Onderwerp: Elektrisch varen

De rompsnelheid van een €Xr is berekend op 12km/h (waarschijnlijk voor een boot met een centrale kiel, maar ik heb een kimkieler en ik heb denk ik, een loei van een motor nodig om aan die 12km/h te komen) Ik verwacht dat deze cijfers heel theoretisch zijn, maar dat het in de praktijk wel eens heel anders kan zijn.

Het accupakket is 100Ah bij een nominale spanning van 60,8V is 6080Wh waarvan 5000Wh te gebruiken is bij de huidige motor (bij een lage spanning stopt de motor). 5kWh geeft 5 kwartier vol vermogen bij 4kW opgenomen vermogen. Bij 2kW is dat 10 kwartier actieradius.

Opladen mag met 5C (met geforceerde koeling), dat is 500A bij ca 60V of een vermogen van 30000W dan trekt de lader minstens 130A uit de walstroom aansluiting van 230V (niet waarschijnlijk dat dit ooit gebeurd!) en zijn de accu's in 10 minuten weer vol (en waarschijnlijk erg warm!) Opladen met 1C (100A) is dan waarschijnlijker en duurt ongeveer een uur en dan staat de zekering van de walstroom aansluiting alsnog roodgloeiend.

Mijn boot heet Autarkie (zelfvoorzienend) en ik streef dit na. Ik heb dus geen walstroom. Er komt 80Wp aan zonnepanelen op de boot en die kunnen in gunstige omstandigheden 800W per dag leveren en daarmee de lege accu's in 6 tot 7 dagen weer helemaal volladen. Ga je uit van 50% in dit geheel (en dat is veel waarschijnlijker) dan komt dat neer op 1 uur kruisen per week op de motor. Alleen, ik heb een zeilboot en geen motorboot. Voor mijn situatie is dit absoluut voldoende, maar ik geef toe, het is mijn situatie en voor riviervaarders kon dit wel eens onvoldoende zijn. Voor 'grote plas vaarders' zal dit wel goed uitkomen. Voor IJsselmeer en wadvaarders zou het misschien wel kunnen, dat weet ik niet.
Groeten, Peper.

rpolak,

Alles heeft een leercurve, er is een ontwikkelingstijd nodig wanneer iets nieuws in beeld komt.
Ik ben het met je eens dat elektrisch varen nog niet de efficiencie heeft van direct op de fosiele brandsof die een diesel (de meest efficiente machine) heeft, maar ergens moet het beginnen.
Peper en Sunday pionieren op dit gebied. Wanneer iemand daar lol in heeft is dat toch heerlijk.
Ik heb ook een aantal dingen gemaakt die meer kosten dan ze opleveren.
Het geeft een enorme voldoening wanneer het werkt.
Het eerste exemplaar is altijd het duurste en vaak niet erg mooi, meestal was het derde exemplaar goed en het kantelpunt voor kosten - baten.
Zelfs wanneer het wordt nagemaakt geeft het voldoening.

Peper,

De boot vraagt een stuwdruk om vooruit te gaan, in evenredigheid met z´n vorm en gewicht.
Het maakt niet uit wat die stuwdruk opwekt.
Elektrisch of op BB motortje blijft dit hetzelfde.

De gegevens van electra zijn heel simpel te meten, en acuraat.
Een BB motortje zal doorgaans wat optimistisch aangeduid zijn, een min of meer standaard schroef hebben voor een wat wijder scala aan bootjes, dus zeer waarschijnlijk niet zo goed aangepast.

In een iets eerdere reactie stel je dat een één cilinder diesel tijdens 1% van 720º z´n energie afdraagt aan het vliegwiel.
Dit is wel ietsje meer, De arbeidslag is 180º, dit is 25% van die 720º.
Nu worden die 180º niet helemaal benut, maar veel minder zal het niet zijn. Wanneer de uitlaatklep opent is de druk in de cilinder nog dik boven atmosferisch.
Lange tijd van de arbeidslag is de druk gelijk, om die reden wordt een diesel ook wel een gelijkdruk motor genoemd en een benzine motor een explosie motor
Omdat gedurende enige tijd diesel(40% van de slag?)brandstof wordt ingespoten is de arbeids druk veel minder gepiekt dan bij een benzine motor

Bedankt voor je helder uitleg Peper Op zich is 10 kwartier nog best redelijk. Alleen als je een paar dagen met de boot op pad zou wordt het wel onhandig dat je de volgende dag niet weer helemaal 'opgeladen' bent. Maar mocht mijn oude buitenboordmotor de geest geven dan ga ik het ook eens serieus overwegen.

@Saeftinghe:
De arbeidsslag mag wel 180^o zijn, maar de druk op de zuiger wordt ten dele te niet gedaan door de onderdruk bij de aanzuigfase (tenzij er een turbo staat te blazen). Door een turbo of compressor levert een zuigermotor zelfs in de aanzuigfase vermogen door een positieve druk. Het diagram heeft een naam, maar die ben ik vergeten... In dit diagram is de drukpiek voor een diesel wel wat breder, maar die piek is zeker niet gedurende 180^o krukasrotatie. Ik heb daarvoor het aandeel van 1% te horen gekregen van iemand van de HATS, maar misschien heeft hij het over een benzine motor gehad.
Kleptiming overlap (is afhankelijk van het top toerental van de motor en kan tot 30^o oplopen bij hoog toerige motoren) maakt een aandeel van 180^o onmogelijk. De maximale druk blijft gedurende 7 tot 10^o hoekverdraaiing aanwezig en dit vormt de kracht die aan het vliegwiel wordt doorgegeven (zo werd op de HATS aangegeven). De restdruk is zeker niet 0, maar levert niet een belangrijk aandeel aan het koppel en zou (weer volgens de man van de HATS) worden opgesoupeerd door het koppel dat nodig is om het uitlaatgas uit te drijven en het verse mengsel of lucht aan te zuigen.
Zo heb ik het voorgeschoteld gekregen en ik heb nog geen andere theorie gehoord over dit fenomeen.

