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Ein bis zwei WW-Takte in der Woche

6 Beiträge | 26.4. - 28.4.2020
Hallo in die Runde,

schaut euch mal dieses Bild an:

Ein bis zwei WW-Takte in der Woche

Das sind die letzten 7 Tage bei uns, also vom letzten Sonntag bis heute. Ganz links sieht man noch die Reste des Kinderbades am letzten Sonntag. Am Montag um 11:30 (der starke Anstieg) war dann der erste WW-Takt. Dann folgten 5 Tage ohne WW-Takt, bis ich mir am Freitag abend ein ziemlich volles Bad gegönnt habe (der Abfall im rechten Drittel). Der zweite WW-Takt folgte dann am Samstag um 11:30. Heute abend (Abfall ganz rechts) haben die Kinder wieder gebadet, aber das hat die Temperatur nur von 49C auf 45C fallen lassen. Da besteht also Hoffnung, dass es morgen keinen WW-Takt geben wird. Die ganze Woche über wurde das System natürlich normal benutzt, sprich Händewaschen, sparsames Duschen, usw. Die abwärts gehenden Zacken sind die Nächte, in denen der Puffer leicht abgekühlt ist.

Dazwischen... hat meine neue "Wundermaschine" gearbeitet

Ich habe ja seit Juli 2019 zwei 300er PV-Module an der schlechtestmöglichen Stelle auf dem Vordach bzw. der Garage (die guten Plätze sind alle mit den Modulen der beiden richtigen Anlagen belegt). Die beiden Module sind wegen unterschiedlicher Neigung und Ausrichtung parallel geschaltet und hingen seit damals fehlangepasst an den drei parallel geschalteten Widerständen eines 4,5 KW Drehdromheizstabs. Da fehlte also noch der MPPT, also der Maximum Power Point Tracker + ein Umsetzer, der den festen Widerstand der Heizung an den variablen Innenwiderstand der PV-Module anpasst. Sowas gibt es kommerziell, aber das ist viel zu teuer, um sich für so eine Spielerei zu rechnen.

Also wird gebastelt.

Lange vor Corona habe ich bei Alibaba eingekauft: Für ca. 12-15 Euro inkl. Versand gab es einen DC-DC-Wandler von 12-60V auf bis zu 86V, eingangsseitig mit 20A belastbar. Dazu für ein paar Euro einen PWM-Baustein für 15A und 90V, der per 0-5V steuerbar ist.

Per Hand kann man damit wunderbar "lowcost-MPPT" spielen: Der DC-DC (eingestellt auf 86V) kommt an die Module, dann der PWM-Baustein und daran die Heizwiderstände - theoretisch gehen so bis zu 630W. Dann dreht man die PWM langsam hoch, so dass der Eingangsstrom steigt und die Eingangsspannung sinkt. Sobald man den MPP erreicht hat, bricht die Eingangsspannung sofort zusammen, weil der DCDC versucht, seine Ausgangsspannung zu halten, wofür er aber mehr Leistung braucht, als die Module bringen. Dann muss man die PWM fast auf Null drehen, damit das Ding neu startet und dann wieder kurz vor den alten Wert. Da die Einstrahlung ständig leicht schwankt und auch das China-Teil nicht so ganz stabil regelt, ist das manuell natürlich selbst bei scheinbar konstanter Einstrahlung nicht machbar.

Da kommt meine jüngste Anschaffung ins Spiel... ein Arduino Nano für 4,x Euro. Flugs eine R2R-Leiter als DAC drangebaut, ein paar Widerstände als Spannungsteiler und diverser Kleinkram (alles Centzeugs aus der Bastelkiste) und dann ging es ans lustige Programmieren. Es gab ein paar kleine und größere Probleme, aber letztlich ließ sich obiges recht leicht automatisieren. Und so läuft das Ding seit Mittwoch stabil und hat vorher am Montag und Dienstag auch schon so 70% des Möglichen erreicht. 

Das erklärt also obige Kurve. Die beiden parallel geschalteten Module bringen bei hellem Himmel ohne Sonne locker 3A und erreichen Mittags fast 15A (eins schaut mit 8 Grad Neigung nach Südostsüd, das andere mit 18 Grad nach Nordwestnord), von denen die Konstruktion aber "nur" etwa 12,5 nutzen kann (immer noch um die 375W). Den Wirkungsgrad hatte ich mal mit ca. 95% vermessen an einem Labornetzteil, also gar nicht so übel. Warm wird da bei moderatem Lüfterstrom fast nichts.

Man muss natürlich dazu sagen, dass die Woche bis auf Freitag und teilweise gestern perfekt sonnig war, so also in keiner Weise typisch ist. Immerhin sind aber in der Woche aus 4 WW-Läufen 2 geworden, die quasi jeweils durch das Baden bedingt wurden. Heute hat die Anlage es geschafft, den Puffer auf fast 49C zu bekommen (WP heizt auf 45), so dass selbst nach dem Bad noch 45 waren. Damit wird der Puffer selbst ohne Zuheizer erst übermorgen so weit runter sein, dass BW_unten bei 41 ankommt (Anschalttemperatur WP). Das wird aber, so hoffe ich, der kleine PV-Zuheizer verhindern  Damit könnte es sein, dass die nächste Woche mit EINEM Takt auskommt, weil wir dieses eine Baden ja ohne Takt überstanden haben.

Soviel als erster Bericht von dieser Bastelei. Die Sinnfrage steht nicht... der Bastelspass und die Freude an den gesparten Takten stand im Vordergrund.

Viele Grüße,

Jan

 
26.4.2020 22:37
Coole Sache 
27.4.2020 6:36
Homeoffice verändert die Hygiene, da brauchst nicht so viel warmes Wasser 😀🤣
27.4.2020 10:42
Coole Idee. Ich hätte einzig bei den China-Wandlern etwas Sorge wegen der Zuverlässigkeit bzw. dass mal eines der Dinger abraucht.


27.4.2020 19:57
Das ist gar nicht so unwahrscheinlich, da hast du schon recht. Viel passieren kann nicht: Das Ding ist in einem belüfteten Blechgehäuse verbaut und steht aktuell auf Fliesen. Vielleicht baue ich noch etwas, das ordentlich Glaswolle drum herum bekommt, um eine Feuerausbreitung zu verhindern.

Das wäre die eigentliche Gefahr, das Kaputtgehen ist dann halt so. Die Investition war ja sehr überschaubar

Ich denke auch nicht, das viel passieren kann. 30V und ca. 15A haben eine Menge "Bums", aber Leistungshalbleiter sterben meist mit Durchschlag (dann Kurzschluss) oder leiten danach dann halt nicht mehr. 30V 15A hat man ja nur unter perfekten Bedingungen (dazu ist das Ding ja da)... ist der Widerstand zu klein, bricht die Spannung gnadenlos ein. Ist er zu gross, geht der Strom runter.

Ich habe beim Basteln zuerst durch Unüberlegtheit und später durch eine lose Masseleitung zwei Leistungs-Mosfets geschossen, die in meiner Abschaltung verbaut sind. Die sind jeweils mit Durchschlag gestorben und haben damit den Eingang satt kurzgeschlossen. Amperemeter stand kurz über 10A, Voltmeter auf 0V, alles gut. PV-Module sind kurzschlussfest, es wird nur bei Teilbeleuchtung gefährlich für die Bypassdioden.

Beim Abschalten schliesse ich das ganze tatsächlich über einen 3,4 Ohm Widerstand kurz. Unter etwa 1,5A läuft der DCDC nicht sauber an und startet andauernd neu, ohne dass das was bringt. Darum gibt es einen Ruhemodus, in dem ein Mosfet über selbigen Widerstand den Eingang kurzschliesst. Der Arduino beobachtet die Spannung und startet dann neu, wenn der Strom hoch genug ist.

Meine Unüberlegtheit war das Weglassen des Widerstands (also zum Abschalten einfach den Eingang kurzschliessen) und das testweise Aktivieren bei ca. 5A Modulstrom. Zwar hält der Mosfet 17A aus, aber ich hatte die Eingangskondensatoren des DCDC nicht bedacht, die ich damit schlagartig von 38V aus entladen habe. Das waren dann wohl zusammen mit dem Modulstrom doch deutlich mehr als 17A. Mit Widerstand ist alles fein, da könnte ich sogar bei voller Sonne den Kurzschluss anschalten, was mein Programm aber gar nicht zulässt. Das ganze schaltet bei ca. 1A ab und bei 1,5 wieder an.

Die theoretisch möglichen fast 20A der beiden parallel geschalteten Module kann ich übrigens NIE bekommen: Dazu müsste die Sonne gleichzeitig in S und N stehen und das in einem Winkel von ca. 70 Grad.
27.4.2020 23:42
es wäre noch interessant, wieviel Liter WW jeweils an den Nicht-Badetagen verbraucht wurde...
28.4.2020 9:42
Das kann ich leider nicht genau sagen. Die Friwa misst das nur auf 100 Liter genau, was für den Zweck unbrauchbar ist. Halt Händewaschen von vier Personen, dazu ab und an sparsames Duschen oder Waschen.

Aktuell geht es übrigens abwärts mit den Temperaturen. Weniger Sonne (momentan fast keine) und noch ein weiterer Effekt: Der PV-Heizer schichtet nämlich wesentlich schärfer als das Laden "von unten" mit der WP. Damit sind die Grenzschichten härter und damit die Abkühlung schneller. Die WP hingegen legt durch das nicht so effiziente Laden von unten (siehe Friwa-Thread) eine Art "Temperaturkeil" unter den Nutzbereich, der hier hilft, die Auskühlung zu verlangsamen.

Will heissen: 45 oben, 45 "unten" mit WP kühlen langsamer aus als 45/45 mit Zuheizer, weil der darunter liegende Temperaturgradient weniger steil ist.

Das untersuche ich aber noch genauer.



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