Сброс излишков солнца на ТЭН: балластная нагрузка для автономной системы
Откуда берутся излишки и почему их жалко терять
Массив панелей рассчитывают на пасмурные дни и утро-вечер, поэтому в ясный полдень он выдаёт больше, чем нужно. Аккумуляторы к обеду часто уже заряжены. Дальше контроллер уходит в режим поддержки заряда и просто не берёт с панелей лишнее: энергия, которую массив мог бы дать, никуда не идёт.
На круглый год это заметные потери. В солнечный день система на 3–4 кВт панелей легко теряет по несколько киловатт-часов после обеда. Это тот же ресурс, за который заплачено при покупке панелей. Разумно направить его на нагрев, а не выкидывать.
Что такое балластная нагрузка на ТЭН
Балластная нагрузка, её ещё называют dump load или divert load, это резистор, который принимает на себя избыток генерации. В автономных системах самый практичный резистор это ТЭН: он превращает электричество в тепло с КПД около 100 процентов и это тепло сразу используется.
Логика простая. Пока батарея не заряжена, весь ток идёт на неё. Как только напряжение дошло до верхнего порога, устройство управления открывает второй канал и лишний ток отправляется на балластный ТЭН. Батарея больше не перезаряжается, а энергия уходит в горячую воду или тёплый воздух.
Как рассчитать ТЭН под сброс: сопротивление и ток
Балластный ТЭН подключают к шине постоянного тока, поэтому его мощность жёстко задаётся сопротивлением и напряжением. Работают две формулы: мощность P = U²/R и ток I = U/R. Отсюда считают нужное сопротивление под желаемую мощность сброса.
R = U²/P = 48² / 1200 = 2304 / 1200 ≈ 1,9 Ом
I = P/U = 1200 / 48 = 25 А
Пример для шины 24 В, сброс до 600 Вт:
R = 24² / 600 = 576 / 600 ≈ 0,96 Ом
I = 600 / 24 = 25 А
Сопротивление получается низким, а ток высоким. Это нормально для низковольтной системы, но провод, реле и защиту подбирают именно под этот ток постоянного тока.
Тонкость в том, что напряжение на шине в момент сброса выше номинала: у батареи 48 В в конце заряда это порядка 54–58 В. Мощность растёт как квадрат напряжения, поэтому реальный сброс будет чуть больше расчётного. Мы наматываем ТЭН под конкретную рабочую точку, чтобы он отдавал нужную мощность именно при вашем напряжении, а не при паспортных 48 В.
Куда отдавать это тепло
Балласт имеет смысл, только если тепло куда-то идёт с пользой. Самые ходовые варианты:
| Куда греем | Как это устроено | Что за ТЭН |
|---|---|---|
| Бак с водой, бойлер | ТЭН стоит в воде, избыток солнца копится как горячая вода к вечеру | Мокрый, нержавейка AISI 321 |
| Теплоаккумулятор | Большой бак запасает дневное тепло для отопления ночью | Мокрый, нержавейка AISI 321 |
| Воздух в помещении | Оребрённый ТЭН с обдувом греет гараж, мастерскую, теплицу | Воздушный, оребрённый |
| Тёплый пол через бак | Сброс идёт в бак, а из бака насос гонит контур пола | Мокрый, нержавейка AISI 321 |
Для воды ставим мокрый ТЭН из нержавейки AISI 321 (08Х18Н10Т), потому что он постоянно в контакте с водой. Для воздуха идёт оребрённый ТЭН, вентилятор при этом должен включаться раньше нагрева и выключать его при остановке потока.
Управление сбросом: реле по напряжению или ШИМ
Есть два подхода, как перекидывать избыток на балласт.
Порогом вкл-выкл. Реле или контроллер по напряжению включает ТЭН, когда шина дошла до верхнего порога, и выключает, когда просела. Просто и дёшево, но нагрузка дёргается пачками. Такой режим ТЭН переносит нормально, если он рассчитан на частые циклы.
Плавно, через ШИМ. Специальный divert-контроллер регулирует мощность на ТЭН широтно-импульсной модуляцией и держит напряжение шины ровно на пороге. Батарея работает мягче, сброс точнее. Для этого режима важно, чтобы ТЭН держал импульсный ток без перегрева локальных зон.
Под любой из вариантов ТЭН должен быть заложен на непрерывную работу. Бытовые нагреватели на такое не рассчитаны, поэтому балласт заказывают отдельно под ток и режим системы.