@Stokpaert:
Een paar dagen achterelkaar met de boot op pad zou inderdaad tot problemen kunnen leiden. Een betrekkelijk kleine 60V generator met 1kW vermogen zou hierin kunnen helpen. Maar dan heb je wel een verbrandingsmotor nodig. Één kilowatt aan zonnepanelen installeren is ook een optie, maar dan heb je geen kuiptent en sprayhood meer nodig!
Het mooiste is als Torqeedo inzichten zou willen geven in hun elektronica zodat de motor ook als generator kan werken als er voldoende wind is. Nu wil Torqeedo dat niet en de motor bij hogere snelheden in het water laten als sleepgenerator maakt de elektronica kapot... Daarvoor is het ding mij toch echt te duur!
Groeten, Peper.

Peper schreef :
Heb je ruimte voor een windmolen? Zoiets als www.ampair.com/sites/all/files...C%20Data%20Sheet.pdf

Of als je de benodigde gegevens niet krijgt kun je ook een tweede schroef in het water hangen www.ampair.com/sites/all/files...0%20Data%20Sheet.pdf

Peper,

Ik denk dat er wat dingen door elkaar gehaald worden.
Het diagram wat je bedoelt zal waarschijnlijk het kleppendiagram zijn.
De arbeidslag gaat zeker wel tot kort bij die 180º.
De druk tijdens deze slag is over de eerste 40º a 50º(?) min of meer gelijk omdat er voortdurend diesel wordt ingespoten, daarna loopt de druk tamelijk snel terug.
Om hogere rpm te krijgen moet gedurende een groter aantal graden inspuiting zijn, de gelijdrukhoek zal dan ook varieren met het toerental.
Wanneer de uitlaatklep opengaat om bij 170 a 180º op atmosferisch uit te komen. Dus zeer dicht bij die 25%.
De aanzuigslag begint pas na dat het onderste dode punt is bereikt. Bij een turbo zal er iets eerder al verse lucht ingeblazen worden omdat nabij het onderste dode punt in- en uilaatklep beide even gelijktijdig open staan.

Een turbo haalt alleen nog wat energie uit de uitlaatgassen, maar heeft weinig invloed op het diagram.
De motor wordt wat efficienter. Of je zou kunnen stellen dat de motor wat kleiner zou kunnen zijn voor hetzelfde vermogen.

De kleptiming, de nokken dus, bepalen bij welk toerental het hoogste koppel/vermogen ligt. Voor snellopers een andere nokkenas dan voor tragere motoren.

Kleptiming overlap is bij alle toerentallen gelijk, wordt door de nokken bepaald, die niet veranderen met het toerental.

Bij een benzine motor is het ganse brandstof volume al in de cilinder aan het eind van de inlaatslag. de compressie mag niet te hoog worden om dit mengsel niet voortijdig te ontsteken. (dieselklop vermijden, indien het mengsel ontsteekt door de compressie eind temperatuur is het wèl een explosie en zeer slecht voor de motor.)
De vonk leidt een zeer snelle verbranding in, het is geen explosie, maar de benzine motor wordt wel explosiemotor genoemd.
Zodra de verbranding start schiet de druk enorm omhoog en daalt min of meer evenredig met het toenemende volume, dit in tegenstelling tot een diesel, waar het minder steil omhoog schiet, maar veel langer blijft bestaan.

De compressie eind druk van een diesel is dan wel hoger dan van een benzine motor, maar de verbrandingsdruk niet, die blijft gedurende langere tijd gelijk.

Dit is de reden dat diesel een veel hoger koppel heeft, vooral in het lagere toeren gebied.
Zeer goed merkbaar (bij auto´s) op steile hellingen.
Voor scheepsschroeven is het koppel niet van belang, het schip, de schroef dus, vraagt niet meer koppel dan bij een zekere snelheid past en van alle soorten motoren ligt het minimum koppel ver boven wat gevraagd wordt.
Een electromotor zal, vooral in de lagere toeren sneller reageren dan een diesel, omdat diesel een veel grotere eigen massa in beweging moet brengen, het gewicht van het draaiend gedeelte.

rpolak,

Wanneer er wind is kan er gezeild worden. En al zeilend zal een molen weinig bijdragen.
Vóór de wind zeilend staat hij stil en aan de wind is de weerstand zodanig hoog dat je hem liever kwijt bent. Die weerstand kan oplopen tot boven de 25 kg per M2

Die generator door water aangedreven, kan dat niet de aandrijfmotor zijn die als generator wordt gebruikt?

Bij electrawagentjes wordt op die manier energie teruggewonnen bij het remmen of de helling afgaand.

@Saeftinghe
Dat wist ik niet van een windmolen, dank. Deze is dus alleen bruikbaar als de boot stilligt en moet klein genoeg zijn om op te kunnen bergen tijdens het zeilen.

Peper zou het liefst de Torqueedo daarvoor gebruiken, maar krijgt nog geen medewerking van de fabrikant.

@Saeftinghe:
Mijn kennis over deze zaken stamt uit de jaren '70 en inmiddels zijn er nieuwe injector technieken (common rail en zo) die veel verandering en verbetering hebben gebracht.
'Doorgaan' met inspuiten was destijds geen mogelijkheid en zou met de verstuivers van toen waarschijnlijk ook niet kunnen (rook en roetvorming). Verder was destijds de theorie dat er voor BDP werd ingespoten zodat op BDP de druk het hoogst was (gelijk vallend met het hoogtepunt van de compressiedruk) die daarna alleen nog maar afnam. Bij Turbo Techniek Arnhem werden voor turbodiesel motoren speciale inspuit pompen gebouwd waarvan de opbrengst per graad krukas verdraaiing nauwkeurig kon worden ingesteld. Verder was er een vervroeging van het inspuitmoment mogelijk bij het toenemen van het toerental. Bedenk dat het hierbij gaat om diesels die gebruik maakten van het 'squish' principe met een verbrandingskamer in de zuiger, die een indirecte inspuiting nodig hadden.
Wat ik te zien kreeg was een 'echt' druk/krukashoek diagram, waar de kleptiming bij was inbegrepen, met een duidelijke piek in de druk bij BDP + 10. Maar deze kennis is mogelijk verouderd, net zoals de stelregel dat een dieselmotor 30% meer cilinderinhoud nodig had voor het zelfde vermogen. Toen ik in 1989 een Peugeot 309 'van de zaak' reed met een 1900 diesel erin (geen turbo, gewoon zuiger gestuurd) ging dat ding 'als de brandweer' en was er eigenlijk nauwelijks verschil te merken met een 1900 benzinemotor. Je hebt waarschijnlijk gelijk over de 'gelijkdruk' curve van de huidige dieselmotor.
De enige motor die ik ken die in alle hoeken krukasverdraaiing koppel genereert is de Stirling motor, maar dat is dan ook geen inwendige verbrandingsmotor.

