10 oktober 2022

FF wat anders

Omdat ik van mevrouw mijn echtgenote vaak het verwijt krijg dat ik, wanneer het op moderne toestanden aankomt geklasseerd dien te worden bij de fossielen (dinosaurussen meer bepaald) wil ik toch een poging doen dit even recht te zetten. Vandaar dat de titel begint met "ff".
Maar, w81s even, wss zit je nu je hoofd meewarig te schudden en vraag je je af  waar die oen nu verdorie mee bezig is. En, idd, gelijk heb je.
In mijn hoogdagen ging het eerder over SNAFU en consoorten. Een reliek van in de tijd dat de GI's hier nog rondwaarden. Je vindt hier meer over op Wikipedia.
Maar ik meen dat eea niet wil zeggen dat ik hopeloos achterop hink. Het is niet omdat ik pertinent weiger om een tablet of smartphone te gebruiken dat enige kennis terzake met geheel vreemd zou zijn. Nee hoor, ik lees de reviews over al die nieuwigheden regelmatig en heb dus wel een algemeen idee over waar die dingen toe in staat zijn.
Wat me echter (mateloos) stoort aan die toestanden is het Android besturingssysteem enerzijds en dat belachelijke "swipen" anderzijds. En ook, niet te vergeten, dat petieterige, miniscule toetsenbord dat je voorgeschoteld krijgt en waarmee ik dan ook geen donder kan beginnen. Ik ben nogal gehecht aan mijn Cherry toetsenbord en zelfs daar wil ik af en toe wel eens een verkeerde toets indrukken. Ik denk toch dat ik bij het typen in 95% van de gevallen de juiste toets aangeslagen heb. Bij een smartphone haal ik de 10% niet en dan is alle plezier eraf.
En wat me stoort aan Apple is dat 1) hun toestellen bedroevend hoog geprijsd (overprijsd) zijn en 2) dat ze door de band niet compatibel zijn met toestellen van de concurrentie, waardoor je aan hen gebonden bent en blijft en 3) dat als je ooit van hun service wil gebruikmaken, je weerom zeer diep in de buidel moet tasten. Toegegeven, Apple toestanden werken zeer goed, maar je betaalt er veeeel te veel voor.

Gezien de stijgende energieprijzen (en de doemdenkers beweren dat dit nog maar het begin is) zie ik me genoodzaakt om meer energie zelf op te wekken. Zonnepanelen lijken voorlopig de meest haalbare oplossing. Ik heb ooit met de gedachte gespeeld om een warmtekrachtkoppeling te installeren, maar dat is niet rendabel voor een gewoon huishouden. Zegt men, en ik geloof dat dan ook maar. Het zou nochtans wel leuk geweest zijn.
Wat opvalt is dat, als je aan een menselijke prijs zo een zonnepaneleninstallatie wil aankopen, zowat alle componenten "Made in China" zijn. De Chinezen varen er wel mee. Bij ons liggen de uurlonen en de prijs van de grondstuffen te hoog om concurrentieel te zijn. Beweert men. Ik denk echter dat er andere factoren meespelen, waarover ik nu niet ga uitweiden.

Wat me tijdens mijn zoektocht echt opviel is het schrijnend gebrek aan schematische voorstellingen van hoe zo een zonnepanelensysteem er dan zou moeten uitzien. En ook dat de documentatie die je van de Chinezen bij hun producten ontvangt heel erg summier is. Je komt er met behulp van een multitester zelf ook wel achter hoe de dingen aangesloten moeten worden, maar toch, het zou handig geweest zijn en me veel tijd besparen als de Chinezen hier ietwat gedetailleerder uit de hoek zouden komen.

Spoiler: wat je op deze pagina vindt is niet de definitieve opstelling. Mits trial & error ben ik erachter gekomen dat sommige componenten die je op deze pagina terugvindt niet voldoende performant zijn om het door mij beoogde doel te bereiken.
Om de uiteindelijke opstelling te zien ga je naar deze pagina.

Om de potentiële navolgers van mijn initiatief even op het goede spoor te zetten toon ik hieronder een schematische voorstelling van wat je zoal nodig hebt en hoe je het (schematisch) dient aan te sluiten.



De rode lijntjes duiden op de positieve pool bij 12 V gelijkstroom en de blauwe lijntjes duiden op de negatieve pool. De nulleider bij 230 V wisselstroom zou ook een variant van blauw moeten zijn de de fase bruin (of iets wat daarvoor moet doorgaan).
Je mag de blauwe en rode draden van de "voltage monitor" natuurlijk ook rechtstreeks op de klemmen van de batterij aansluiten.

In mijn testopstelling heb ik het volgende zitten:
  1. 2 zonnepanelen van 120 W elk

  2. 1 controller, die de door de zonnepanelen opgewekte spanning omzet naar laadspanning voor de batterij. Het ding laadt de batterij dus op.

  3. 1 LiFePo4 batterij van 50 Ah. Dit type batterij is superieur aan de meeste andere vormen van (lithium) batterijen. Vooreerst, die dingen kunnen niet in brand schieten (denk daar maar eens over na, Elon), ze hebben een hogere laaddensiteit, kunnen in elke positie gebruikt worden (staand, liggend, plat, wat dan ook) en ze kunnen minimum 3000 volledige laadcycli aan, wat ook mooi meegenomen is. En als het gewicht voor je belangrijk is (in mijn specifiek geval niet) dan weegt zo een batterij per Ah beduidend minder dan een klassieke batterij (lood-zuur, gel of AGM).

  4. 1 inverter (zuivere sinus) van nominaal 600 w, met een piekvermogen van 1200 w. Dat toestel zet de gelijkstroom van de batterij om in wisselspanning van 230 V.

  5. voorts een 12 V relais met 1 contact NO en 1 NC. (je kan een tweede 12 V relais aansturen met dezelfde uitgang op de spanningsmonitor om hiermee bv de spanning naar de inverter af te schakelen, maar ik doe dat niet voor een specifieke reden en die reden vind je wat verder in de tekst waar een (*) staat.

  6. en tenslotte 1 spanningsmonitor. Dat toestelletje is belangrijk omdat ik niet continu bij de inverter en de batterij sta om te controleren of de batterij nog wel genoeg opgeladen is en of de inverter niet in alarm gegaan is. Indien de batterij niet (meer) genoeg opgeladen is (spanning te laag), dan gaat de inverter in alarm en dan is het gedaan met de pret. Met die spanningsmonitor is het dat toestelletje dat de hele handel in het oog houdt en via een relais de stroomtoevoer naar de pomp (in mijn geval) afsluit wanneer de spanning van de batterij te laag wordt en dit vóór de inverter in alarm gaat.
    Simpel gesteld, de pomp stopt met pompen wanneer de spanning van de batterij te laag is en de pomp start weer op wanneer de batterij terug voldoende opgeladen is.
En dat is het zowat. Schematisch tenminste.
De bedoeling is dus dat deze opstelling stroom gaat voorzien om een vijverpomp plus UV filter te laten werken.
Item 1-4 werd als een kit besteld bij Amazon in Duitsland. Zoals reeds gezegd allemaal van Chinese makelij, maar betaalbaar.
Het geheel staat volledig los van het stroomnet van Fluvius, een eilandwerking dus. Mocht dit netwerkje aan het stroomnet gekoppeld worden dan is het zaakje binnen de kortste keren naar de vaantjes omdat de door de omvormer opgewekte frequentie niet synchroon loopt met die van het stroomnet. Als je het toch zou doen dan geeft dat een knalletje en wat rook. En misschien ook wel wat vragen van de kant van Fluvius.
Als extraatje zou ik kunnen vermelden dat de controller ook een USB uitgang heeft waaraan je je GSM bv zou kunnen opladen. Misschien handig voor noodsituaties...

Hieronder dan mijn relaas van de verschillende testopstellingen die ik doorlopen heb alvorens tot een definitieve opstelling te komen.
Tenzij je jezelf wil amuseren met mijn experimenten nog eens over te doen kan je gewoon lezen wat mijn ervaring was en dan gelijk overstappen naar de definitieve opstelling die je hier kan vinden. Spaart je tijd en geld.

Het meest intrigerende en minst besproken onderdeel in de hele opzet is de spanningsmonitor. Ik had me eerst een toestelletje aangeschaft dat het circuit onderbreekt bij over- of onderspanning, maar dat is niet wat men nodig heeft. Kan je hier terugvinden. Dat relais verbreekt de stroomkring wanneer de spanning van de batterij ofwel te hoog ofwel te laag is. Maar van het ogenblik dat de spanning zich ergens tussen die twee waardes bevindt, dan staat het circuit vrij en vrolijk open en riskeer je dat je binnen enkele tellen terug in alarm gaat. Het vervelende aan dit toestel is ook dat er geen instelbare hysteresis is, want dat zou het probleem nog kunnen opvangen. Maar nee, er is een vaste hysterisis en die schommelt tussen de 3 en 5% van de nominale spanning van de batterij. Niks mee aan te vangen dus want wanneer de batterijspanning te laag wordt gaat het circuit wel onderbroken worden, maar wanneer de batterijspanning (door het opladen) met een waarde van tussen de 0.36 en 0.60 V stijgt, dan sluit het circuit weer en start de pomp opnieuw, voor enkele seconden of hooguit een paar minuten. Dat is ongewenst gedrag, zoveel is duidelijk. Het circuit mag pas weer sluiten wanneer de batterij terug volledig (of zo goed als) is opgeladen.
Vandaar dus de spanningsmonitor.

Dat stukje elektronica ziet er als volgt uit.

Allee, nee, gene zever hé. Wanneer ik het apparaatje besteld heb stond er wel degelijk onderstaande foto op de website van Amazon en niet de slanke dame in haar ondergoed die er nu prijkt op het ogenblik dat ik dit schrijf.


Wanneer ik nu die pagina dus open heeft het een of ander genie er het slipje op gepost. (weet niet of dat onopgemerkt gaat blijven - print-out van de foute pagina beschikbaar op aanvraag). Bekijk de pagina hier zelf maar. (Update 24 oktober 2022: de foto van de dame in haar slipje is ondertussen weer vervangen door de foto van de spanningsmonitor. Je komt dus te laat.)
Gelukkig is er nog de website van de fabrikant zelf waar er ook afbeeldingen te zien zijn (en waar je kan zien de de prijs op Amazon het dubbele is van wat CZH er voor vraagt)
Rechtstreeks bestellen bij CHZ moet dus leuk zijn, maar hou er wel rekening mee dat op hun verkoopprijs nog verzendkosten en eventueel douanerechten bijgeteld moeten worden. Of je dan nog voordeel doet is onzeker.
Hoe dan ook, op dat bordje kan je middels de dipswitchen de spanning instellen wanneer de uitgang onderbroken dient te worden en op welke spanning die daarna terug gesloten mag worden.
Je kan dat bordje ook hebben met een hogere toegelaten stroomsterkte op de uitgang (30 of 80 A), maar ik meen dat het gemakkelijker is om via een apart relais te werken.

En dat relais ziet er dan zo uit zie.

Waarom zo een extra (apart) relais? Wel omdat ik dit met 12 VDC kan aansturen (de uitgangsspanning van de spanningsmonitor) en er rechtstreeks het circuit van 230 V mee kan onderbreken want dit relais heeft een potentiaalvrije uitgang. En die 10 A op 230 V die dit relais kan schakelen is ruim voldoende voor mijn toepassing want die gebruikt slechts 0.85 A op 230 V, daar waar in het 12 V circuit die stroom zou kunnen oplopen tot 16.6 A. Vandaar dus.

(*) Een ander voordeel van deze werkwijze is dat de inverter op die manier blijft aan staan, maar geen stroom levert. Het verbruik van de inverter in stand-by is erg laag. Wanneer de pomp dan aanslaat gebeurt dit dus op een in werking zijnde inverter. Als ik de 12 V toevoer naar de inverter zou onderbreken en daarna weer opstarten, dan hangt de belasting (de pomp dus) reeds gekoppeld aan de inverter en dat zou wel eens tot een (te) hoge piekbelasting kunnen leiden. Doen we dus niet.

Hoe werkt het hele systeem nu?
Wel, wanneer er (zon)licht op de zonnepanelen valt dan wekken deze een spanning op. Wanneer die opgewekte spanning hoog genoeg is (moet hoger zijn dan de spanning van de batterij) dan gaat er stroom van de zonnepanelen naar de batterij en laadt deze dus op.
Wanneer dan de opgewekte spanning lager ligt dan de batterijspanning dan trekt de inverter de batterij stilaan leeg (wanneer de pomp aan staat tenminste). Komt de batterijspanning onder een bepaalde onderwaarde (11.5 V bv) dan schakelt de stroomvoorziening naar de pomp af. Als op dat ogenblik de zonnepanelen een voldoende hoge spanning genereren, dan wordt de batterij bijgeladen.
De inverter gaat pas terug starten wanneer er een bepaalde bovengrens bereikt wordt (12.8 V bv). De inverter zal dus enkel stroom leveren wanneer de batterijspanning tussen de 11.5 en 12.8 V ligt. In de andere gevallen levert de inverter geen stroom.

En voor deze toepassing is dat alles. Pompen maar.

Update 24 oktober.

Ondertussen ben ik aan de weet gekomen dat je aan de hand van de spanning van een batterij aan de weet kan komen hoever die opgeladen is. En wat blijkt? Een LiFePo4 batterij heeft andere oplaadkarakteristieken dan een lood-zuur batterij.
Praktisch gezien houdt dat in dat mijn module D-1077 van CZH-LABS niet aan de gestelde vereisten voldoet. De maximum afschakelspanning die ik daar kan instellen ligt te laag en de minimum inschakelspanning ook. Ik opereer dus in een fout spectrum.
Een LiFePo4 batterij werkt best tussen 20 en 80% opgeladen. Dat komt overeen met een spanning die ligt tussen 12.8 en 13.3 volt. De D-1077 module schakelt tussen 12.8 en 12.1 volt en laat de batterij dus niet voldoende opladen en ontlaadt ze te veel. Op 12.1 volt is ze ocharme amper iets meer dan 10% opgeladen. Doen we dus niet.



Enter de XH-M609 module. Die kan die spanningen wel monitoren.
Ik zou de batterij dus kunnen inschakelen bij spanningen tussen de 13.3 en12.9 volt.



Stel je van die modules niet te veel voor. Dat zijn piepkleine dingen en ik heb een bril nodig om die aan te sluiten.
Een handleiding zit er natuurlijk niet bij. Nooit bij dat soort modules. Enig opzoekwerk is dus wel nodig als je wil weten hoe je ze precies gebruikt.
Spoiler: ik zet de handleiding hieronder.

XH-M609
 
1) calibreren
 
    - voltmeter aansluiten op de batterij
    - lang drukken op linkerknop (+)
    - display flasht
    - uitlezing corrigeren met + of - knop
 
2) onderspanning instellen
 
    - dubbelklik linkerknop
    - waarde op display regelen met + of - knop
 
3) hysterese instellen
 
    - dubbelklik rechterknop
    - hysterese op display instellen met + of - knop
 
4) time delay instellen (eventueel)
 
    - lang drukken op rechterknop (-)
    - display flasht
    - tijd instellen met + of - knop

Gelukkig is de relais module zonder meer hier ook bruikbaar. Ik vervang dus gewoon de D1077 door de XH-M609, stel de correcte waarden in en de klus is geklaard.
Hoop ik.

