Onderwerp: nano centrales voor het Surinaams achterland

Proloog:
Ik ben bij dit project betrokken en ik ben ook bezoldigd als ontwikkelaar bij dit project. In het licht van de gevoerde discussie over financiële betrokkenheid wil ik het volgende duidelijk maken:
De Chinese webshop buyqualitystuff.com is leverancier van de hardware en betaalt mij niet voor publicatie van dit projectdocument.
De Surinaamse webshop granbasi.com is de uitvoerder van het project en betaalt mij ook niet voor publicatie van dit projectdocument.
Er zijn zoveel raakvlakken met de energiehuishouding op een zeiljacht, dat ik dit projectdocument toch met de forummers wil delen. Mod’s, als jullie je daar niet in kunnen vinden, dan het gehele topic verwijderen.

Project: nano energie centrales voor het Surinaams achterland
In Suriname is de aanwezige infrastructuur geconcentreerd in het noorden langs de kust.


Zuidelijker dan het district Brokopondo zijn er nauwelijks wegen en de wegen die er zijn, zijn onverhard en worden niet regulier onderhouden. Vanaf de zuidelijke punt van het district Brokopondo tot aan de Braziliaanse grens verloopt bijna alle transport over de ondiepe rivieren met veel stroomversnellingen. De korjaal met buitenboordmotor is het vervoermiddel in dit deel van Suriname. Toch is de jungle bewoond en wordt er voedsel verbouwd op ‘kost gronden’ bij de dorpen.
De aluinaarde voor het maken van aluminium wordt grotendeels gewonnen door buitenlandse bedrijven en de opbrengst daarvan komt maar voor een klein deel ten goede aan de Surinaamse schatkist. De aluinaarde wordt voornamelijk gevonden in het Brokopondo district en de stuwdam in de rivier zorgt voor de elektrische energie voor de winning en omzetting in aluminium. Rond de energiecentrale is een goede infrastructuur aanwezig, die is aangelegd met de bouw van de stuwdam.
Langs de Surinaamse rivieren en riviertjes wordt goud gevonden en gewonnen. In het gebergte tegen de grens met Brazilië worden goud en diamanten gevonden. Deze delfstoffen zouden een belangrijk deel uit kunnen maken van de Surinaamse economie, maar er is in het zuiden nauwelijks infrastructuur die dit mogelijk maakt.
De Surinaamse economie bevindt zich nu op een dieptepunt. Het is niet in de lijn der verwachtingen dat de Surinaamse regering het beleid binnenkort zo zal veranderen dat de opbrengsten van de aluinaarde winning en het delven van goud en diamanten zullen worden besteed aan een infrastructuur zuidelijk van het district Brokopondo.

Het leven daar lijkt voor ons het meest op kamperen zonder voorzieningen zoals winkels en elektriciteit en stromend warm en koud water. Het weer is er gelukkig altijd warm, zoiets als kamperen op een natuurcamping in Nederland tijdens een warme zomer, zonder computer en internet en telefoon verbinding. Er is wel radioverbinding op de tijden dat het ‘dorpsaggregaat’ het doet en als de korjaal eens per maand ook batterijen meeneemt, dan kun je de ‘gettoblaster’ weer laten werken en een feestje bouwen! Schoon water komt uit de rivier waar ook de krokodillen in pissen en poepen.

Met de komst van NiCad en NiMH accu’s en kleine solar chargers voor deze accu’s werd er meer mogelijk, maar u heeft het op uw zeilboot veel luxer dan daar in de jungle. De komst van goud- en diamantzoekers leverde een impuls aan de lokale economie, maar het effect daarvan is uitgewerkt en de aanwezigheid van elektrische energie zou de economie kunnen boosten. Dit gebeurt ook maar dat is sterk afhankelijk van fossiele brandstoffen voor 230V en 120V benzine aggregaten. Deze benzine moet per korjaal worden aangevoerd in jerrycans. Dat maakt de benzine duur. Hoewel diesel meer energie per liter oplevert, is de benzine techniek eenvoudiger en makkelijker te repareren en is benzine de meest gebruikte fossiele brandstof.
De zon schijnt veel in Suriname en de intensiteit van het ingestraalde vermogen ligt tussen de 3 en 4kW per m². Dat is ongeveer 2 tot 3 keer zo veel als op een zonnige zomerdag in Nederland. Zonne-energie is daarmee een goede optie, zei het dat het verbruik van elektrische energie hele sterke variaties kent en opslag ervan niet goed mogelijk is omdat accubatterijen niet goed onderhouden kunnen worden door gebrek aan kennis en de benodigde materialen.
In het warme klimaat zijn koelkasten en diepvriezers onontbeerlijk om de pieken in de aanvoer van voedsel ‘uit te smeren’ door opslag. De koelkasten en diepvriezers zijn meestal de gebruikelijke 230V 50Hz-120V 60Hz typen zoals die onder andere in Paramaribo worden verkocht. De elektrische energie wordt meestal opgewekt met een benzine aggregaat dat zolang als de koelkast of diepvriezer in gebruik is, staat te draaien. Dit kost erg veel brandstof en een omvormer op een zonnepaneel is al een grote besparing. In dat geval kan het aggregaat gedurende de dag worden gestopt.
De toevoeging van accu’s maakt een beperkte 24 uurs energievoorziening mogelijk…

Dan komt er iets menselijks om de hoek kijken… en worden er allerhande apparaten op aangesloten ‘omdat het kan’ en zo wordt de capaciteit van de installatie te klein voor een 24 uurs energievoorziening. Dat is meestal ook het geval op onze zeilboten. Vandaar deze post op dit forum.

Als er een oplossing is te bedenken voor in de jungle van Suriname, dan zou dit ook een oplossing kunnen zijn voor op het Nederlandse zeiljacht.
Suriname ligt tussen de 1 en 2 graden noorderbreedte en dat betekent dat de zon 2 maal per jaar, (in maart en september) recht naar beneden schijnt. Horizontaal liggende zonnepanelen kennen 2 maal per jaar een optimum.
In Nederland is dat niet, daar moeten de zonnepanelen op het zuiden zijn gericht en kennen dan alleen rond 21 juni een optimum.
In Nederland is de maximum energie inhoud van de zonnestraling ca 1kW per m². In Suriname is dat 3 tot 4kW per m².
Het ‘daglicht’ in Suriname duurt 11 tot 12 uur. In Nederland duurt de dag 7 uur in de winter tot 17 uur in de zomer.
Een zonnepaneel in Suriname levert daardoor aanzienlijk meer energie dan in Nederland bij hetzelfde paneelvermogen. Het probleem ligt niet zozeer in de opwekking van energie zoals in Nederland, maar in de opslag van energie op het moment dat dit wordt opgewekt. Suriname kent een opslag probleem en nauwelijks een ‘opwek’ probleem. Het opwekken van energie door zonnepanelen wordt in Suriname weliswaar in de nacht onderbroken, maar de toevoer gedurende de dag is bijna gegarandeerd. Grotere accucapaciteit kan hier een oplossing zijn.

In Nederland is er meer sprake van een opwek probleem, op een sombere dag leveren de zonnepanelen maar weinig energie en er is geen garantie dat de volgende dag er wel zoveel zon is dat het opgelopen tekort kan worden gecompenseerd. Hoewel dit meestal wordt opgelost door ook voor een grotere accucapaciteit te kiezen, is dit niet de geëigende oplossing. Een windturbine of hydrogenerator is effectiever omdat deze, ook als er geen zon is, energie kan leveren. Bovendien in Nederland hebben we ‘walstroom’, iets wat de Surinaamse jungle bewoner moet ontberen.

Tot nu toe was opslag mogelijk in loodzwavelzuur accu’s, zei het dat het Surinaamse klimaat niet erg vriendelijk is voor ‘natte’ accu’s. De gemiddeld hogere temperatuur in Suriname doet het elektrolyt in hogere mate verdampen dan in Nederland en de regenperiodes zorgen voor een hoge luchtvochtigheid waardoor corrosie van accupolen een reëel probleem is. Bovendien geldt dat in de Surinaamse jungle vaak niet de kennis aanwezig is om een loodzwavelzuur accu te onderhouden.
Verder is een optimale conditie voor een loodzwavelzuur accu moeilijk te bereiken omdat een opslag accu niet meteen na ontlading kan worden opgeladen (je moet wachten tot de zon weer schijnt), dit tegenover de situatie van een startaccu, die na het ontladen meteen weer wordt opgeladen.
Door de loodzwavelzuur accu in half geladen toestand te laten tot de zon opkomt, geeft dit aanleiding tot meer sulfatering van de platen in vergelijking met een loodzwavelzuur startaccu die direct na de belasting van het starten weer wordt opgeladen door de dynamo/alternator van de motor.

Ni-Cad (nikkel cadmium) en Ni-MH (nikkel metaal hydride) accu’s hebben weer andere problemen zoals ‘geheugen effect’ en ‘zelf ontlading’. Zij moeten met enige regelmaat geheel worden ontladen en dan weer worden opgeladen. Het ‘geheugen effect’ is sterker bij Ni-Cad accu’s dan bij Ni-MH accu’s. Dit vraagt weer speciale laders met ingebouwde meet- en regelsystemen om de levensduur van de accu’s niet te verkorten. De energieopslag van deze accu’s is beperkt. Voor dezelfde capaciteit in Ah is een veel omvangrijker Ni-Cad of Ni-MH accu nodig dan een loodzwavelzuur accu van dezelfde capaciteit.

Voor dit project is uiteindelijk gekozen voor Li-ion accu’s en omdat het om een stationaire toepassing gaat, specifiek voor de Lithium Ferrofosfaat (LiFePO₄) of LFP accu. De celspanning van deze accu’s is weliswaar niet zo hoog als die van de Lithium Polymeer accu of de Lithium Cobalt Manganaat accu, maar daarvoor is er geen geheugeneffect en de geringste hoeveelheid zelfontlading ten opzichte van de andere Li-ion accu’s. Als beperkt nadeel voor de LFP accu is aan te merken dat de energie dichtheid (het aantal Joules per m³) lager is dan bij de LiPo en de LCM accu’s en als voordeel is op te merken dat LFP accu’s geen geschiedenis hebben in de vorm van ontploffingen als ze worden overladen. De LiPo accu’s zijn berucht om dit fenomeen en hebben de naam van andere soorten Li-ion accu’s ‘besmet’.
Ten opzichte van loodzwavelzuur accu’s is de energiedichtheid per volume eenheid veel groter. Een LFP accu heeft bijna de dubbele capaciteit per m3 ten opzichte van een loodzwavelzuur accu. De energiedichtheid per gram is bijna 3 keer zo groot ten opzichte van een loodzwavelzuur accu. Bij de LiPo technologie zijn deze getallen nog gunstiger, vandaar dat de LiPo technologie erg populair is bij mobiele telefoons, notebooks, accu schroevendraaiers en andere accu gevoede gereedschappen.
De schipper van een korjaal op de Marowijne kan op zijn tocht stroomopwaarts meer Ah aan LFP accu’s meenemen dan aan loodzwavelzuur accu’s.

