Alle berichten van Harold Halewijn

De energie transitie – Zonnepanelen

Het eerste zonnepanelen project dat wij hebben gestart, stamt al uit 2008. Na een aantal maanden vergelijksmateriaal bestudeerd te hebben, besloot ik tot een bestelling van 20 Sharp panelen. Deze panelen hadden een kleinere maatvoering (100×130) dan tegenwoordig. Maar voor ons dak bleek dat verstandiger vanwege de vele dakramen die erin zitten. Met de kleinere maat kon ik dan een mooier sluitend geheel ontwerpen.

Dimensionering omvormer

Bij de 1e opdrachtverstrekking heb ik er uiteindelijk voor gekozen om 2 omvormers te kopen in plaats van 1. De theorie die ik daarbij heb gebruikt is de volgende;

Een omvormer die een kleiner vermogen heeft dan de totale hoeveelheid van de panelen, zal op zonnige dagen op zijn piekvermogen moeten draaien. De omvormer is een brok elektronica en elektronica heeft de vervelende eigenschap dat de technische eigenschappen van de componenten sterker verouderen bij zware belasting. Deze gaat namelijk gepaard met sterke warmteontwikkeling. De omvormer die mij eerst werd aanbevolen was een enkel-fase 3.3kW omvormer, terwijl de maximale opbrengst van de panelen 3.4kW kon bedragen. De dimensionering is dan 103%. Door te kiezen voor 2 omvormers van elke 2.2kW (totaal dus 4.4) is de dimensionering 85%. Een lagere dimensionering zal de levensduur van de omvormer verlengen. Een nadeel is dat de omvormers in de ochtend iets later zullen opstarten en in de avond iets eerder zullen stoppen. Er treedt dus een klein verlies op.

Zonnepanelen tip

Ik adviseer altijd goed te kijken naar de dimensionering en vooral aan de veilige kant te gaan zitten als de panelen oriëntatie zuid is. Dan is de belasting immers maximaal. Bij een Oost-West positionering kun je een kleinere omvormer nemen maar niet meer dan 110% dimensionering. Anders zal de omvormer toch weer sneller stuk gaan.

Groeien in stappen

In de tabel kun je alle gegevens van de verschillende projecten teruglezen. Bij de aanschafprijzen moet je je realiseren dat hierbij geen installatiekosten zijn opgenomen. Ik heb alles zelf aangelegd. Voor een volledig beeld zou je circa € 2.500 aan extra kosten voor de installatie moeten meetellen.

Installatie datum

Samenstelling

Wp

Opstelling

Aanschaf

Subsidie

Oktober 2008

Veld 1

20 x 170 Wp Sharp + 2x 2200 Wp omvormer

3.400 Wp

ZZW 30°

€ 17.020,-

€ 5,00/Wp

€ 15.560,-

SDE subsidie

in 15 jaar

Oktober 2012

Veld 2

26 x 195 Wp Sharp + 1x Kostal Piko 5.5 KWp omvormer (3 fase)

5.070 Wp

ZZW 30°

€ 7.360,-

€ 1,45/Wp

€ 650,-

SDE subsidie

eenmalig

Augustus 2015

Veld 3

12 x 170 Wp CIS + 2x Growatt 1000

2.040 Wp

ZZW 40°

€ 2.500,-

€ 1,23/Wp

€ 460,-

BTW teruggaaf

Mei 2018

Veld 4

4 x 280 Wp Canadian + SolarEdge uitbreiding

1.120 Wp

W 10°

€ 1.525,-

€ 1,35/Wp

0

TOTAAL

62 Panelen

11.630 Wp

 

€ 28.405,-

€ 2,44/Wp

€ 16.670,-

€ 11.735,-

 

Als je besluit om in stappen te groeien, realiseer je dan dat je bij een latere uitbreiding altijd te maken krijgt met nieuwe en dus andere panelen. Er zal altijd kleurverschil zijn, soms zelf verschil in uitvoering. Dat is echt iets om rekening mee te houden!

De aanleg van veld 3 betrof totaal 2 x 6 panelen, verdeeld over twee daken met 2 losse omvormers. Bij de aanleg van veld 4 zijn de 2 dakvlakken samengevoegd tot één en zijn 4 extra panelen in Westelijke richting geplaatst. De twee losse omvormers zijn vervangen door één SolarEdge omvormer met Power Optimizers. Dit is voordeliger dan losse omvormers voor elke oriëntatie en het bleek dat er in voor- en najaar nogal wat schaduw van het huis van de buren ontstond. De Power Optimizers van SolarEdge lossen het schaduw probleem op.

De financiële opbrengst van zonnepanelen

Ik heb de opbrengst van alle zonnevelden afzonderlijk bijgehouden. Voor de SDE-subsidie van Veld-1 is er zelfs een aparte verplichte opbrengstmeter geïnstalleerd die jaarlijks door Liander wordt uitgelezen.

Voor de berekening van de financiële opbrengsten is gemakshalve gerekend met een tarief van € 0,20 per kWh.

Jaar

Opbrengst kWh

Opbrengst €

Geinstalleerd vermogen

2008

300

€ 60

3.400 Wp

2009

2.283

€ 456

 

2010

2.867

€ 573

 

2011

3.042

€ 608

 

2012

3.193

€ 638

 

2013

8.792

€ 1.758

8.470 Wp

2014

8.650

€ 1.730

 

2015

9.074

€ 1.814

 

2016

10.333

€ 2.066

10.510 Wp

2017

10.171

€ 2.034

 

2018*

10.489

€ 2.098

11.630 Wp

TOTAAL

69.194

€ 13.835

 

* gemeten tot 13 oktober 2018, nu al een topjaar dus.

Totaal is er dus al ruim 69 MW elektrische energie opgewekt sinds 2012, goed voor ongeveer € 13.850 aan besparingen. Samen met de subsidies is dit ruim voldoende om de investeringen nu al terugverdiend te hebben. Laat de zon maar schijnen! De komende 15-20 jaar zullen deze panelen voor gratis energie zorgen.

Rendement kWp/jaar/kWh

Op basis van het geïnstalleerd vermogen en het opgewekt vermogen is het rendement van de zonnepanelen 10.500/11.600=97%. En dat is zeer goed. Overigens zie je in de tabel dat de eerste jaren dit rendement fors lager lag, circa 80%. Dit werd veroorzaakt door schaduw van een boom. Deze boom is daarna teruggesnoeid. Dat is wel iets om in de gaten te houden! Daarom ook de keuze voor een SolarEdge ontwerp voor de velden 3 en 4.

Salderen en winterverbruik

Zoals je wel zult begrijpen wordt onze volledige jaaropbrengst van circa 11.500 kWh gesaldeerd met het verbruik. Het overschot aan opbrengst in de zomer terug geleverd aan het net en wordt gecorrigeerd met het hoge verbruik in de winter. Als de salderingsregeling in 2021 of 2023 wordt vervangen zal ik meer gebruik moeten gaan maken van de slimme meters die ik heb geplaatst. Deze zullen er dan voor moeten zorgen dat de overdag opgewekte stroom zo efficiënt mogelijk voor eigen gebruik wordt toegepast. Bijvoorbeeld door het laadproces van de auto of de boot, maar ook de warmtepomp, de vaatwasser en wasmachine vooral overdag te laten draaien. Hierover meer in een volgende blog.

Het is in Nederland helaas ondenkbaar dat je met zonnepanelen op je eigen dak voldoende energie kunt opwekken om in de winter een warmtepomp aan te drijven. Ter illustratie; op een gemiddelde winterdag is de opbrengst slechts 15% van de piek WP (11.630), dus circa 1.750 Wp. Dat is onvoldoende voor de warmtepomp (2.350 Wp verbruik). Daarnaast is het aantal zonuren per dag, als het al zonnig is, zeer beperkt en levert nooit meer dan maximaal 5 uur instraling per dag in december en januari. Je zult dus altijd een netaansluiting nodig hebben!

 

De Energie Transitie in ons huis

In een serie nieuwe blogs zal ik het ontwerp en de keuzes toelichten die wij gemaakt hebben om ons huis aardgasvrij en energieneutraal te krijgen. In het artikel “Eén jaar aardgas vrij” heb je misschien al iets gelezen over de achterliggende motivatie en de verschillende stappen. Nu zal ik wat gedetailleerder uitleggen wat we hebben gedaan en wat de voor- en nadelen zijn geweest en welke investeringen we hebben gemaakt om het een en ander mogelijk te maken.

Begrippen

Vooraf is het verstandig om een paar begrippen te verduidelijken die je tegenkomt bij het verduurzamen van een woning.

EPC Energie Prestatie Coefficient is een index die de energetische efficiëntie van nieuwbouw aangeeft en wordt bepaald door berekeningen vastgelegd in de norm NEN 7120.
Gebouwgebonden energieverbruik Het energieverbruik voor ruimteverwarming, ruimtekoeling en ventilatie, warmtapwater, elektriciteit voor de hiervoor benodigde installaties en (forfaitair) verlichting; verlichting is hierbij inbegrepen omdat die post in de EPC meegerekend wordt.
Gebruikersgebonden energieverbruik Het energieverbruik voor ‘huishoudelijke’ apparatuur (keuken- en kantineapparatuur, TV’s, computers, kopieerapparaten, printers enz.) maar exclusief (forfaitair) verlichting (verlichting hoort bij het gebouwgebonden energieverbruik).
Materiaalgebonden energieverbruik Het energieverbruik voor de bouw inclusief productie en vervoer van de bouwmaterialen, het onderhoud en de sloop van de woning of het gebouw.
Een EPC-0 woning De woning of het gebouw heeft een EPC volgens NEN 7120 van precies nul. Alleen het gebouwgebonden energieverbruik op jaarbasis telt mee.
RC Waarde De afkorting RC staat voor Resistance Construction, oftewel de thermische weerstand van een constructiedeel. Met de Rc-waarde wordt de isolatiewaarde van constructies als een spouwmuur, een combinatievloer of dubbel glas aangeduid.
Energie Neutrale Woning Een energieneutrale woning is een huis dat met een normaal leefpatroon en normaal comfort over een heel jaar gezien evenveel energie gebruikt als dat het zelf opwekt.
Nul-op-de-meter Woning Een nul-op-de-meter woning is een huis dat op jaarbasis een totaal energieverbruik van precies nul heeft. Het betreft alle energieverbruiken die op de energiemeter(s) in de woning of het gebouw zichtbaar worden. Het gaat dus om het totaal van het gebouwgebonden plus gebruikersgebonden energieverbruik min de opbrengst van lokale duurzame bronnen.
Energienota-nul woning Een energienota-nul-woning heeft op jaarbasis per saldo een energienota van gemiddeld € 0. Hierbij wordt niet alleen gerekend met de kosten voor het totale energieverbruik, maar ook met de kosten voor vastrecht en met de teruggave van de energiebelasting. Onder het totale energieverbruik wordt verstaan het gebouwgebonden plus het gebruikersgebonden energieverbruik min de opbrengst van lokale duurzame bronnen.
Autarkisch Een woning of gebouw is autarkisch qua energie wanneer deze geheel zelfvoorzienend is. Er wordt alleen gebruik gemaakt van lokale duurzame energiebronnen. De woning of het gebouw is noch aangesloten op het gasnet noch op het elektriciteitsnet.

Onze woning is gebouwd in 1999/2000 met een EPC van 1.0 en een RC-waarde 3,5. