. Это уже работает, как вы, кажется, спрашиваете.

Например, если ваши солнечные панели (через инвертор) производят 1 кВт, когда ваш обогреватель на 3,6 кВт включен, то вы будете потреблять только 2,6 кВт из линии и будете платить только за 2,6 кВт. Если панели выдают 4 кВт при работающем нагревателе, то 3,6 кВт уходит на местный нагреватель, а вы фактически сбрасываете на линию 400 Вт. Энергетическая компания не может определить разницу между тем, когда у вас все выключено и вырабатывается 400 Вт, которые идут на линию, и тем, когда вы производите 4 кВт, из которых 3,6 кВт используется внутри, а оставшиеся 400 Вт сбрасываете на линию.

Кажется, здесь нет проблемы, которую нужно решить.

«Предположительно, выход инвертора, питаемого от ваших солнечных батарей, находится на вашей стороне счетчика». ... Это не обычная схема, когда задействованы тарифы на вход - они используют счетчик с двумя отдельными входами и определяют чистый вход. /output путем сравнения использования каждого из них.

Как правило, измерители мощности измеряют общую мощность за некоторый интервал, а затем определяют, был ли это «импорт» или «экспорт» на основе знака общего значения. Этот интервал не может быть слишком маленьким — переключатель без нагрузки будет иметь коэффициент мощности, близкий к нулю, и, таким образом, «экспортирует» мощность в одной части цикла переменного тока и «импортирует» мощность в другой части цикла переменного тока. Для измерителя мощности было бы глупо одновременно регистрировать его как «импорт 40 Вт + экспорт 40 Вт».

Я понятия не имею, каков этот интервал для вашего измерителя; но если это хотя бы несколько секунд, вы должны использовать низкочастотную ШИМ (с периодом, измеряемым в секундах) и использовать ее для управления твердотельным реле перехода через нуль. Часть «пересечение нуля» обеспечит отсутствие экстремальных токов и электромагнитных помех.

Ваш нагреватель потребляет (3600 Вт) / (240 вольт) = 15 ампер. Таким образом, подойдет любое ТТР на 20А/250В (твердотельное реле). Также см. этот вопрос для деталей:

Включение/диммирование сетевого обогревателя высокой мощности

ОБНОВЛЕНИЕ: В этом документе («Импорт и экспорт электроэнергии» от «Сурендры Джалоры») много говорится об импорте/экспорте энергии применительно к интеллектуальным счетчикам: http://www.securetogether.com/files/5113/7291/7734 . /imp_exp_elecl_energ17.pdf

В соответствии с ним импорт/экспорт рассчитывается за цикл. Если это применимо к вашему счетчику (а мы этого не знаем), пересечение нуля SSR не поможет.

Хорошее замечание по поводу интервала замера. Я постараюсь узнать, что это такое. Если это больше, чем несколько циклов, я мог бы использовать SSR для переключения нескольких циклов в каждом периоде, как вы предложили. Спасибо также за полезную ссылку.
В статье о Джалоре предполагается, что импорт и экспорт измеряются цикл за циклом. Я посмотрю на это. Спасибо.

Техник на пенсии, давно занимаюсь одним и тем же. Силовая электроника мощностью 6000 Вт НАПУГАЙТЕ МЕНЯ. Всегда проверяйте за 3/4-дюймовым фанерным экраном. В настоящее время он находится в эксплуатации и отлично работает (за исключением ужасного радиочастотного шума). Рад поделиться, надеюсь на некоторую помощь. Моя установка немного отличается. Синусоидальный инвертор 8000 Вт 230 В ( Сложенный Trace SW4024) (теперь Schnieder) прошлого века. Аккумуляторы Agm 42 кВтч (утилизация). Солнечные панели мощностью 15+ кВт (в основном вертикальные сбоку зданий, 48,5 ° северной широты. Так много панелей, чтобы пережить зиму без генератора. Вертикаль в это время года намного лучше. Максимальное возвышение солнца 20° или меньше. Они ничего не тушат со снегом на них. к элементу бака горячей воды О да, я не в сети.