@rpolak:
Bedenk dat een zeilboot kan worden beschouwd als een windmolen met evenveel wieken als er zeilen op staan. Cousteau had op zijn boot rotoren staan die de kracht van de wind omzetten naar voortstuwingskracht op de as van die rotoren.
Dan is het onlogisch om op deze 'windmolen' nog weer een windmolen te zetten. Bovendien als er wind is kun je zeilen en heb je geen elektrische voortstuwing nodig. Het is dan logischer het langs de romp stromende water van de zeilvoortstuwing te gebruiken voor het opladen van accu's voor de elektrische voortstuwing door een sleepgenerator in te zetten of het proces van de elektrische voortstuwing om te keren voor het opwekken van energie.
Het zit vast op de opslag van energie, die is in fossiele brandstof nog steeds hoger dan in accubatterijen. Maar net als bij de ontwikkelingen in de dieseltechniek, verloopt de voortgang hiervan exponentieel snel en ik verwacht dat de accubatterij in combinatie met het verbeterde omzet rendement van de elektrische installatie, over 15 jaar 'langszij' de dieselmotor met de brandstof tank komt. De natrium accu's hebben dit al in zich, maar moeten tot 300^o worden verwarmd om te kunnen werken. Over 15 jaar is dat waarschijnlijk anders.
@beiden:
Jullie interesse is inspirerend! Dank!
Groeten, Peper.

Diagram waar jullie op doelen heet"indicateur diagram"
Er drukt tijdens de arbeidsproces van een motor een z.g. gemiddelde druk op de zuiger. Mede daarmee bereken je het indicateur vermogen van een motor.
Dit is het z.g "inwendige vermogen". Trek daar ongeveer 10% vanaf(wrijvingsverliezen) en je houdt het "asvermogen" over.
Er zijn uiteraard nog veel grotere verliezen waardoor het totale rendement van een motor zich tussen de 25 en 50 % bevind.
Dit rendement is hoger naarmate de motor groter is en dus langzamer draait.
Een turbo is ontwikkeld om uit een motor van dezelfde omvang en groter vermogen te ontwikkelen. Wat rendement betreft is er weinig verschil tussen motoren met of zonder turbo.
Eerste toepassing op onderzeeers waar ruimte ontbrak om grote motoren te installeren.

Saefteninge.
De aanzuigslag bij een 4-slag motor begint trouwens wanneer de zuiger door het bovenste dode punt gaat.
Met een motor met turbo staan de in- en uitlaatklep op dat moment gezamelijk wat langer open dan bij een motor zonder turbo. Het z.g. topspoelmoment. Dient o.a om de kleppen te koelen.
Er is wel degelijk verschil tussen een diagram van een motor met turbo dan een zonder. De drukken zijn n.l veel hoger.

Dank je Douwe!
Ik zat te denken aan 'Karnaugh diagram', maar dat is heel wat anders (komt uit de logische schakelingen elektronica)!
De in- en uitlaatklep overlap is er ook bij 'niet geblazen' motoren, al zal er dan geen topspoeling plaatsvinden om de kleppen te koelen. De overlap dient om de invloed van de massatraagheid van het gasmengsel te compenseren. 'Dikke' langzaam draaiende (Amerikaanse) V8 motoren hebben het tot de jaren 60 zonder overlap gedaan. Over rendement zullen we maar even niet praten bij deze 'slurpers'! Een 'dikke' 2-takt scheepsdiesel heeft geen kleppen en kan daarmee ook geen overlap en topspoeling hebben. Weet Fer misschien hoe ze dat daar hebben opgelost? Spoeling van de cilinder in ODP door met de compressor de hele cilinder schoon te blazen? Is dat dan 'onderspoeling'? Zij hebben wel vaak een turbo of compressor (en zuigers ter grootte van een modaal tuinhuisje).
Groeten, Peper.

Douwe,

Helemaal correct, het principe is nog steeds hetzelfde als vóór de turbo werd gebruikt. En het woord indicateur diagram valt ook weer op z´n plaats!
Maar om alle kleine verschillen tussen de verschillende fabricaten en de nieuwste ontwikkelingen uitvoerig te bespreken is mogelijk een beetje teveel voor dit topic.

Peper,

Grote tweetact diesels hebben, zover ik weet, altijd gecomprimeerde lucht aanvoer, zeker dubbelwerkende. Dat zou je als topspoeling kunnen zien.

De kleine bb motortjes gebruiken het carter als compressie ruimte voor de vulling van de cilinder.

Een compressor heeft pas zin wanneer meer bespaard wordt dan de prijs van die compressor.

@Peper: ik zou toch eens naar wind- en watergeneratoren kijken, ze zijn beide interessant als je "autarkisch" wil varen. Principe van beide is gelijk: energie in een bewegende massa is 1/2 mv2, waarbij m (massa in kg) bestaat uit oppervlak windmolen/schroef maal water/windsnelheid maal soortelijke massa van water/lucht.
Ofwel: de v (snelheid) zit er drie keer in, dus de opbrengst gaat in de derde macht omhoog met de snelheid - zelfde als een aandrijfschroef dus maar omgekeerd.
De weerstand voor een bepaald gegenereerd vermogen blijft voor wind- of watergenerator gelijk, alleen een watergenerator werkt op alle koersen, een windmolen werkt het beste aan de wind en matig of niet voor de wind.
Uiteraard geldt voor allebei: ze werken 24 uur per dag, ook in het donker.
De 25 kg weerstand geldt voor harde wind, en geeft dan geen merkbare verschillen in zeilprestaties.
Een kennis heeft allebei, en maakt lange oversteken waarbij de watergenerator ongeveer het elektrische verbruik dekt (stuurautomaat, koelkast, navigatie en verlichting), het ding geeft door band de scheepssnelheid in knopen plus 1 aan amperes, dus 6 knopen 7A etc.
Snelheidsverschil met of zonder is zo gering dat het niet aantoonbaar is.

Verder denk ik dat je wat overoptimistisch bent over de elektrische energieopslag. Ik denk dat we de komende tientallen jaren nog aan vloeibare brandstof vastzitten, al dan niet synthetisch vervaardigd.
Ons huidige toekomstbeeld is energie uit kernfusie, waarvan al 50 jaar gezegd wordt dat het over tien jaar werkt, maar er wordt toch voortgang geboekt (zie www.iter.org). Brandstof zijn waterstofisotopen, afval is helium, en het proces is intrinsiek veilig: als er wat dan ook misgaat stopt het proces, en het kan niet op hol slaan.
Elektrische energie is geweldig, maar het blijft lastig op te slaan, en dan zijn we al verwend, want het uiteindelijke doel is mechanische energie en die is nog lastiger op te slaan.

Als we de ontwikkelingen op een rijtje zetten:

De Stirlingmotor is uit 1816
De loodaccu is uit 1856
De brandstofcel is uit de jaren 1870
De turbocompressor is uit 1905
De natriumaccu is uit de 2e wereldoorlog

De Stirlingmotor had een iets beter rendement dan de toenmalige stoommachines, en had geen stoomketel nodig wat in die tijd hele enge dingen waren. Ford en Philips hebben in de jaren 50 en 60 van de vorige eeuw grote bedragen besteed om het ding verder te ontwikkelen maar zijn gestopt omdat het rendement niet in de buurt kwam van de verbrandingsmotor, zelfs niet wanneer het ingekapselt in 200 bar atmosfeer draaide.
Ford heeft ook in de jaren 60 getracht om de natriumaccu bruikbaar te maken, maar ook zonder succes. Er zijn een paar installaties gebouwd voor energieopslag in krachtcentrales, maar na een ontploffing in Japan in 2011 is het spul stilgelegd, door chemische bijverschijnselen werden interne dingen geleidend die niet geleidend mochten zijn en pleegde de accu zelfmoord zogezegd.

De turbocompressor is een patent uit 1905 van meneer Buchi. Werd incidenteel toegepast en heeft pas in de jaren na 1950 een grote vlucht genomen. Een dieselmotor werkt volgens het Carnot proces - een kringloop van twee isentropen en twee isothermen in het PV (druk-volume) diagram.
Het rendement wordt bepaald door temperatuurverschillen: hoe groter hoe beter het rendement.
De modernste scheepsmotoren van dit moment werken met vuldrukken tot 4 bar (dus motorinlaat 5 x atmosferisch) en verbrandingsdrukken boven de 200 bar. Zonder turbo halen deze motoren dus nog geen 20% van hun vermogen. Door de hogere temperatuurverschillen is hun rendement beduidend hoger dan van motoren zonder turbo, plus dat je met een kleinere (dus goedkopere) motor meer vermogen kunt leveren.
De grote tweetakt langzaamlopers halen op die manier rendementen van boven de 40%. Dubbelwerkende tweetakten bestaan al jaren niet meer, en alle huidige tweetakt diesel hebben langsspoeling, dus inlaat poorten en uitlaatkleppen. De moderne hebben geen nokkenas meer, de kleppen en commonrail inspuiting worden elektrohydraulisch bediend.

Al met al staan de ontwikkelingen op zuigermotorengebied bepaald niet stil, en ik denk dat ze in de voorzienbare toekomst voorlopig nog nodig blijven.

Aad

Peper schreef : Net terug van een rondje IJselmeer en Waddenzee, En m'n accu's zijn nog steeds 90% vol (zonder walstroom). Mijn istallatie (en waarschijnlijk ook schip ) is wel wat groter, maar inverhouding wel vergelijkbaar.
Je moet dan wel ZEILEN en als er geen wind staat lekker blijven liggen.

Peper schreef :
2 takt motoren hebben spoelpoorten en uitlaatpoorten in de cilindervoering en hebben dus een spoelluchtpomp nodig terwijl ook de onderkant van de zuiger gebruikt z.g. rondspoeling.
Bij brommertje gaat dat via het carter.
Bij grote dieselmotoren via een spoelluchtkast en dan staat er ook nog een turbo op de motoren.
Veel motoren hebben i.p.v.uitlaatpoorten trouwens een uitlaat klep (langsspoeling).

@Aad77:
Rooiedirk geeft voor mij het antwoord op je post... "Als je niet kunt zeilen, moet je gewoon blijven liggen". Dit is in dit topic al meermaals aan bod geweest en wordt voor mijn gevoel samengevat in: 'elektrisch varen is een lifestyle'. 'Wie haast heeft betaalt het' is ook een passende uitlating.
In de biologische evolutie zien we dieren op de voorgrond treden in een vorm die zich herhaald: dolfijn-achtigen zijn er geweest als reptielen en als zoogdieren en de huidige dolfijn is kennelijk al de derde verschijning in zoogdiervorm. De brachiosaurus is een lang-nek planten eter en een reptiel, de giraffe is dat ook, maar een zoogdier.
Als je in een zinken pot een kleilaag aan de binnenkant maakt en je hangt er een koperen pen in en vervolgens vul je deze pot met zure wijn heb je de 'Bagdad battery' gekregen (ooit in Mesopotamië gevonden) en het ding is gemaakt ver voordat Leclanché iets dergelijks construeerde wat wij nu de zink-kool batterij noemen. Waar ik mee wil zeggen dat sommige ontwikkelingen wel lang geleden zijn ingezet, maar vervolgens 'lang op de plank' zijn blijven liggen om te wachten op een stimulus die de ontwikkeling weer aanslingert.
Zo'n stimulus is niet altijd een 'mooie' stimulus... De Apollo maanreizen vonden hun oorsprong in de V2 van Werhner Braun, niet leuk, maar wel een stimulus. De kruisraketten op Bagdad vonden hun oorsprong in de V1 op Londen, in dit geval zijn stimulus en respons in hetzelfde gebied gebleven. Uiteindelijk vinden de zonnepanelen hun oorsprong in het ruimtevaart programma en zo zijn er nog vele koppelingen te maken.