‘Omdenken’ van loodzwavelzuur technologie naar LFP technologie
Het verschil in spanning en in capaciteit tussen de technologieën kan worden opgevangen door simpel rekenwerk. Het verschil in laden en ontladen vraagt diepere inzichten, vandaar een lijstje:

Loodzwavelzuur accu’s	LFP accu’s
Loodzwavelzuur accu’s altijd geheel geladen opslaan en zoveel mogelijk geheel geladen houden.	LFP accu’s altijd tot 30% S(tate) O(f) C(harge) geladen opslaan en zoveel mogelijk op 30% SOC geladen houden.
Door overladen blijven de cellen van de accu in balans (hebben dezelfde SOC). Door dit overladen ontstaat er verlies van elektrolyt in de cellen en dit moet worden aangevuld met gedestilleerd water.	Door overladen gaan de cellen kapot en hebben een kortere levensduur. De SOC moet met enige regelmaat worden gecontroleerd door spanningsmeting anders kan er ‘onbalans’ tussen de cellen ontstaan.
Door de hogere inwendige weerstand is er een verlies bij laden en ontladen. Het oplaad/ontlaad rendement is in het gunstigste geval 80% maar meestal niet meer dan 60%	Door een lage inwendige weerstand is er heel weinig verlies bij laden en ontladen. Het oplaad/ontlaad rendement ligt tussen de 90 en 95%
Opladen en ontladen zorgt voor warmte ontwikkeling in de relatief hoge inwendige weerstand.	Opladen en ontladen zorgt nauwelijks voor warmte ontwikkeling in de lage inwendige weerstand.
Opladen: de gunstigste laadstroom voor de omzetting van loodsulfaat naar lood en loodoxide is 0,1c (10A bij een 100Ah accu). Snelladen is af te raden vanwege de vorming van gasbelletjes die een goede hechting van lood en loodoxide op de platen verhinderen.	Opladen: een laadstroom van 1c (100A bij een 100Ah accu) is acceptabel. Snelladen bij 3c (300A bij een 100Ah accu) kan vaak tot 10 minuten zonder consequenties voor de levensduur. Door de lage inwendige weerstand is de laadstroom hoog.
Ontladen: Een startaccu mag tot 6c gedurende 20sec worden ontladen (600A bij een 100Ah accu)	Ontladen: tot 3c (300Ah bij een 100Ah accu) en tot 5c (500A bij een 100Ah accu) gedurende een minuut.

Laad/ontlaad cyclus:

Ontladen tot 50% van de capaciteit: 600 tot 1000cycli (ca 3 jaar) Ontladen tot 80% van de capaciteit: < 500 cycli (ca 1,5 jaar)	Ontladen tot 50% van de capaciteit: >6000 cycli (ca 18 jaar) Ontladen tot 80% van de capaciteit: 2000 cycli (ca 6 jaar)
Nominale celspanning: 2,1V	Nominale celspanning: 3,2V
Maximum laadspanning per cel: 2,3666V	Maximum laadspanning per cel: 3,65V
Optimale bewaarspanning per cel: 2,3V	Optimale bewaarspanning per cel: 3V
Minimum celspanning: 1,6667V	Minimum celspanning: 2,5V

Voor het project wordt gekozen voor LFP cellen van 200Ah (luchtvaart kwaliteit)



Er wordt uitgegaan van 24V en dat zijn 8 van deze cellen in serie.

Primaire vermogensbron
Een zonnepaneel met een Umpp van 17V en een Umax van 22V van 100Wp wordt via een boost converter op de accu aan gesloten. De boost converter wordt zo afgesteld dat deze nooit meer spanning kan opwekken dan 27,2V, de maximale laadspanning kan niet worden overschreden.
De boost converter zorgt er tevens voor dat er nachts geen ‘dark current’ door de panelen kan lopen die de accu ongemerkt ontlaadt. De boost converter heeft een UnderVoltageLockOut (UVLO) van 9V en dit moet minimaal door het zonnepaneel worden opgebracht, anders start de booster niet. De booster heeft een ‘slow start’ in ‘burst mode’ zodat ook de eerste zonnestralen de gelegenheid krijgen om de accu te laden. Is de zon er eenmaal ‘vol op’ dan gaat de converter stapsgewijs in continuous mode en kan alle energie uit het zonnepaneel in de accu worden gestopt.
Een zonnepaneel van 100Wp bij een Umpp van 17V zal gedurende 10 uur de 100Wp kunnen leveren. Dat is bij 24V ongeveer 4 Ampère en dan zou een geheel lege accu (op 20% SOC) in 20 uur vol zijn en dat betekent dat er tenminste 3 dagen nodig zijn om de accu geheel vol te laden (en dan mag er gedurende die 3 dagen niets uit de accu worden ‘gesnoept’). De 100% SOC zal daarmee niet snel worden bereikt en de levensduur van de LFP accu zal lang zijn.

Moet het via zonnepanelen?
Nee, is de plaats waar de opgewekte elektriciteit voor is bedoeld dicht bij een rivier met een stroomversnelling, dan is dat een ideale plaats om een waterrad of een sleepgenerator vast te maken en via die optie energie op te wekken. Dat heeft als voordeel dat er dan 24 uurs opwekking plaatsvindt en het vermogen van de generator de helft kan zijn van de zonnepanelen. Een groot voordeel is dat de rivier 24/7 stroomt en dus ook 24/7 energie opwekt.
een 50W sleepgenerator zou hierin heel goed kunnen voorzien.

Power back up
Wordt er teveel afgenomen of is er een storing in de productie van zonne-energie dan kan het voorkomen dat de cellen geheel worden ontladen. Dit kan onherstelbare vernieling van de accucellen met zich meebrengen en moet worden voorkomen. Er is voor gekozen om voor dit specifieke doel een 24V 3kW benzine generator in te zetten. Dit is in de Surinaamse jungle een bekende techniek want er worden al 230V benzine generatoren gebruikt en er hebben zich met benzine generatoren problemen voorgedaan en deze zijn meestal ter plaatse verholpen.
Dit onderdeel van het project is minder geschikt voor zeiljacht eigenaars vanwege de ontvlambaarheid van benzine. Ook voor Suriname zou diesel een mooiere oplossing kunnen zijn. Een deel van de voorraad benzine zal verdampen en niet worden verbruikt. De verdamping van diesel is veel lager want het is minder vluchtig. Op basis van deze veronderstelling wordt ook een opstelling met een dieselmotor van 3kW uitgeprobeerd en dit motortje kan ook worden uitgevoerd met waterkoeling.



