Due boiler a cascata e CC CA

[ThEnGi]

Il problema è gestire la tensione per spremere la massima potenza dal pannello.

Hai ragione dato che si tratta di un carico puramente resistivo, mea culpa

Orami abbituato con eletronica varia che il carico resistivo è quasi utopico

[Ciccio33]

Senza Arduino, quindi senza implementazione firmware, quindi no uso di C, è possibile? Cioè analogico..
Credo che aumenti la complessità, tutto cioè che faccio con fw, necessita di componenti fisiche, né?

[stefanopc]

Di sicuro si può fare anche solo lineare magari con un comparatore uno stadio SH un operazionale e due 555 ma specialmente per questo genere di applicazione ai giorni nostri non ha senso.
Potrebbe essere un bellissimo esercizio per qualche studente volenteroso.
Dal mio punto di vista non è un approccio conveniente.
Ciao

[Ciccio33]

Certo che se potessi alimentare un inverter (microinverter) ma non permettergli di versare l'energia alla rete...sarei a posto..

Una presa (una derivazione dall'impianto di casa) 220 V CA che lo alimenta ma che devia la produzione FV al boiler...una presa dove collegare microinverter e boiler ma che alimenti il microinverter da rete e il boiler da FV...

Troppo bello per...

Come si dice, la moglie piena e la botte.. ubriaca

[IsidoroKZ]

Quando ho letto il messaggio [50] e visto lo schema [52] ho pensato che non poteva funzionare, anch'io non sono piu` abituato ai carichi resitivi .
In realta` potrebbe funzionare, ma ci sono grossi inconvenienti.

L'idea di stefanopc in linea di principio funziona perche' il carico e` resistivo e viene alimentato da un'onda quadra, il cui valore efficace e` quello che determina la potenza dissipata.

L'interruttore, quando si chiude, non collega in parallelo due sorgenti di tensione (non c'e` e NON ci deve essere un condensatore sull'uscita), condensatore e interruttore non dissipano potenza, quindi la conversione e` efficiente e puo` funzionare da mmpt.

Lo schema e` quindi qualcosa del genere.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Poiche' il circuito e` un parzializzatore (chopper), la tensione di uscita puo` solo essere minore o uguale di quella di ingresso, e questo implica avere una resistenza che possa dissipare 375W a tensione piu` bassa di 35V. Se si trovasse una resistenza da 24 V 400W potrebbe andare bene, il suo valore resistivo sarebbe 1.5Ω circa.

Una resistenza con una tensione di lavoro un po' piu` alta andrebbe meglio per motivi spiegati dopo, se si vuole arrivare al limite, anche 36V 400W (3.24Ω) potrebbe andare bene. Quando il pannello si scalda, eroga meno potenza perche' la sua tensione diminuisce.

Come ha spiegato stefanopc il condensatore di ingresso fa da volano per l'energia e deve essere abbastanza grande per mantenere la tensione quasi costante sulle celle, malgrado l'assorbimento impulsivo generato dall'interruttore.

La tensione di ingresso deve essere mantenuta al valore ottimo di mppt per poter sfruttare il punto di massima potenza del pannello. Questa tensione, dell'ordine di 35V per il pannello a disposizione, e` una frazione costante della tensione a vuoto (dalle parti dell'85%), quindi il tracking del punto di massima potenza si puo` fare misurando ciclicamente la tensione a vuoto del pannello, poi caricandolo finche' la tensione scende al valore voluto.

Facciamo due conti in croce per il dimensionamento del circuito. Supponiamo di avere una resistenza del boiler di 3Ω (che equivale a una resistenza da 432W a 36V),
e supponiamo che la tensione di ingresso corrispondente alla massima potenza di 375W sia a 35V, quindi una corrente 10.7A.
Per avere una potenza di 375W dissipati sulla resistenza del boiler, dobbiamo applicare una tensione efficace di 33.5V. Il valore efficace di un'onda quadra e` pari al valore di picco (35V) per la radice quadrata del duty cycle


da cui il duty cycle necessario e` di circa 92% Se avessimo usato una resistenza da 24 V 400W, con resistenza di 1.5Ω, la tensione efficace necessaria sarebbe stata di 23.7V, e il duty cycle sarebbe risultato 46% circa.

Quale soluzione e` piu` conveniente? Dal punto di vista del MOS cambia la corrente di picco, circa 11.7A nel primo caso e 23.3A nel secondo caso. Ma la differenza sostanziale si ha nella corrente efficace del condensatore di ingresso. Le forme d'onda delle correnti in ingresso sono in questa figura, con i valori per il caso di resistenza di carico di 1.5Ω.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Ho spostato un pochino il grafico della corrente nel condensatore per renderla visibile.
Quando l'interruttore e` aperto, il pannello carica il condensatore con una corrente di 10.7A, mentre quando l'interruttore e` chiuso, i 23.3A che vanno sul carico arrivano in parte dal pannello (10.7A) e i restanti 12.6A dal condensatore che si scarica

Senza stare a dimostrare le formule, la corrente efficace che attraversa il condensatore vale



Con la resistenza da 1.5Ω si ottiene circa 11.6A mentre con resistenza da 3Ω si ha una corrente efficace pari a 3.2A, una differenza molto grande!

Dal punto di vista degli stress non ci sono dubbi: resistenza piu` alta possibile, compatibilmente con il fatto che deve dissipare 375W.