Update 2 november

De ene XH-M609 is de andere niet heb ik vastgesteld. Er zijn verschillende fabrikanten van dit dingetje en sommigen volgen inderdaad de handleiding zoals hierboven beschreven werd. Maar anderen bieden niet de mogelijkheid om punt 1 en punt 4 uit te voeren. Ik kan het weten, want ik heb natuurlijk een module van "de anderen".
Niet getreurd echter, ik heb een module kunnen kopen die wél de 4 mogelijkheden heeft, maar deze moet ik nog installeren en uittesten wegens gezondheidsproblemen momenteel.

Wat ik ondertussen heb kunnen vaststellen is dat het zo goed als onmogelijk is om via de gemeten batterijspanning het oplaadpercentage vast te stellen. Voor een nauwkeurige schatting van de batterijcapaciteit op basis van de spanning moeten eerst alle belastingen en laders van de batterij losgekoppeld worden. Dus ook de zonnepanelen loskoppelen van de laadregelaar. Dan de batterij even laten rusten - 15 minuten of zo - en dan pas de spanning met een multimeter meten. Niet evident wanneer alles aangesloten is en onder spanning staat en nogal tijdrovend.

Voorts stel ik dan ook vast dat wanneer de batterij 14.3 volt meet en ik de inverter start, dat dan de gemeten spanning na enkele seconden valt naar 12.5 volt. En die spanning schommelt dan gedurende een minuut of zo rond die waarde. Niet echt bevorderlijk om op die manier de XH-M609 module zijn werk te laten doen, want die schakelt onmiddelijk af bij 0.1 v onderspanningsafwijking. En ook onmiddelijk weer aan bij 0.1 v boven de bovenspanning. Het is dus kwestie om de onderspanning en de hysterese ruim genoeg in te stellen. De inverter laten werken tussen 20 en 80% opgeladen is dan bijna uitgesloten. (12.5 v is 14% opgeladen)
Gelukkig stabiliseert de spanning na een minuut of zo, zodat ik vermoed dat mijn nieuwe, nog te in stalleren XH-M609 module me wel zal toelaten om de onderspanning nauwkeuriger in te stellen. Op de nieuwe module kan ik namelijk wel de tijdsvertraging instellen en vermits de spanning zich na een minuut schijnt te stabiliseren zou ik de instelwaarde dichter bij de ondergrens van 20% opgeladen moeten kunnen laten komen.

Wat ik ook vastgesteld heb is dat mijn twee zonnepanelen er bijna niet in slagen om met de huidige november-zon de batterij 100% op te laden. Mijn ervaring met het ene zonnepaneel dat op onze motorhome ligt en daar de leefbatterij voedt is in dat geval positiever, maar toegegeven, we gaan er zelden in de winter mee op stap, dus het kan best dat ik een wat vertekend beeld heb van het kunnen van dat zonnepaneel op de motorhome.

Update 19 december

Nu had ik een nieuwe XH-M609 module besteld waar ik wél een tijd kon op instellen. In de testopstelling ging alles goed, tot ik spanning wilde sturen naar het uitgangsrelais. Pets! En dat was het. Kortsluiting ergens in de module.

En vermits dit systeem niet erg betrouwbaar lijkt ben ik gaan zoeken naar een alternatief.
Bij aanvang van het project had ik al een DVRD module gekocht in de waan dat ik daarmee de batterij kon inschakelen wanneer ze voldoende opgeladen was en waar afschakelen wanneer ze te ver zou gaan ontladen.

Alles zat erop en eraan, op deze module, inclusief een tijdvertraging.
Alleen, de module gebruikt maar één en dezelfde schakelaar voor zowel over- als onderspanning en daarmee kan je dus geen barst beginnen want het is onmogelijk om vast te stellen waarom de module schakelt. Was het omwille van overspanning of onderspanning?
Niet bruikibaar dus.

Maar vermits mijn alternatieve oplossing ook niet echt bruikbaar is wegens het ontbreken van een tijdschakeling op de module XH-M609 dringt een andere oplossing zich op.
Na een nachtje overpeinzen ben ik tot het inzicht gekomen dat de DVRD module wél geschikt is, op voorwaarde dat ik er twee van gebruik. Moet ik dus zo een module bijbestellen en meteen ook een 12VDC relais met twee contacten.
Het schema ziet er dan als volgt uit:

Vroeger, in mijn Windows tijdperk, had ik een tekenprogramma waarbij ik zo een schema zonder veel moeite kon tekenen en na wat zoeken ben ik terecht gekomen bij een hedendaags equivalent van dat programma en dat draait onder Linux: Dia. Het programma is al enkele jaren oud maar doet nog precies wat het verondersteld wordt te doen en is exact wat ik nodig heb.

Zoals je kan zien kan ik met twee DVRD modules (VM1 en VM2) en een hulprelais (R1) een schakeling maken waarbij de omvormer gevoed wordt door de batterij vanaf het ogenblik dat de batterij een bepaalde en voldoende hoge spanning bereikt heeft (13.4 V). Eenmaal de omvormer spanning krijgt zakt de spanning van de batterij een beetje en het contact van VM1 gaat weer open. Maar ondertussen heeft het hulpcontact van R1 dit contact overgenomen en R1 blijft dus bekrachtigd.
Wanneer de batterijspanning te laag wordt zal VM2 in alarm gaan en het normaal gesloten contact gaat open, waardoor de kring naar de spoel van R1 onderbroken wordt. De omvormer krijgt dan geen spanning meer en de batterij dient terug opgeladen te worden tot VM1 weer geactiveerd wordt. Dan start alles opnieuw.
Voor geroutineerde electriciens is zo een schakelschema kinderspel, maar ik heb daar toch wat tijd en moeite moeten insteken. Deze schakeling programmeren op een PLC is voor mij een klus van twee minuten, zolang ik het maar in een programmeertaal kan doen en niet in ladder relay, want dan moeten mijn hersenen weer overuren kloppen.
Hoe zo een programmaatje er dan uitziet?

1) wacht tot VM1 geactiveerd wordt
2) activeer R1
3) wacht tot VM2 geactiveerd wordt
4) de-activeer R1
5) ga terug naar stap 1

Poepsimpel, nietwaar? Ik meen zelfs dat ik het op minder dan 2 minuten geprogrammeerd krijg. Nostalgie steekt de kop op nu.

Het grote voordeel van deze schakeling is dat de batterij opgeladen wordt tot ongeveer 80% en ontladen wordt tot ergens iets tussen de 10 en 20%. De batterij wordt in principe dus nooit overladen of helemaal ontladen en de pomp draait automatisch wanneer de batterij voldoende opgeladen is en stopt weer automatisch wanneer de batterij op een te lage spanning komt.

Ergens is er wel een nadeel bij deze opstelling en dat is dat de hele electronica erachter ook een beetje stroom verbruikt. 's Nachts of bij onvoldoende zonlicht zou het theoretisch dus kunnen dat de batterij toch te diep ontladen wordt wegens die electronische componenten. In de zomer gaat dit wellicht geen probleem zijn, maar in de winder mogelijks wel. Ik ken het opgenomen vermogen in stand-by niet van die componenten, dus eigenlijk heb ik geen idee hoe groot hun invloed gaat zijn op het ontladen van de batterij.
Nu heb ik ergens nog een instelbare lichtgestuurde schakelaar liggen. Als ik die vlak na de plus-pool van de batterij plaats dan dien ik enkel rekening te houden met het verbruik van die lichtschakelaar, die dan het hele zootje afschakelt wanneer er te weinig of geen licht is. Zou moeten werken, maar ik wacht daarmee tot na de feestdagen om dit te testen.
Wordt ongetwijfeld vervolgd.

Update 18 januari 2023

Het vervolg van het verhaal kan je hier lezen.

OVERZICHT                                VOLGENDE