Het is een 4 takt motortje van ca 250cm³ met daaraan gekoppeld een 3 fase brushless alternator met permanente neodymium magneet bekrachtiging. Een 3 fase gelijkrichter zorgt ervoor dat er DC uitkomt en de hoogte van de spanning wordt geregeld door een regulateur op de carburateur.
De alternator wordt door een regelaar omgevormd tot een 3 fase motor om de benzine motor te starten. Het is dus een moderne versie van een ‘dynastart’.
De elektronica om te starten zorgt ervoor dat het aggregaat wordt gestart bij 22V. Daarna wordt de startmotor alternator om de accu te laden tot 27V om dan weer af te slaan als deze spanning wordt bereikt. Deze automaat werkt zonder tussenkomst van de mens, maar werkt ook niet als er geen benzine in wordt gedaan!

De complete mobiele nano centrale
Zonder inverter gaat het er dan zo in schema uitzien.



Een diep ontlaad beveiliging is niet nodig want het aggregaat start op bij 22V en produceert dan 3kW aan energie. Bij de afname van 100A is er nog steeds 25A over om de lege accu’s te laden. Er is een ‘maar’ in het geheel, zou de generator om 05.00 uur, net voor het daglicht aanslaan, dan loopt deze door tot er 27V aan accuspanning is bereikt en dan zit de accu tjokvol. Als de zon dan opkomt zitten de accu’s vol en blijven deze op spanning tenzij er wordt ‘afgenomen’. Dit wordt door velen gezien als ‘sub optimaal’ voor de LFP accu’s. De manier waarop het aggregaat het doet, wordt gezien als de optimale manier van werken voor de LFP accu, hierbij wordt de hele cyclus doorlopen.

Dit zou een mooi setje zijn voor een 24V ‘elektrozeiler’ met een 6kW ebbm of e-inboard als het op diesel liep.

Output
In de ‘automotive wereld’ is van alles te koop dat op 24V werkt, verlichting, magnetrons, koelkastjes, koffiezetters, radio’s, TV’s, DVD spelers en ik heb voldoende kerstbomen in vrachtwagens zien staan dat ik weet dat ook dàt te koop is. Als je 2 Xenon spotlights van een vrachtwagen hebt gemonteerd, wordt het nooit meer echt donker. 24VDC zou alles kunnen doen, maar vanuit het verleden zijn er 230VAC spullen aangeschaft en die wil men blijven gebruiken. Er moet dus een 24VDC -> 230VAC inverter komen.
De gebruikte inverter is er één van 2kW. Deze vraagt dan zo’n 80A bij 24V en dat is voor de accu goed te doen. Bovendien hoeven er dan ook niet meteen 150mm² spanningsrails te worden aangelegd. Voor dit inverter-vermogen is gekozen omdat de benzine generatoren meestal 2kW aan vermogen opwekten en dit dus kennelijk voldoende was.

Energie balans
‘Je kunt er nooit meer uithalen dan dat je er instopt.’ Doe je dat wel, dan is op een gegeven moment de accu leeg.
De opslag is 24V 200Ah, dat is 4800Wh,
waarvan 4000Wh netto te gebruiken is zonder de accu ‘plat te trekken’.
De aanvoer is 100Wp gedurende 10 uur, dat is 1000Wh.
Hierbij is rekening gehouden met niet-optimale instraling in de vroege ochtend en de late middag en met de gunstiger opbrengst door de hogere energie inhoud van de zonnestraling in Suriname.
Er zijn 4 dagen zonder verbruik nodig om een lege opslag te vullen en bij een verbruik van 1000Wh per etmaal wordt de accu niet meer bijgeladen. De accu heeft wel voldoende capaciteit om de 1000Wh gedurende 4 dagen te leveren als er geen zonnestraling zou zijn. Dit is de autonomie van de installatie.
De maximale afname van energie is een enkele piek van 4000Wh of 166A bij 24V gedurende 1 uur. Dit is onder de 1c van de accu en zal niet tot schade leiden aan de accu. De inzet van de 2kW inverter bij het maximale vermogen is gedurende 2 uur mogelijk. In beide gevallen wordt de gehele autonomie verbruikt en heeft de installatie 4 dagen nodig zich te herstellen op zonne-energie.
Het aanleggen van meer vermogen uit zonnepanelen of uit een hydrogenerator geeft geen beduidend langere autonomie, maar wel een kortere herstelperiode van de autonomie. De duur van de autonomie wordt voornamelijk bepaald door de accucapaciteit.

Energie back up door een aggregaat
Er zullen situaties voorkomen dat de afgenomen energie uit de accu groter is dan de opslag kan bevatten en de zonnepanelen onvoldoende kunnen aanvoeren. Uit oogpunt van de energiebalans kun je dan zeggen dat de installatie niet hierop is berekend, maar dat is op het moment dat dit zich voordoet van weinig waarde.
Bij deze ‘nano’ energiecentrale wordt een 24V aggregaat gebruikt om bij grote energie afname deze snel bij te leveren en de autonomie te herstellen. Het aggregaat is zo gedimensioneerd dat het de maximaal gestelde afname van 2kW kan leveren en daarboven ook nog met 1kW de accu kan laden.