Что важно не забыть по безопасности
Сечение провода под ток, а не под мощность. При 25 А по постоянному току нужен толстый кабель и надёжные клеммы. Тонкий провод на низком напряжении греется и теряет мощность.
Защита от сухого хода. Мокрый балластный ТЭН нельзя включать в пустом баке. Ставят датчик уровня или блокировку, иначе без воды нагреватель перегреется.
Термостат на баке. Даже полезное тепло надо ограничивать: при непрерывном сбросе вода может закипеть. Термостат отсекает ТЭН по верхней температуре и возвращает избыток на другой сброс или на отключение.
Как подобрать балластный ТЭН
Чтобы мы посчитали сопротивление и сделали ТЭН точно под вашу систему, пришлите вводные:
- Напряжение шины: 12, 24 или 48 В и напряжение в конце заряда.
- Какую мощность хотите сбрасывать в пике, в ваттах или киловаттах.
- Куда идёт тепло: бак с водой, воздух, теплоаккумулятор, пол.
- Управление: простое реле по напряжению или divert-контроллер с ШИМ.
- Присоединение: резьба, фланец, размер под бак или воздушный канал.
- Модель контроллера и аккумулятора, если есть под рукой.
По этим данным подберём сопротивление под вашу рабочую точку, посадочный размер и материал оболочки. Минимальный заказ: 1 штука, срок 7–14 рабочих дней, отгрузка по России и в Казахстан.
Совместимость с солнечным оборудованием
ТЭН изготавливаем под напряжение вашей системы: 12, 24 или 48 В. Это стандартные напряжения автономных сборок, поэтому балласт согласуется по питанию с массивом панелей и контроллером любого производителя. Сопротивление подбираем под напряжение аккумуляторной шины в момент сброса.
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.
FAQ
Что такое балластная нагрузка для солнечной системы?
Это резистивная нагрузка, чаще всего ТЭН, которая принимает на себя избыток генерации, когда аккумуляторы уже заряжены. Вместо того чтобы терять энергию, система направляет её на нагрев воды или воздуха. Другие названия: dump load, divert load, сбросная нагрузка.
Какой ТЭН нужен для сброса излишков солнца?
Низковольтный ТЭН под напряжение вашей шины 12, 24 или 48 В с сопротивлением, рассчитанным на нужную мощность сброса. Для воды мокрый ТЭН из нержавейки AISI 321, для воздуха оребрённый. Обязательно с запасом на непрерывную работу.
Как рассчитать сопротивление балластного ТЭН?
По формуле R = U²/P, где U напряжение шины, P желаемая мощность сброса. Например для 48 В и 1,2 кВт: R = 48²/1200 ≈ 1,9 Ом, ток I = 1200/48 = 25 А. Учитывают, что в конце заряда напряжение выше номинала, поэтому ТЭН наматывают под реальную рабочую точку.
Можно ли поставить обычный ТЭН на 220 В как балласт?
Напрямую на низковольтную шину нельзя: при 48 В такой ТЭН отдаст мизерную мощность, потому что рассчитан на 220 В. Либо ставят низковольтный ТЭН под вашу шину, либо сбрасывают через инвертор на ТЭН 220 В, но это сложнее и с потерями на инверторе.
Куда девать тепло от балластного ТЭН?
В бак с водой или бойлер, в теплоаккумулятор, в воздух через оребрённый ТЭН с обдувом, в тёплый пол через промежуточный бак. Главное, чтобы тепло использовалось, а на баке стоял термостат, иначе при непрерывном сбросе вода закипит.
Нужна ли ШИМ-регулировка или хватит вкл-выкл по напряжению?
Для дачи и простой системы хватает реле по напряжению: включил при верхнем пороге, выключил при просадке. Divert-контроллер с ШИМ держит шину ровнее и мягче для батареи, но стоит дороже. ТЭН делаем под выбранный режим, чтобы он держал циклы или импульсный ток.
Какая минимальная партия и срок изготовления?
Минимальный заказ 1 штука. Срок 7–14 рабочих дней. Изготавливаем балластный ТЭН под ваше напряжение, сопротивление и посадочный размер, отгружаем по России и в Казахстан.
Пришлите напряжение шины, желаемую мощность сброса и куда идёт тепло. Посчитаем сопротивление и изготовим ТЭН на 12/24/48 В под вашу систему.
Оставить заявку на расчёт
Оставить заявку
Перезвоним или напишем в WhatsApp в течение 15 минут. Изготовим ТЭН по чертежу, фото маркировки или образцу от 1 штуки. Отгрузка по всей России и в Казахстан.