Bisogna inoltre anche calcolare il valore del condensatore: supponiamo di lavorare a frequenza fs=50kHz e di volere una tensione di ripple di ingresso Vr=0.5V picco picco (valore preso a spanne, per non disturbare troppo il punto di funzionamento). Il valore del condensatore e` dato da (anche qui senza dimostrazione)



Invece nel caso di carico da 3Ω, la capacita` del condensatore di ingresso risulta di 34µF.
Se si sale di frequenza, i condensatori diventano piu` piccoli. Inoltre, se si usano dei condensatori elettrolitici, il parametro importante e` l'ESR, non la capacita`, ma questo lo lascio per un'altra volta.

Questa soluzione, che sulla carta funziona, in pratica non puo` essere utilizzata perche' invia nel boiler (cosa grossa, metallica, collegata a terra) una tensione ad onda quadra a frequenza elevata, e si hanno delle emissioni di radiazione di modo comune molto elevate. Al carico, anche se e` solo una resistenza, bisogna inviare una tensione pressoche' continua!

E` necessario fare un buck, con induttore e condensatore di uscita, in modo da ridurre l'emissione di disturbi elettromagnetici. Lo schema e` il seguente

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Il duty cycle e` diverso dal caso precedente perche' qui e` importante il valore medio della tensione che va sul carico, non il valore efficace. Nel caso di resistenza da 1.5Ω, lo stress di corrente efficace del condensatore di ingresso e` di 7.4A, mentre con una resistenza di carico da 3Ω il duty cycle e` di circa il 96% e lo stress del condensatore di ingresso diventa di 2.2A.

Anche qui non ci sono dubbi: resistenza la piu` alta possibile, compatibilmente con la possibilita` di dissipare la massima potenza, e comunque si usa un buck altrimenti i disturbi sono enormi!

[stefanopc]

Grazie a IsidoroKZ per la interessante trattazione del tema.
Nel caso del solo condensatore pensavo ad una frequenza intorno ai 100 Hz che comporta l'utilizzo di elettrolitici di taglia abbastanza grande.
Utilizzando la formula accontentandosi di un ripple di 1Vpp si potrebbero utilizzare due condensatori da 33mF in parallelo.

La soluzione con il buck ha sicuramente dei vantaggi ma comporta di lavorare con potenze abbastanza grandi a frequenze 500 volte più elevate.
A questo punto nel caso mi appoggerei ad una soluzione integrata almeno per il corretto pilotaggio del mosfet.
Naturalmente ci sarebbe da dimensionare anche l'induttore che dovrà avere perdite minime nonostante la corrente relativamente elevata.

Volendo ridurre il lavoro al minimo si trovano moduli Dc-Dc di potenza già preassemblati da pilotare con il Micro per integrare la funzione MPPT.

Ciao

[IsidoroKZ]

Altra soluzione, uso di un boost, ma senza dover salire a 230V.

Il boiler da 1500W ha una resistenza da 35Ω circa. Per dissipare 375W su questa resistenza servono circa 115V. Si puo` alzare la tensione da 35V a 115V con un boost, il fattore di moltiplicazione e` di 3.2, alto, ma non impossibile da fare.

Questa soluzione ha il vantaggio che non bisogna cambiare la resistenza del boiler!

Ho fatto tutti i conti a potenza massima e tensione di 35V, ci vorrebbe qualche volenteroso con matlab o simili e un modello matematico del pannello che verificasse che il sistema funzioni anche con pannello caldo o a insolazione ridotta.

[Ciccio33]

Dunque, userei il boiler da 80lt 80 L come preriscaldamento, il piccolo innalza la temperatura se serve.

80lt 80 L resistenza 1200w 1200 W
Ohm= V*V/E=230*230/1200=44 ohm

Per dissipare 375w 375 W su 44 ohm
√W*ohm=375*44 = 128v 128 V



PS: sono gasato per la soluzione (ovviamente, perché più semplice, per me, dal punto di vista elettronico), ma anche confuso:

non si parlava di mppt (1) ?

e che il pannello si "siede" se ha un calo di tensione (2) ?

Voglio dire, con questa soluzione, mppt non esiste, corretto? O, grazie a un volonteroso con matlab, potremmo scoprire che ha una buona resa ugualmente?

[IsidoroKZ]

L'mppt e` un modo di controllare il convertitore, di solito lo si fa con un microcontrollore, ma ci sono circuiti, piu` complicati da montare perche' hanno una decina di integrati, che fanno l'mppt senza micro, ad esempio https://ieeexplore.ieee.org/document/5608868

Se il pannello non e` in condizioni di massima potenza (orientamento, illuminamento, temperatura...) la potenza dissipata dal carico diminuisce. Con l'mppt quello che si ottiene e` comunque il massimo per quelle condizioni, senza mppt si ottiene meno potenza, quanto non lo so, bisogna fare i conti, per quello che speravo che ci fosse qualche volenteroso.

Al variare dell'illuminazione varia la potenza erogata, ma la tensione a cui viene erogata la massima potenza e` quasi costante, cala solo la corrente.
Invece al variare della temperatura la tensione a cui viene fornita la massima potenza diminuisce dalle parti di 0.35%/K

[PietroBaima]

senza mppt si ottiene meno potenza, quanto non lo so, bisogna fare i conti, per quello che speravo che ci fosse qualche volenteroso.

Se posso e se ne sono in grado, io ci sono.