Текущая конфигурация: Спасенный вход 230 В, выход 54 В на 50-амперной раме зарядного устройства (2 пришли с батареями ;-). Используя фильтрующий вход, как было: Около 2-дюймового торроида с бифилярной обмоткой от l1 l2 Дроссель с железным сердечником на каждой линии (несколько фунтов каждый) 4 мостовых выпрямителя на 35 А на большом радиаторе 4 больших (8000 мкФ 150 В) последовательно соединенных колпачка фильтра с балансировочными резисторами. Еще один 2-дюймовый тороид с бифилярной обмоткой. Теперь моя схема: ШИМ на 1000 Гц с кипарисом psoc4200 µPC, измеряющим напряжение от батарей, полевой транзистор управляется 2,5-амперным оптоизолированным чипом драйвера и источником питания 15 постоянного тока.страшный?. 2 полевых транзистора IRFP460 <500v 20a всего по 3,33 доллара за штуку. quan 10 (было 4, 2 взорвалось при первом включении (без каламбура). Пытался посмотреть на форму волны, но из-за звона поверх 340 В постоянного тока он закоротил мой 10-кратный датчик прицела (теперь у меня 1500-вольтовый датчик 100x). при 5500 Вт) большие радиаторы никогда не нагреваются выше 120°F. pwm лишь немногим более 55% iirc. эти кепки меняют дело! Fet находится на заземлении с элементом 4500 Вт на плюс. через fet находится снабберная цепь (здесь я очень-очень невежественен) с крышкой 0,1 мкФ и резистором 3,3 кОм 5 Вт (очень сильно греется). На нагревательном элементе имеется крышка 0,1 мкФ.

Элемент находится в потоке воды 1 галлон в минуту к гидравлике в цементной плите 20cuYd, моей «тепловой батарее». В наши редкие солнечные дни прогревается только ниже 5 градусов. Так много панелей, потому что они сейчас такие дешевые! 0,27 цента за ватт (0,35 доллара с доставкой). Без работающего генератора я могу использовать пропан / солнечное электричество зимой на одной заправке.

схематический

на оптроне ВО3120 К должен быть А

Это здорово, но на этом сайте речь идет не о вашей настройке, а скорее об ответе на вопрос, который был о контроле. Не могли бы вы отредактировать свой вопрос и включить схему управления или схему?
у меня не было схемы, теперь она добавлена ​​(Circuit Labs не очень хорошо работала на моем компьютере. Нарисовала второй раз локально и добавила картинку). В своем текстовом описании я постарался дать очень точную схему управления. Извини. <светодиод в оптоизоляторе?? анод катод -А,К... А,С-- старость не для робких!>
Это сообщение в блоге, а не ответ

Конструкция контроллера переменной мощности в основном находится на правильном пути для обеспечения плавно регулируемой выходной мощности. Однако есть одна деталь, которой он не касается, а именно регулировка температуры цилиндра. Как показано, контроллер подключается непосредственно к элементу, минуя обычный термостатический контроль. Это может быть нормально, если вы можете справиться с кипением цилиндра или срабатыванием предохранительного клапана перегрева. Если термостат оставить в цепи, его переключающие контакты не будут работать долго, когда он начнет коммутировать постоянное напряжение выше 30 или 40 вольт из-за дугового разряда постоянного тока. Преимущества гашения дуги переменного тока быстро исчезают при переключении постоянного тока. Чтобы исправить это, контакты термостата могут вместо этого обеспечить дополнительный управляющий вход для ШИМ-управления, чтобы отключить его при достижении заданного значения температуры. Чтобы наилучшим образом использовать солнечную энергию, уставку также можно установить немного выше, скажем, 70 градусов вместо 55-60. Это предполагает, что горячая вода подается через термостатический клапан, чтобы избежать ожогов. Имейте также в виду, что постоянные потери в цилиндре увеличиваются по мере того, как его температура становится выше.

Я думаю, что нашел действительно хорошее обходное решение для этого.

Я пытаюсь сделать то же самое — использовать избыточную солнечную энергию для нагрева воды. Это нагреватель мощностью 4800 Вт, и у меня обычно есть 3000 Вт избыточной солнечной энергии максимум на 3 часа в день. Мне нужно как-то дросселировать мой нагреватель до 1-2 кВт или около того. Я смотрел на мощные контроллеры двигателей, симисторы и т. Д.

Более элегантное решение:

Поставьте трансформатор (или несколько) последовательно с нагревательным элементом и просто включите/выключите его/эти.

У тебя 240В, так что звучит как шея в лесу. У меня двухэлементный нагреватель 4,8кВт. Проверьте электрическую схему вашего нагревателя, там есть термостат и все другие элементы безопасности. Не вмешивайтесь в это. Просто поместите трансформатор между термостатом и элементом любого размера, который вам нужен, а затем просто включите / выключите его через Arduino.

(Проверьте мою математику здесь.)

4,8 кВт при 240 В - это около 12 Ом для элемента. Если у меня есть трансформатор на 75 В, он будет потреблять 6,25 А и 468 Вт. Если у меня есть трансформатор на 100 В, он будет потреблять 8,3 А и 830 Вт.

Так что возьмите трансформатор 500 Вт 75 В и поместите его между термостатом и элементом, запустите элемент на более низком напряжении, что будет меньшей мощностью.

t Затем просто используйте эквивалент ESP8266 и твердотельное реле, чтобы включать/выключать их.

Может быть, сделать трансформатор на 1000 Вт и использовать для него какие-то PWM / SCR - вы управляете гораздо меньшей мощностью, так что все будет хорошо уменьшено и меньше хлопот.

РЕДАКТИРОВАТЬ К вашему сведению - только что взял трансформатор AU в JP, 1000 Вт за 115 долларов - без проблем может выдерживать 800 Вт непрерывно - так что это кажется лучшим путем. Вам понадобится 1200-1400 Вт для перехода AU-US, чтобы дать запас мощности.

Вот попытка разработки контроллера переменной мощности. Схема выпрямляет сетевой ток, а затем использует высокочастотный ШИМ для управления током, поступающим на нагревательный элемент через фильтр (для ограничения электромагнитных помех).

Цепь переменной мощности

Входная катушка индуктивности и конденсатор должны будут накапливать энергию, достаточную только для импульса тока через транзистор. Транзисторный переключатель должен представлять собой массив МОП-транзисторов с номинальным напряжением более 500 В и небольшим комбинированным сопротивлением . Драйвер MOSFET должен поддерживать высокое напряжение и обеспечивать питание затвора 10-15 Вольт. Выходной фильтр предназначен для сглаживания импульсов тока на элементе и уменьшения излучаемых шумов. Последняя пара резисторов обеспечивает напряжение обратной связи для ШИМ-контроллера.

Я предполагаю, что частота ШИМ около 10 кГц будет подходящей. Чем выше частота, тем меньше могут быть пассивные компоненты. Я также предполагаю, что существует драйвер, который может справиться с пиковым переменным напряжением 350 В и подавать 12-вольтовый выход привода затвора с 5-вольтового цифрового входного сигнала.

Если вы видите недостатки в этом дизайне или хотели бы поделиться советами о том, как его улучшить, оставьте комментарий.

У меня такие же мысли. Судя по вашему имени пользователя, вы, как и я, разработчик Python, и нам действительно нечего возиться с этими вещами :-) Дело в том, что полевые МОП-транзисторы, которые могут работать с сетевым напряжением при такой мощности, недешевы. Напряжение сети в нашем районе составляет 230 В среднеквадратичного значения, пиковое напряжение 325 В, поэтому вам нужен полевой МОП-транзистор, который может выдавать 10 ампер при нескольких сотнях вольт. Тогда есть этот обратный диод, который также требует высокого пикового обратного напряжения. При большой мощности обычно используют диод Шоттки, и они часто ограничиваются пиковым обратным напряжением.
Я немного обеспокоен (больше о горячей воде и паре, чем об электронике), что нигде здесь не упоминается проверка температуры водонагревателя, что я заметил. Вы хотели бы включить это в реальную систему. Вам также может понадобиться добавить что-то вроде резервуара для предварительного нагрева (для увеличения емкости) и термостатического клапана (для предотвращения ожогов), чтобы сделать его практичным.
Это нагревательный элемент, ШИМ на частоте 10кГц делать его бесполезно. Ваше решение немного излишне - диммеры высшего класса будут делать что-то подобное, называемое синусоидальным диммированием (без выпрямителя, но с высокой скоростью ШИМ). Вы можете легче достичь своей цели, купив готовое твердотельное реле с переходом через ноль и выполняя ШИМ на гораздо более низкой скорости, т.е. 1 секунда включена, 9 секунд выключена, чтобы получить 10% мощности. Это решение не требует какой-либо фильтрации гармоник мощности, так как нагрузка всегда включается и выключается при переходе через нуль.
Измерение электроэнергии выполняется в режиме реального времени, поэтому в любой момент я хотел бы, чтобы мой HWS потреблял ток, равный моему текущему продукту solr за вычетом других внутренних нагрузок, например: когда текущая выработка солнечной энергии составляет 2,2 кВт (из-за сезона, времени суток). , тень) и внутренние нагрузки потребляют 0,7 кВт, мне нужно, чтобы HWS потреблял ровно 1,5 кВт. Если счетчики рассчитывают импорт/экспорт по средней потребляемой мощности за минуту или час, ваше решение будет работать, но ситуация более сложная.

Если у вас есть несколько элементов, например, несколько гейзеров или специальный нагревательный модуль, подключенный к гейзерам, вы можете изменить мощность.

Например, с элементами 375 кВт, 750 Вт, 1,5 кВт, 3 кВт вы можете достичь

от 0 до 5,5 кВт с шагом 375 Вт

Хотя сейчас не 1970 год, поэтому такие грубые механизмы не нужны. Давно можно было варьировать рисунок одного элемента.
@ChrisStratton Разве у вас нет «постановочного» электрического отопления там, где вы живете? Я видел красивые схемы управления с нагревателями мощностью 1, 2 и 4 кВт с центральной уставкой, но с увеличивающейся степенью гистерезиса, чтобы свести к минимуму износ большого контактора и последующее мерцание света, но при этом дать вам достаточно резервирования, если один из них не размыкается.
@ChrisStratton, не могли бы вы изменить мощность с помощью внешнего трансформатора, изменяя напряжение, подаваемое на элемент?
Как контролировать мощность водонагревателя
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v