"Elektrische energie is lastig op te slaan", dat is zeker waar, maar de uitvinding die de opslag mogelijk maakt, is al lang gedaan en ligt 'op de plank' te wachten op de juiste stimulus. Zal dat een 'nare' stimulus zijn, zoals het onderlopen van de kustgebieden tussen Kristianssand en Normandië? Of juist een hele 'mooie' zoals het afkoelen van de aarde door massale plaatsing van zonnecollectoren in de Sahara? Ik weet het niet!

Weet je ook wanneer de Li-ion accu is uitgevonden? Ik niet hoor, maar als ik zie hoe in 20 jaar deze opslagvorm is uitgegroeid van een gevaarlijk, explosief en onderhoudsgevoelig ding tot wat het nu is, dan is er grote kans dat er nu al iets bestaat dat energie kan opslaan en dat nu nog gevaarlijk, giftig en corrosief is (ik noem willekeurige eigenschappen) bijvoorbeeld het hier al eens naar voren gebrachte di-amido-dibenzeen. De uitvinding ligt te wachten op zijn juiste stimulus... het verdwijnen van de fossiele brandstof, bijvoorbeeld maar ook misschien de 3e wereldoorlog (wat God verhoede) of een nieuw ruimtevaart project, of een handzame, portable fusiereactor ter grootte van een six-pack. Als je aan de toename van de ontwikkelingen denkt is bijna niets te gek. (vonden ze bij HP 20 jaar geleden al!)
Het kan ook zijn dat de Li-ion cel nu op zijn hoogtepunt is maar de loodaccu daar eigenlijk nog moet komen. Stel dat er een nieuw elektroliet, zonder zwavel wordt ontwikkeld, dat de capaciteit van de loodaccu verhonderdvoudigd! Een nieuwe evolutionaire tak van de loodaccu! Dat is dan definitief het einde van de Li-ion cel.

Als morgen het Volkswagen concern besluit dat zij (om een milieu smoes, maar in het echt om een economische reden, ze hebben namelijk net aandelen in een Lithium mijn gekocht, waar toevallig ook Yttrium is gevonden) geen lood-zwavelzuur accu's meer zullen gebruiken in hun auto's, stort de markt voor lood-zwavelzuur accu's in. Dat heeft niets te maken met capaciteit van de opslag of de kwaliteit ervan, maar alleen met geld. Ze zijn dan in staat een hele berg geld te verdienen aan Li-ion cellen en zullen dat ook doen. De milieu-reden zal ze 'aan de reet roesten', ze hebben aandeelhouders en die willen geld zien.

Ik schets twee scenario's die beide werkelijkheid kunnen worden. Een scenario met kernfusie past daar ook in, er is in de zoogdierwereld tot 2 keer toe een sabeltandtijger voorgekomen met enkele miljoenen jaren tussen tijd, waarin het dier was uitgestorven. Biologen denken dat de tijd weer rijp is voor een nieuwe tak van sabeltandtijgers... Als je een kat thuis hebt lopen de genen voor deze nieuwe tijger al door je huis... Die kernfusie reactor komt er heus wel, maar komt de stimulus ervoor ook. Zonder de juiste stimulus, geen fusiereactor!

'Een watergenerator werkt op alle koersen', dan moet je wel varen anders heb je het perpetuüm mobile en het einde van de oliemaatschappijen en energiebedrijven. Maar je hebt een leuk ding! Ga ik voor anker in een mui, hoef ik niet te varen en wek ik toch energie op door de getijden stroom in die mui. Weet je wel dat je dan bezig bent de draaiing van de aarde af te remmen? Dat is heel gevaarlijk hoor! Dan stort het magnetisch veld van de aarde in en gaan we allemaal dood aan de kosmische straling (Peper je chargeert op een belacheloze manier!). Theoretisch is dit waar, praktisch zal het resultaat wel te verwaarlozen zijn, maar hebben we dit ook niet gedacht van de halocarbonen en hun invloed op de ozonlaag?
In de scenarioplanning noemen we dit het 'vlinder effect' (het wapperen van de vleugels van een vlinder in de Amazone zorgt uiteindelijk voor een verwoestende orkaan die New Orleans onder water zet...)

De 'langsstroom spoeling' heb ik leren kennen als de 'gelijkstroom verbrandingsmotor' en als ik het wel heb werd dit principe voor het eerst toegepast in de Gnome rotatie motor waar de krukas stilstaat en de cilinders draaien. Na het lezen van het boekje 'Some unusual engines' is het voor mij duidelijk geworden dat er nog veel te ontwikkelen is in de zuiger en cilinder motoren, maar dat is er ook nog in de accu techniek. Het is een kwestie van de juiste stimulus...
Voor mij is dat een hele leuke stimulus, namelijk zeilen!
Groeten, Peper.

Peper,

Een prachtig stuk proza, met een heel interessante kijk op het wereld gebeuren.
En ik heb weer een aantal dingen geleerd waarvan ik het bestaan niet kende.
Ik heb een paar piepkleine dinosaurisjes.
Waarvoor moet ik oppassen wanneer die zich gaan vermenigvuldigen?
Wanneer de kat de genen van de sabeltandtijger heeft zullen die vogeltjes mogelijk ook wel de genen herbergen van hun enorme voorgangers.

Saeftinghe,
Sterker nog, paleobiologen beweren dat vogels uiteindelijk het evolutionaire eindproduct van de dinosauriërs zijn omdat zij dezelfde bekkenstructuur hebben. De krokodil en de Komodovaraan worden wel aangeduid als 'levende fossielen' en hebben kennelijk nog veel van de dino-genen. Als jou mini dino's je indringend gaan aankijken en hun lippen gaan aflikken, moet je echt uit gaan kijken!
Goede wind gewenst voor je windmolen! Peper.

De bbm controller op een andere manier vastgezet...

Nu dicht bij de hand.
Groeten, Peper.

Booster voor een groter zonnepaneel (of panelen)

Versie 1 van de booster heeft een onhebbelijkheidje: het ding wordt erg warm als er flink zon op het 35W paneel staat. In eerste instantie verwachte ik dat dit door dissipatie van de FET zou komen. De FET zou mogelijk zo warm kunnen worden door de matige aansturing. It Paradyske postte al eens dat indien de FET niet snel open en snel dicht werd gestuurd, dit verlies in de vorm van warmte zou veroorzaken. Hij schreef ook dat de inzet van een driver ic dit zou moeten verbeteren. Versie 2 heeft als doel dat er minder warmte (en daarmee verlies) ontstaat en dat de warmte afvoer in het kastje voldoende moet zijn.

Bij het openen van het kastje van versie 1 bleek dat de kern van de boosterspoel erg warm (zeg maar gewoon snoeiheet) werd. De gebruikte spoelkern is kennelijk niet geschikt voor dit soort werk en de eerste aanpassing is de inzet van een andere spoelkern (een 50% kleinere) op een grotere print zodat er forse koelblikken kunnen worden gebruikt.

Deze print werkt met het oude schema en nog zonder de driver.
Alles is aangesloten en er is een 100 Ohm 35W belastingsweerstand op de uitgang aangesloten, de panelen worden in de zon gezet en...

(Foto van na de test)
Al snel komt er rook van de belastingsweerstand en ik zie de warmte door trillen van de lucht boven de weerstand, dan wordt de weerstand donkerrood. Dit is zeker meer dan 35W en past bij 2 x 40W aan input.
Ik schakel de panelen af, maak m'n vinger nat om de FET aan te raken, het sist behoorlijk en de FET is gloeiend heet.
De kern is minder heet, maar het stuk 2,5mm² koperdraad dat als wikkeling dient, is blauw-bruin verkleurd door de hitte.
Dit is duidelijk een betere kern, die minder heet wordt, maar de FET wordt nog te warm en om dit tegen te gaan zal de driver de FET beter moeten aansturen.
De spanning over de weerstand komt dicht bij 70V en dat betekent 70² / 100 = 49W. Geen wonder dat de 35W weerstand rookt en rood wordt. De spanning van het zonnepaneel in de volle zon is 17V en dat is de spanning van het 'maximum power point' en de panelen geven kennelijk hun 80W af aan de schakeling, dat wil dan ook zeggen dat er in de schakeling 30W achterblijft die de FET en de spoelkern warm maakt.
De diodes worden nauwelijks warm en de wikkelingen van de onststoringsspoelen ook niet, het gaat dus voornamelijk om de FET en met een driver zou dit beter moeten worden.


Aan de achterkant van de print is goed te zien dat het koelblok absoluut onvoldoende is om de warmte af te voeren. Je kunt dan meer koelen, maar dat verbetert het rendement niet. Ik ga de schakeling rond de driver opzetten.
Groeten, Peper.

Ik blijf je volgen. Goed topic! Mijn oude electronica virus begint door dit soort experimenten weer behoorlijk de kop op te steken. (Off topic: ik heb vorige week 2600Wp aan zonnepanelen op m'n huis geplaatst ).

@Belerion II:
Ik heb het ruisen van de converter op de radio kunnen onderdrukken:
Twee ringkernen met 4 windingen van de paneelleiding en 4 windingen van de 60V leiding naar de accu en bijna geen ruis meer...
En toen het alu kastje in een magnetiseerbaar conservenblik gehangen... Ruis weg!
Het is geen mooie behuizing, maar wel uniek. Belangrijker is dat magnetiseerbaar blik kennelijk de oplossing is!
Groeten, Peper.

Mooi. Fijn te lezen dat je dat hebt opgelost. Bij mij stoort de Mastervolt acculader behoorlijk op de FM-radio. Ik ga zelf ook maar eens aan de slag met ferrietkralen en afscherming.

De nieuwe booster schakeling (versie II)

Oh, nu Roozeboos de knuppel in de zwijnenstal heeft gegooid… Deze post nodigt uit tot een partijtje modderworstelen voor elektrotechnische ‘varkens’. Voor hen die niet tot deze zoogdiersoort behoren een waarschuwing: bespaar je zelf deze marteling en ‘zap’ naar een ander topic. Tenzij je woorden nodig hebt voor scrabble vanavond. Lees het dan door en zeg: “Uh huh” en ga alsnog hoofdschuddend op zoek naar een interessanter topic.

De eerste booster is charmant door de eenvoud van de schakeling, het heeft wat FET’s het leven gekost, maar toen werkte het allemaal naar behoren. De schakeling oscilleert zelf en start en stopt de oscillatie als er geen noemenswaardige energie meer uit het zonnepaneel komt.
Er moet een belasting worden aangesloten voordat er energie aan de schakeling kan worden toegevoerd anders gaat de uitgangsspanning zover omhoog dat de FET kapot gaat. Een ‘limiter’ beperkte dat, maar neemt ook energie op en die komt dan niet in de accu’s. Met een groot zonnepaneel (of zonnepanelen) zou dit geen probleem zijn want dan geldt: ‘Witte Kat, stroom zat’, maar de grootte van of het aantal zonnepanelen op een boot is beperkt door de afmeting van de boot. De bedoeling is dat er zoveel mogelijk van de opgevangen energie in de accu’s gaat.


Dit is het schema van de laatste versie met een ‘low current led’ die licht geeft indien de spanning boven de 58V komt. De energie voor de led wordt alleen uit het zonnepaneel gehaald en niet uit de accu’s. Geeft het zonnepaneel geen stroom, dan geen licht van het ledje. De stroom uit de accu’s wordt geblokkeerd door de BYW59-200 en kan de led niet bereiken. Het ledje vormt weliswaar een heel kleine belasting indien de accu’s worden losgemaakt, maar ik heb niet de minste twijfel dat het ledje dan onmiddellijk door overspanning komt te overlijden.

De gebruikte ringkern (26 dia, 20 hoog, gemiddelde doorsnede 110mm²) is van aluminium keramiek en heeft een enorme permeabiliteit (5000) en een hoge initiële zelfinductie van 9000 tot 14000nH, eigenschappen die de kern geschikt maken om grote vermogens te kunnen transformeren. Het opgegeven frequentiebereik is tot 1MHz. Het gebruikte ‘ferriet’ wordt aangeduid met M5000, een voor mij onbekende aanduiding. Een gelijkspanningsweerstand meting laat een oneindig hoge weerstand zien en ook bij het aanleggen van 50V gelijkspanning loopt er geen meetbare stroom door het kernmateriaal. Het lijkt een verliesarme kern te zijn.
De praktijk is anders: bij het toevoeren van 20W of meer aan de oscillator, wordt de kern niet warm, maar regelrecht heet. Kennelijk ontstaat er voldoende wervelstroom in het isolerend lijkende kernmateriaal om deze op te warmen. De energie, verloren in de wervelstromen, is een nadelige factor in het rendement. Deze op papier zo mooie kern, is ongeschikt voor de booster.
De kern wordt vervangen door een kleinere ringkern fabrikaat Richco, 18mm diameter, 10mm hoog, doorsnede 40mm², permeabiliteit 700, initiële zelfinductie 3000nH, materiaal K5B. Het materiaal is geschikt tot 300kHz en aangezien de booster niet boven de 100kHz komt, lijkt dit niet bezwaarlijk.
Bij een proef met ca 60-70W toegevoerd vermogen, wordt de kern wel warm, maar op geen stukken na zo heet als de eerste kern. De kern is veel meer geschikt voor dit werk.

Er is nog een optie: ringkern fabrikaat Epcos, 16mm dia, 7mm hoog, materiaal T38, geschikt tot in het gigaherz gebied maar met een verliesfactor van 10^-4 onder de 100kHz. De permeabiliteit en initiële zelfinductie zijn bijna gelijk aan de Richco kern. Uiteindelijk zal deze kern worden gebruikt met een dubbele wikkeling van 1,2mm diameter koperdraad en 4 windingen. Ik wacht op zonnig weer om de test met deze kern uit te kunnen voeren.

Metingen met de oscilloscoop laten sterke ‘opslinger effecten’ zien op de gatespanning en leiden tot de gedachte dat deze effecten de FET half open (of half dicht) sturen. Dit zorgt voor een situatie dat er stroom door de FET loopt en er ook spanning overheen staat en de FET vermogen opneemt een omzet in warmte. Bij een 35Wp zonnepaneel is dit niet dramatisch, maar bij 2 x 40Wp zonnepanelen in de volle zon gericht, wordt de FET zo heet dat zelfs een koelblok van aluminium hoekprofielen niet in staat is voldoende warmte af te voeren en de epoxy printplaat begint te verkolen. (zie foto in vorige post)
Omdat de stuurspanning voor de FET wordt betrokken van het zonnepaneel, ‘stort’ deze stuurspanning in op het moment dat de stroom door de FET op zijn hoogst is. Het zonnepaneel wordt op dat moment kortgesloten en de stuurspanning gaat samen met de paneelspanning naar 0. Het dalen van de stuurspanning doet de FET ‘dichtgaan’ en er ontstaan perioden dat er stroom door de FET loopt en er ook spanning over de FET staat en er dus vermogen in de vorm van warmte vrijkomt.
De oplossing voor de warmte ontwikkeling in de FET is kennelijk een stabiele stuurspanning zonder opslingering effecten.


De eerste versie haalde het stuursignaal via een wikkeling van de spoel. Hiermee is dit signaal afhankelijk van het magnetiseren van de kern en dit is belangrijk omdat zo wordt voorkomen dat de kern ‘in verzadiging’ gaat, waarbij er dan geen spanning meer wordt opgewekt en de stroom door de FET maximaal wordt (en blijft). Deze terugkoppeling/tegenkoppeling wil ik wel blijven gebruiken.
De driver (IDXX906) is van oorsprong een ‘low side driver’ voor FET’s in schakelende voedingen. In deze booster is er geen ‘high side’ en de driver zou dus moeten voldoen.
Voor een oscillator moet het signaal geïnverteerd aan de ingang worden toegevoerd. De driver inverteert niet (al zou dat wel mogelijk zijn) en het teruggevoerde signaal moet worden geïnverteerd door een transistor trap voor de driver.
De stuurwikkeling van de spoel wordt gebruikt om de transistor te sturen, niet anders dan in de eerste versie.
In de driver zit een Schmitt trigger die er voor zorgt dat de FET uiteindelijk wordt gestuurd met of 12V of 0V en niet met iets daartussen. Dit zorgt ervoor dat de FET of geheel open of geheel dicht zit en niet iets ‘ergens daartussen’. Een FET die ‘ergens tussen open en dicht staat’ wordt warm.
De driver betrekt zijn voedingsspanning via een Schottky diode. De eenmaal aanwezige voedingsspanning kan niet meer door de schakeling voor de spoel-FET combinatie worden gebruikt. De 1uf reservoircondensator heeft een beetje spanning ‘in reserve’ voor het geval de spanning van het zonnepaneel instort.
Is die 1uf condensator wel groot genoeg? De capaciteit op de gate van de FET is ongeveer 1nF. Dat wil zeggen dat ik de FET 1000x kan inschakelen met de lading van de reservoircondensator. Dat lijkt mij ruim voldoende.
Transistors gebruiken een stuurstroom bij een stuurspanning, zij souperen dus een heel klein beetje vermogen op. Verder hebben zij een collectorstroom die bestaat bij een verzadigingsspanning op de collector. Ook dat is een heel klein beetje vermogen dat je in de schakeling kwijtraakt. Als je de installatie voedt via ‘de koperen navelstreng’ zal die paar milliwatt je een zorg zijn, maar als ‘koning Krent der Zonnepanelen’ is elke milliwatt er één en als die milliwatt niet nodig is, ruil ik hem graag in voor een microcoulomb in m’n accu’s.
Bij vervanging van de transistor door een FET loopt er geen stuurstroom meer en heb ik alleen nog maar stuurspanning en daarmee geen verlies van vermogen aan de sturing. Dan kan ik weer een paar microcoulomb meer in de accu’s stoppen voor hetzelfde zonlicht.
Toch ben ik een beetje huiverig voor het gebruik van een FET, want ze zijn niet zo robuust. De eerste experimenten hebben me 5 FET’s gekost voordat ik in de gaten had hoe en waarom deze kapot gingen. Uiteindelijk wint de zuinigheid en ga ik voor deze schakeling:


De schakeling blijft zijn eenvoud houden en ‘wat er niet aanzit, kan ook niet kapot’ Nu eens gaan zien of het ook zo werkt als ik bedacht heb.
‘Vonkenboeren en elektrovarkens’, als jullie iets zien dat niet klopt in mijn beredenering… Ik hoor het graag!
Groeten, Peper.

Nou, dat werkte voor geen meter!

Dat lag niet aan de schakeling, maar aan de spoelkern.

Dit is de schakeling –op de oude print, maar met de nieuweT38 spoelkern (die blauwe)– mooi klein en om de kern niet te warm te laten worden: 2x1,2mm dia als wikkeling. De stuurwikkeling is er los omheen geslagen en het geheel wordt meteen op het zonnepaneel aangesloten om te proberen.
De belastingsweerstand wordt nauwelijks warm en een spanning van 20V over de weerstand in de volle zon is alles wat er uitkomt! De FET wordt echter snoeiheet en het lijkt of al het vermogen uit de zonnepanelen geheel in de FET wordt gestopt (later blijkt dat ook echt zo te zijn). De spoelkern wordt nauwelijks warm, dat is mooi. Wat is er aan de hand? De spoelkern is beter dan de andere kernen, daar kan het niet aan liggen… Even op de scoop kijken wat er gebeurt.
En dat is dit:

Er is een enorme hoeveelheid parasitaire oscillatie aanwezig! De tijdbasis staat op 0,5us/div en ik tel wel 8 naaldjes/div, dat is een periodetijd van minder dan 100nsec. Dat kan mijn scoop helemaal niet aan! Voor wat betreft de spanning hoef ik de scoop niet te geloven, voor wat betreft de tijdsduur eigenlijk ook niet. Wat wel moet worden geloofd, is dat de FET extreem vaak het gebied van spanning naar stroom doorloopt en dat is dus de reden dat deze zo warm wordt!
%$#@#$%^, dat heb ik weer, eerst krijg je de schakeling nauwelijks aan het oscilleren en als dat dan eindelijk lukt, staat deze te stuiteren als een dolle! En hoe kan dat dan?
De andere gebruikte kernen werden warm, zij zetten energie uit de oscillator om in een andere vorm n.l. warmte. Deze omzetting dempt de oscillatie en de schakeling zal dan niet gaan ‘stuiteren’. Nu zit er echter een kwalitatief betere kern in, die veel minder dempt (de kern wordt ook nauwelijks warm) en krijgt de oscillator kans om op een veel hogere frequentie te oscilleren en de FET ook door het gebied van warmte omzetting te laten lopen. Het ziet er naar uit, dat ik met deze kwalitatief goede kern, het zelfoscillerende systeem met terugkoppeling vanuit de kern, moet gaan verlaten. DAAR BAAL IK MOOI VAN! Dit was het mooie ‘zelf regulerende’ van het systeem!

Naar een nieuwe tijdbasis
Ik ga de driver als ocillator gebruiken. Er komt een schakelingetje met een 2N7000 FET aan de ingang die het signaal van de uitgang van de driver moet inverteren en dan weer aan de ingang van de driver aanbied. Dit systeem wordt voor computerschakelingen wel als ‘clock’ gebruikt en kan daarmee ook mooi de klok van de booster worden. (zie ook vorige post)
Die 2N7000 FET kan maar een beperkte drainstroom aan (200mA), maar heeft veel minder last van een hoge gatespanning: tot 30V! En er mogen pieken zijn van 40V. Dat betekent dat ik geen clamping hoef te gebruiken als ik een terugkoppel signaal van de spoel ga halen… Dat is een toekomst ontwikkeling en ik moet niet op de zaken vooruit lopen.
Even een proefschakelingetje in elkaar zetten:

Op de voorgrond de FET met de drainweerstand en een condensator en in een boog erover heen de weerstand die het signaal van de uitgang van het driver IC weer terugvoert.
‘Ja Peper heel mooi, maar werkt het ook?’ Ja kijk maar:

een ‘zaagtand’ op de ingang van de driver (typisch voor dit soort circuits), alleen tien maal te snel. De periodetijd is net iets meer dan 1div en dat is 2us en ik wil naar 20us. Dat is wel te regelen! Nu is de RC-tijd van de weerstand en de condensator 47pf maal 15kOhm ~ 7us en die mag dus naar 70us.
Indien ik de condensator 10 x groter maak, kom ik aan een condensator van 470pf. Daarbij komt dat een grotere condensator minder tolerantie heeft en dus een betrouwbaarder onderdeel is. Eventuele ‘fine tuning’ kan ik met de terugkoppelweerstand doen. Dan heb ik nog een idee voor een asymmetrische blokgolf… Dat is weer een leuk experiment!
En dan zit er in mijn achterhoofd toch nog een idee om de terugkoppeling van de kern mee te nemen in de sturing van de oscillator… Is voor later!

Groeten, Peper.