Низковольтный ТЭН 12/24/48 В для солнечных систем: что это и зачем

Зачем вообще низкое напряжение, если есть 220 В

Солнечная панель отдаёт постоянный ток. Аккумулятор в автономной системе тоже постоянный: 12, 24 или чаще 48 В. А бытовой ТЭН рассчитан на переменные 220 В. Чтобы соединить одно с другим, в цепь ставят инвертор, который гонит постоянные 48 В в переменные 220. На каждом таком преобразовании теряется энергия, обычно 5-15 %. Для нагрева это чистая потеря: вы отдали часть выработки панелей не на тепло, а на нагрев самого инвертора.

Инвертор ещё и стоит денег, и добавляет точку отказа. Если он выйдет из строя, встанет вся нагрузка, хотя панели и аккумулятор исправны. Нагрев - самая тупая нагрузка, какая бывает: ей не нужна синусоида, не нужны 220 В, ей нужен просто ток через сопротивление. Поэтому логично убрать инвертор и подать на ТЭН то напряжение, которое уже есть в системе. Мы наматываем спираль так, чтобы при 12, 24 или 48 В она давала нужную мощность.

Закон Ома: как подбирают сопротивление ТЭН

Мощность ТЭН на постоянном токе считается по формуле P = U² / R, где U - напряжение системы, R - сопротивление спирали. Отсюда сопротивление под нужную мощность: R = U² / P. Это и есть весь смысл «низковольтного» ТЭН: не какой-то особый прибор, а спираль с рассчитанным сопротивлением под конкретное напряжение.

Возьмём 48 В и 1 кВт. R = 48² / 1000 = 2304 / 1000 = 2,3 Ом. Ток при этом I = U / R = 48 / 2,3 = 21 А. Теперь 24 В и 0,5 кВт: R = 24² / 500 = 576 / 500 = 1,15 Ом, ток I = 24 / 1,15 = 21 А. Обратите внимание: ток в обоих случаях около 21 А, хотя мощность разная. Это не совпадение - при снижении напряжения вдвое ток на ту же мощность растёт вдвое, поэтому низкие системы «упираются» в ток раньше, чем в мощность.

Таблица: напряжение × мощность → сопротивление и ток

Сопротивление и ток для типовых сочетаний. Формулы: R = U² / P, I = U / R = P / U.

Видно, почему при мощности около киловатта берут 48 В: ток ≈21 А против ≈83 А на 12 В. Разница в токе в четыре раза - это разница в сечении кабеля и в цене клемм. Систему на 12 В держат только для маломощных задач до 0,5 кВт, дальше растёт медь.

Почему на низком напряжении важны кабель и клеммы

Ток в 42 или 83 А - это не то, что можно пустить по тонкому проводку от зарядки телефона. Чем больше ток, тем толще должна быть жила, иначе кабель греется и теряет напряжение по длине. Для 20-25 А обычно нужно сечение 4 мм², для 40-45 А - 6-10 мм², для тока под 80 А - уже 16 мм² и больше. Это медь, и на длинной трассе она стоит заметных денег.

Клеммы ТЭН тоже под большой ток: слабый контакт греется, окисляется и в итоге подгорает. Поэтому у низковольтного нагревателя выводы делают под нормальный обжим или болтовое соединение с шайбой, а не под хлипкую клемму. И трассу от аккумулятора до ТЭН стараются держать короткой: чем короче кабель при большом токе, тем меньше падение напряжения и потери на самом проводе.

Наши исполнения под солар

Под солнечные системы мы делаем низковольтные ТЭН на 12, 24 и 48 В мощностью 0,5-1,0 кВт. Сопротивление рассчитываем под ваше напряжение и мощность по формулам выше, наматываем спираль под этот номинал. Материал оболочки зависит от среды: для нагрева воды или агрессивной жидкости - нержавейка AISI 321 (08Х18Н10Т); для сухого нагрева воздуха или контактной поверхности - углеродистая сталь 10.

Форму, длину, тип посадки (фланец, резьба, штуцер) и вывод клемм делаем под ваш чертёж или задачу. Если чертежа нет, достаточно описать: напряжение системы, нужную мощность, что греем и как ТЭН крепится. По этим данным подберём сопротивление и исполнение.

Что прислать для расчёта

По этим данным посчитаем сопротивление и ток, подскажем сечение кабеля и изготовим ТЭН под ваш номинал. Минимальный заказ - 1 штука, срок 7-14 рабочих дней, отгрузка по России и в Казахстан.

FAQ

Почему при низком напряжении растёт ток

Чем ниже напряжение, тем больше ток при той же мощности. Нагрузка 600 Вт тянет около 50 А при 12 В, 25 А при 24 В и 12,5 А при 48 В, если не считать потери. Отсюда простой вывод: под мощный нагрев 48-вольтовая шина удобнее двенадцативольтовой, потому что ток и сечение кабеля падают вчетверо.

Произвольный ТЭН к панели напрямую не подключают. Напряжение массива гуляет вместе с освещённостью, а сопротивление нагревателя само по себе не держит рабочую точку панели. Нужны контроллер, DC-контактор, предохранитель и защита от перегрева.

Совместимость с солнечным оборудованием

ТЭН изготавливаем под напряжение вашей системы: 12, 24 или 48 В. Это стандартные напряжения автономных сборок, поэтому нагреватель согласуется по питанию с массивом панелей и контроллером любого производителя. Сопротивление подбираем под напряжение аккумуляторной шины или под рабочую точку массива при прямом питании.

Наш низковольтный ТЭН ставят в системы на распространённом оборудовании:

• контроллеры MPPT и PWM: EPEVER (EPSolar), Victron, SRNE, MUST;
• инверторы: Victron, MUST, СибВольт, Delta;
• солнечные панели: Delta, Sunways, ФСМ, One-Sun;
• аккумуляторы 12/24/48 В: Delta, Ventura, LiFePO4.