ТЭН напрямую от солнечных панелей: нагрев воды без инвертора и розетки

Типичный объект: гараж на две панели по 250 Вт, бак 50 литров, зимой нужна тёплая вода. Хозяин собрал стандартную цепочку панели — контроллер — аккумулятор — инвертор — сетевой ТЭН, и удивляется, куда уходит энергия. Инвертор ест 20-30 Вт вхолостую и теряет ещё часть на преобразовании. При коротком зимнем дне это заметная доля выработки. А греть воду можно проще, вообще без инвертора.

Почему для нагрева инвертор не нужен?

Потому что ТЭН — это просто сопротивление, и ему всё равно, какой ток через него идёт. Инвертор в системе стоит только ради приборов, которым нужна сеть 220 В переменного тока: холодильник, насос, техника. Нагреву переменный ток не даёт ничего. Спираль выделяет одинаковое тепло на постоянном токе от батареи и на переменном из розетки. Значит, ради нагрева воды держать инвертор в цепи незачем.

Что даёт отказ от инвертора в контуре нагрева:

• уходит потеря 10-15 процентов на преобразовании постоянного тока в переменный;
• пропадает расход 15-30 Вт, который инвертор тратит на себя даже без нагрузки;
• из схемы исчезает дорогой узел, который может выйти из строя;
• проводка проще: ТЭН подключается парой проводов к батарее через термостат.

Как подключить: к аккумулятору или через dump load?

Есть две рабочие схемы, выбор зависит от того, есть у вас батарея или нет.

Первая схема проще: ТЭН на 24 В (например, 300 Вт, ток около 12,5 А) крепится к фланцу бака и подключается к батарее через термостат. Контроллер заряда работает штатно, а излишки уходят в нагрев. Вторая схема (dump load, она же диверсионный контроллер) отдаёт в ТЭН избыток мощности панелей и позволяет обойтись вообще без аккумулятора. Минус второй схемы в том, что в пасмурную погоду нагрева не будет.

Как подобрать сопротивление ТЭНа под панели?

Если ТЭН цепляется прямо к панелям без MPPT-контроллера, именно его сопротивление задаёт рабочую точку. Чтобы снять с панели максимум, сопротивление подбирают под точку максимальной мощности: R = Ump / Imp, где Ump и Imp — напряжение и ток панели в этой точке из паспорта.

Разберём на панели 250 Вт с типичными параметрами: Ump около 30 В, Imp около 8,3 А. Считаем сопротивление: R = 30 / 8,3 ≈ 3,6 Ом. ТЭН на 3,6 Ом при 30 В возьмёт P = 30² / 3,6 ≈ 250 Вт, то есть почти всю мощность панели. Если поставить ТЭН с сильно другим сопротивлением, панель уйдёт из точки максимума и часть выработки потеряется.

С dump-load контроллером или MPPT считать проще: там ТЭН питается от стабильной сети 24 или 48 В, и его подбирают просто по напряжению и нужной мощности, как обычный низковольтный нагреватель. Подробнее про расчёт под фиксированное напряжение — в статьях ТЭН на 24 вольта и ТЭН на 48 вольт.

Подогрев литиевых батарей на морозе

У той же схемы есть второе применение. Литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы нельзя заряжать при температуре ниже нуля, иначе ячейки деградируют. Поэтому зимой батарейный банк держат тёплым. Внутрь бокса ставят маломощный ТЭН на 24 или 48 В (100-150 Вт) через термостат: он включается на морозе и отключается при плюсовой температуре. Ток небольшой, 4-6 А, для банка это безопасно. Питание берут от той же сети 48 В. Одна солнечная сборка и пара низковольтных ТЭНов закрывают и горячую воду, и подогрев батарей.

Что прислать для расчёта?

Чтобы намотать ТЭН точно под вашу солнечную систему, нужны данные:

1. Схема питания: прямо от панелей, через dump load или от батареи 24/48 В.
2. Из паспорта панели: напряжение и ток в точке максимальной мощности (Ump, Imp), число панелей и как соединены.
3. Объём бака и до какой температуры греть воду.
4. Тип крепления: фланец или резьба, диаметр трубки, длина.
5. Отдельно — нужен ли ТЭН для подогрева батарей и на какую мощность.

Если часть цифр неизвестна — пришлите модель панелей и контроллера, остальное посчитаем сами. Диаметр трубки делаем от 4 до 32 мм, оболочку из нержавейки AISI 304 или 12Х18Н10Т для воды.

Автор: Руслан Садыкбаев, производство ТЭН с 2017 года.