Regelalgoritme en regelaar
Voor de LFP accu levert cyclisch laden en ontladen voor zover bekend, de langste levensduur op. In dit project wordt daarnaar gestreefd.
Het 24V aggregaat heeft deze regeling ingebouwd en kan zonder meer direct op de LFP accu worden aangesloten. Het aggregaat start op 23V en verbruikt daarmee het laatste restje capaciteit van de LFP accu.
Het aggregaat slaat af op 27V en komt daarbij niet boven de maximale laadspanning.
Het zonnepaneel met boost converter is in staat van af 9V zonnepaneel spanning te converteren naar 27V bij een stroom die afhangt van de hoeveelheid zonlicht op het paneel. Bij een lagere accuspanning dan 27V laadt deze stroom de accu op. Als de energie op dat moment niet wordt gebruikt blijft de accu op de maximale spanning staan en dit verkort de levensduur van de accu. Er is een regeling gewenst die bij het bereiken van de 27V accuspanning de vermogenstoevoer vanuit het zonnepaneel stopt en pas weer de vermogenstoevoer start indien de accuspanning op 24V is gekomen.
Bij continue afname van vermogen uit de accu zal de 27V niet worden bereikt en wordt het real time zonnepaneel vermogen verbruikt. Levert het zonnepaneel meer vermogen dan wordt afgenomen, dan gaat de rest in de accu tot deze de 27V accuspanning heeft bereikt. Daarna wordt het zonnepaneel afgeschakeld tot de accuspanning is gedaald tot 24V om dan het zonnepaneel vermogen weer te gebruiken om te laden. De regeling beïnvloedt de duur van de autonomie en moet handmatig kunnen worden ‘overruled’. Met het aggregaat als back up wordt de autonomie niet beïnvloed en is er een hoge mate van energie zekerheid, die een UPS vormt.

Diep ontlaad beveiliging
Het aggregaat zorgt voor die beveiliging en de eerste foutconditie is daarmee geborgd. Het zou kunnen voorkomen dat het aggregaat niet start (daarvoor zijn veel redenen te bedenken) en dan zou de LFP accu hiervan het slachtoffer kunnen worden. Om dit tegen te gaan is er toch voorzien in een diep ontlaad beveiliging, die bij een accuspanning van 22V alle gebruikers afschakelt.
De schakelaars voor het aan en afschakelen van de vermogensbronnen worden gevormd door zeer robuuste auto relais die hoge stromen kunnen in- en uitschakelen. De kantelpunten voor het schakelen zijn via programmeerbare zeners vastgelegd en kunnen binnen een zekere bandbreedte worden gevarieerd zodat aanpassing aan een specifieke situatie mogelijk is. Verder is er een ‘brandstoftank meter’ voor de accu’s opgenomen. Dit is het schema van de regel elektronica.



De diep ontlaad beveiliging blokkeert de afname van stroom uit de accu en moet met de hand worden ge‘reset’. De diep ontlaad beveiliging kan ook worden ge’set’, zodat deze als hoofdschakelaar kan dienen.
De hysteresis laadregelaar heeft een ‘manual override’ om voordat de 27,2V wordt bereikt toch het laden te stoppen en ook om voordat de 24V wordt bereikt het laden te starten. De bediening hiervan zal niet voor iedereen zijn, maar alleen voor iemand die enige training heeft gehad in de werking van de nano energiecentrale.

Groeten, Peper.

Mooi en interessant project midden in het tropisch regenwoud.
(Schoon water komt uit de rivier waar ook de krokodillen in pissen en poepen). En uit de hemel, dit is schoner en lekkerder dan het water uit de kraan hier in Nederland.

Interessant!

Fawakka Peper, mooi verhaal en idd een goede gelijkenis en succes met je project.

Ik wens je van harte succes met je project, Peper.

Goed verhaal, lekker kort Peper.....

Peper,

Een prachtig project daar kun je jezelf helemaal in uitleven.
Ben benieuwd naar hoe het verder zal gaan en dat hoeft echt niet in de telegram stijl die je vandaag hebt gebruikt.
Had meer dan 2 minuten nodig om het te lezen.

Peper, een leuk en uitdagend project. Veel succes !

Jan

Dank voor jullie aanmoedigingen...
@Jerry: Eigenlijk mis ik jouw esthetiek factor...
@WnW: er zijn niet alleen goede verstaanders
@Saef: wat lang joh!
@Go west: er komt wat voort uit zo'n sleepgenerator project...
Groeten, Peper

Het project voor de nano centrales in Suriname wacht op de boot. Die Oekraïense hack heeft de zaak erg vertraagd.

Omdat het project voor de 'Twilight Zone' ook een '24Volts project' is, loopt het synchroon met het 'nano centrale' project. Het gaat dan niet meer om een nano centrale, maar meer om een micro centrale met nu niet één lullig 100Wp paneeltje, maar om 12 100Wp panelen.
Deze 1,2kWp zonnecentrale gaat een 300Wp panelen set op 24V vervangen. Deze oude set bestaat uit telkens 2 in serie geschakelde 17V Umpp panelen met voor elke set een PWM regelaar om de 24V accubank netjes te voeden. Hetgeen betekent dat elk streepje schaduw op een paneel uit een set van 2 bijna 60 tot 100W reductie aan paneelvermogen geeft en dat is bij 300Wp paneelvermogen een aanzienlijke vermindering.

Voor de micro zonnecentrale is gekozen voor 12 flexibele 100Wp panelen. De spanning van elk paneel wordt door 12 converters 'opgepompt' naar 27,2V om met deze spanning de accubank te laden.
In het gunstigste geval zal er theoretisch bij 24V 50A aan laadstroom mogelijk zijn. Ik verwacht dat de hoogste laadstroom de 40A niet te boven zal gaan door rendementsverlies en inefficiënte instralingshoek (alle panelen komen zo goed als horizontaal te liggen). Dit geeft toch nog zo'n 900Wp aan maximaal laadvermogen en dat is beslist respectabel.
De converter zelf is een 'niet geïsoleerde' boost converter en deze hebben een rendement tussen de 95 en 98%, afhankelijk van de ingangsspanning en de uitgangsspanning. Liggen deze betrekkelijk dicht bij elkaar, dan is een hoge efficiëntie van 98% mogelijk.

De converters gaan werken bij 9V. Voor technici: de UVLO is ingesteld op 9V. De uitgangsspanning is instelbaar tussen de (ingangsspanning + 1V) en 32V. Dit houdt in dat op de ingang minimaal 9V moet worden aangeboden en er maximaal 31V mag worden aangeboden en bij een instelling van 27,2V als uitgangsspanning mag er niet meer worden aangeboden dan 26,2V. De range van een zonnepaneel met Umpp van 17V loopt van 0V tot 22V en valt hier dus binnen. Met een kleine luchtstroming om te koelen kan er 1800W maximaal worden geconverteerd. De 1200Wp blijft binnen de range en zal geen 'rokende converter' opleveren.

De stroom uit de panelen komt nooit boven de 6A en bij de toepassing van 1,5mm² draaddoorsnede is een zekering per paneel niet nodig om de bedrading te beschermen.
Na de boost conversie zal de stroom niet boven de 3A komen en weer is een zekering bij een draaddoorsnede van 1,5mm² niet nodig.

Door de 1 converter per paneel configuratie zal de spanning tot 9V per paneel moeten dalen voordat een converter helemaal geen output meer geeft. De schaduw van een giek of van de verstaging resulteert wel in een verlaging van de spanning op de ingang van de converter, maar zolang de spanning van het paneel maar boven de 9V blijft, is er ook een uitgangsspanning van 27,2V. De laadstroom loopt dan wel terug naar een paar mA, maar wordt niet 0 zoals bij een PWM regelaar.

Hoewel elke converter een controle ledje heeft op de uitgang (tevens een belasting om te voorkomen dat in nullast een hoge spanning op de uitgang komt te staan), is dit ledje niet aan de buitenkant van de converterbehuizing zichtbaar. Elke converter krijgt daarom een signaleringsled die alleen zal branden als er tot 24V of meer wordt 'opgepompt'. Een beschaduwd paneel zal zich verraden doordat het ledje in 'bursts' aangaat en een niet leverend paneel geeft geen brandende signaleringsled.

Door de technische constructie van de converter is er bij elke converter een blokkeerdiode ingebouwd en het is daarmee niet mogelijk dat er stroom (dark current) van de accu naar de zonnepanelen vloeit (voor de scherpslijpers: zeker minder dan 1mA per converter.)

De output van het hele systeem zal maximaal 36A zijn en heeft dan een leiding van 6mm² nodig voor een korte afstand. Voor een lange afstand heeft een doorsnede van 10mm² de voorkeur. Deze leiding moet dan bij de accu van een 40A zekering worden voorzien, zodat bij sluiting in de converters de leiding niet in de brand vliegt.

De 'converter stack' ziet er dan zo uit:

In de output zal nog een schakelaar worden opgenomen om handmatig de laadstroom bij een volle accu te kunnen couperen. Deze voorziening sluit 'druppel overlading' effectief uit. Er is voorzien in een cyclische laadregelaar voor Li-ion accu's. Deze is echter nog niet zinvol bij lood-zwavelzuur accu's.

(Zo, dat is dan meteen een 'manual' voor deze laadconverters)

Groeten, Peper.

Mooi hoor, maar ik zie wel dat jij er veul meer verstand van hebt dan ik Mooi project in een schitterend land !

Eindelijk weer wat progressie voor dit draadje...
Het lijkt wel Sinterklaas! Vandaag binnen gekregen:



Een 24V 5kW generator, een 24V naar 230V 2kW converter, 8 330Ah cellen om een 24V accubank van te maken. Niet zichtbaar is het rigide zonnepaneel dat als dak voor de accubank gaat dienen en de converter en booster droog moet houden in de tropische regenbuien. Ik kan weer eens lekker knutselen!

De generator is er ook in diesel en dan zou je op een wat grotere boot nooit meer zonder stroom zitten. Verder is er dan doorlopend 5kW voor aandrijving beschikbaar en met de accu kun je dan eventueel 'oppompen' tot 15kW om snel even uit de voeten te maken.

Groeten, Peper.

Ik heb enkele bedenkingen, niet negatief bedoelt, die ik in deze discussie wil inbrengen.
Zonnecellen wekken energie op door de zon, maar worden er ook door beschadigd.
In een land waar de straling 3 a 4 keer hoger is als hier, moet je dan ook rekening houden met een slijtage die 3 a 4 keer hoger is. M.a.w. gaan de zonnecellen daar dan ook 3 a 4 keer sneller aftakelen en minder opbrengst leveren als in het begin.
Als bijkomende energie voorziening gebruiken jullie stroomgeneratoren op benzine, id er ook gekeken of er met alcohol stroom gedraaid kan worden. ( Die kan opgewerkt worden met fruit dat gefermenteerd is, en daarna gedestilleerd. m.a.w. iets wat lokaal en hernieuwbaar gemaakt kan worden. )

Tony, dank voor je input!
Het zonnepaneel is voor Suriname gemaakt. Ik heb het ook niet in China besteld, maar het is al eerder vanuit Suriname geleverd. Uiteindelijk komt het natuurlijk wel uit China... De anesthesioloog die dit project in Suriname heeft gestart, heeft daarvoor zelf de zonnepanelen aangeschaft en heeft 6 jaar ervaring met zonnepanelen in Suriname. Daar moet ik het maar mee doen.

Deze set is een eerste opzet. Men wilde in Suriname niet eens een diesel versie uitproberen. (iets waarvan ik dacht dat dat minder verdamping en vergomming zou opleveren). Het idee dat er iets anders zou komen dan benzine stond de bewoners van de dorpen in het binnenland erg tegen. Zij kennen de benzine motor als buitenboordmotor van de korjaal en ze zijn niet te bang om een 80 pk motor achter deze groot uitgevallen kano's te hangen. Van mijn voorstel een diesel te gebruiken (in nood kan die zelfs op slaolie lopen) wilden ze niet eens horen! Ze willen geen injectie, maar een carburateur die ze zelf kunnen schoonmaken en repareren. Dus een alcohol of gas motor (was ook nog een probeersel van mij) werd afgewezen.
Voor wat betreft 'hernieuwbaar', daar is niet veel naar gekeken of aandacht aan besteed. Ik heb ook voorgesteld om in de snel stromende Surinaamse rivieren een hydrogenerator te plaatsen. Dat zou bijna 24/7 energie opwekken. Ook daarvoor kreeg ik de handen niet op elkaar...
Mijn ideeën zijn kennelijk te progressief om daar te kunnen wortelen. Het is ook een kwestie van vertrouwen winnen en dat moet je verdienen en dat duurt een tijdje.

Groeten, Peper.

Peper schreef :
Me een beetje verplaatsende in die bewoners (ik heb er een keer een vakantie doorgebracht en ben sinds die tijd gek op dat land) heb ik het idee (zonder je te willen beledigen) dat je "progressief" zou kunnen vervangen door "onpraktisch".

Dick

Knar schreef :
Nou een hydrogenerator zou daar wel praktisch kunnen zijn. Maar de onbekend is onbemind kant van dit verhaal kan ik me wel voorstellen. Je zou al mensen moeten hebben die daar wonen en die zo een generator kunnen onderhouden en herstellen, vooraleer het zou kunnen aanslaan.
En ze hebben gelijk, er staan honderden mooie projecten in Afrika te roesten omdat er geen mensen bij de lokale bevolking zijn die weten hoe die mooie spullen werkend te houden.
Laat staan dat ze de wisselstukken zouden kunnen betalen, of zelfs kunnen bestellen.
PostNL levert daar niet aan huis.

Ik woon en werk(!) al 14 jaar rond de evenaar, wel andere kant oceaan. Sommige landen hebben GDP die maar 10% van Suriname is...

Als het makkelijker/praktischer is, zou het er lang zijn. 'Wij' zijn niet dom! Maar hebben andere prioriteiten dan in het westen...

Nog wat misverstanden:
- Ja, PostNL komt gewoon aan (duurt wat langer)
- Kunnen meer repareren (oke, fixen) dan in NL

Maar, zolang de wit neuzen gratis spullen blijven sturen, nemen wij die graag aan. Ook een leuk moment voor een feestje, en de foto's plaatsen wij met mobiel op Insta!

Ik verwacht dat de eletronica naar 6 maanden uitvalt (hitte/vocht/dust) en de generator gewoon wordt gebuitk voor directe stroomvoorziening..

Peper, ik wil je niet ontmoedigen en ga vooral door met het project (en verdient er je geld mee).

De accubank van de nano centrale is klaar.

8 x 330Ah luchtvaart kwaliteit aluminium behuizing cellen
In serie geschakeld door 3,5mm aluminium strips.

Nu moeten ze nog in een Surinaams hardhouten kist met een regelpaneel en aansluitingen voor het zonnepaneel en de sinus omvormer. De 24V generator blijft apart en kan zo nodig worden aangesloten.
Groeten, Peper.

Harvesting laden met een boost converter

De accubank zit in de prototype behuizing en nu is het nog een kwestie van laden. Vanuit het topic 'Li-ion opslag' is gekozen voor een boost converter met instelbare uitgang. De uitgang van de boost converter is afgeregeld op 27,2V als eind laadspanning. De boost converter start bij 9V ingangsspanning en de ingangsspanning mag oplopen tot ca 26V, zodat er tenminste 1V 'regelruimte' overblijft.



Een ordinaire gelijkrichter voor 12V accu's levert iets van 15V uit (onbelast). Bij 2A is dat 13,6V op de klemmen en dit wordt aan de converter toegevoerd. Aan vermogen is dat ruim 26W en de converter kan zonder extra koeling 100W aan. Niets aan het handje!



Onbelast levert de converter 27,2V (daar is de converter op ingesteld), belast met de 8 330Ah LFP cellen in serie, blijft daar maar 26,51V van over, maar er loopt 1A aan laadstroom de accubank in. Gewoon een kwestie van geduld en de accubank wordt langzaam geladen.

Ja, maar Peper, moet je dan niet balanceren... Nee, dat doen de cellen zelf op basis van het spanningsverschil van de individuele cellen in de serieschakeling.
En moet je niet uitkijken voor overladen... Nee, want 27,2V = 8 x 3,4V en dat is dan 8 volle cellen of een volle accubank van 8 LFP cellen en de converter houdt zich strak aan die 27,2V.
Maar met 1A laadstroom duurt het wel heel lang voordat de bank vol zit!
Dat klopt, maar je hoeft er niet bij te staan wachten, je mag wel wat anders doen of zelfs niets doen en slapen. Indien je 300Ah nodig hebt is dat in Nederland al gauw 3 dagen laden, in Suriname is dat 1,5 dag laden.

De anesthesioloog die dit project in Suriname begeleidt, gaat een 'beestjes-proof' behuizing ontwikkelen in Suriname. Dit komt neer op een frame van aluminium hoeklijn en kunststof platen die als een aquarium waterdicht aan elkaar zijn gekit.
Het prototype is van hout en dat is voor de Surinaamse hout etende insecten niet meer dan een 'toetje'.
Groeten, Peper.

Proof of concept

Het laden van de 8 LFP cellen in de accubank via een boost converter uit een eenvoudig gelijkrichtertje werkt.
Nu moeten de accu's voldoende kunnen leveren om de 24V > 220V omvormer te laten werken. Dat is een kwestie van draadjes leggen. De omvormer heeft voor een vollast 2000W ongeveer 100A uit de 24V accubank nodig. Dat vraagt minimaal 16mm² voor een korte afstand. Alles in elkaar gezet ziet het er zo uit:



De gelijkrichter laadt de accubank en de accubank levert de energie voor de 220V omvormer. Deze geeft keurig de spanning op de ingang en de uitgang weer.
Nu nog een belasting voor de omvormer en de stekker van de acculader/gelijkrichter ligt het dichtste bij...
De acculader/gelijkrichter wordt op de omvormer aangesloten. Dat werkt! De acculader/gelijkrichter laadt met 2A via de boost converter de accubank, die weer wordt belast door de omvormer die acculader/gelijkrichter van stroom voorziet. De accu's worden er niet voller van, maar de proef vraagt maar heel weinig energie.
De omvormer heeft een mooie aanduiding van de ingang- en uitgangsspanning en kan als monitor dienen.
Morgen het 100Wp zonnepaneel erop en zien wat dit paneel aan de accu's levert.
Groeten, Peper.

Prototype

Op de accubak komt een kantelbaar frame met een 100Wp rigide zonnepaneel. Dit biedt de mogelijkheid het paneel te kantelen voor een optimale instralingshoek. Voor Suriname is dat niet echt nodig aangezien het land bijna op de evenaar ligt. Wat wel een optie is, het paneel kan wel naar de ochtendzon en de avondzon worden gericht. Mijn contact in Suriname heeft al aangegeven dat dit niet heel zinvol zal zijn omdat er zon in overvloed zal zijn. Misschien is het voor het testen in Nederland wel zinvol.



Voor het plaatsen van het zonnepaneel worden eerst de leidingen naar het zonnepaneel gelegd. Nu wordt het op het frame gelegd en op het oog horizontaal gehouden. Ondanks dat het buiten bewolkt is en de opstelling binnen staat onder 'bovenlichten' die sinds 1968 niet meer zijn 'gesopt', geeft het paneel 17,5V aan klemspanning. Het zonnepaneel wordt aangesloten op de 'kale' converter. Het ledje op de converter gaat meteen aan en de spanning op het zonnepaneel zakt terug naar 10,5V. Op de uitgang van de converter staat 27,26V... De converter werkt zoals het moet.



En dat terwijl het buiten bewolkt is. Het is hiermee duidelijk dat 'solar harvesting' werkt en er zelfs bij minimale condities al laadspanning wordt opgewekt en dat de laadstroom evenredig is met het opvallende licht. Op de aangesloten omvormer staat 26,5V als ingangsspanning.
Na een uur is de belasting door de omvormer de oorzaak van een spanningsval van 100mV op de accu's. Het wordt dichter bewolkt en de laadstroom uit het zonnepaneel loopt terug.

Het project is hiermee af. Het prototype is functioneel. Nu is het nog zaak het 24VDC generatortje te installeren en te laten werken. Dat heeft in China al proef gedraaid en zal geen probleem geven.

Groeten, Peper.

Oh ja, ik noem deze opstelling:
胡椒的户外电池
Hújiāo de hùwài diànchí
ofwel
Peper's outdoor accu.
Groeten, Peper.

Klaar, af en werkend

Lichte vorst, helder blauwe hemel, mooi weer om de nano centrale eens uit te proberen. Op de 'steekfiets' naar buiten in de zon...

Er is zon genoeg om bijna 5A uit het 100Wp paneel te laten komen. De paneelspanning onder belasting loopt op naar 15,2V

De converter maakt er een laadstroom van 2A bij 26,6V van en na een uurtje staan de accu's op 26,9V. Dat lijkt geen forse toename, maar het gaat hier om 330Ah cellen!

Het generatortje is gevuld met 15W40 en een liter benzine om uit te proberen. Het starten gaat in pogingen van 10 krukasomwentelingen. Dit moet genoeg zijn om aan te slaan. Nadat de carburateur is gevuld, is het inderdaad genoeg en doet het generatortje ronkend zijn werk. De generator is nog ingesteld op loodzwavelzuur accu's en slaat pas af bij 30V. Dat is teveel voor 08 LFP cellen, maar bij het lostrekken van de Anderson stekker verdwijnt de belasting en loopt de spanning onbelast snel op naar boven de 30V en de generator stopt.

Samenvattend:
Een 24V solar centrale met een energie collector van 100Wp.
Een energie opslag met een nuttige capaciteit van 7,2kWh.
Een optioneel in te schakelen omvormer van 2kW naar 220V, gebruiksduur van ruim 3 uur bij volle cellen.
Een auto start/auto stop generator van 3kW bij 24V maakt het tot een UPS.
Project is klaar!

Groeten, Peper.

Goed gedaan, Peper. Zullen ze daar veel plezier van hebben. Hoe gaat de definitieve vorm er uit zien?

Er wordt gesproken van een kunststof regendichte behuizing binnen aluminium ribben als 'battery box' met een aluminium buis en een soort kruiskoppeling als 'gewricht' onder het zonnepaneel.

Het stalen frame om de generator zal waarschijnlijk worden vervangen door een aluminium frame met horrengaas tegen insecten. Dit moet voorkomen dat er 'beestjes' in de motor kruipen en tussen de koeribben komen.

Voor de converter en de omvormer moet ook een 'klamboe' worden gemaakt om dezelfde reden.
Voor de converter zit ik nu te denken aan 8 20W DC-DC converters naar 3,4V, één per cel.
Iets anders dat de opbrengst van het zonnepaneel ook sterk kan verbeteren is een goede regelaar voor een doorlopende verstelling naar de zon. Op een boot is dat niet zinvol want dan gaat de verstelling ook de deining volgen en zou de verstelling meer energie kunnen verbruiken dan dat het paneel kan leveren.

Een systeem als dit zou voor Sunday 'autonomie tot de benzine op is' betekenen. Ik weet nog niet of er al diesel generators zijn met vergelijkbare spec's. Dat zou ik op een boot fijner vinden dan een benzine generator. In Suriname willen ze benzine en een carburateur, dat kunnen ze repareren. Injectors en injectiesystemen zijn niet makkelijk te repareren in het oerwoud.

Groeten, Peper.

PS: de plaatsing van het zonnepaneel in Suriname kan horizontaal en hoeft niet op een paal. Het kan ook op elk 'riet gedekt dak' liggen.
P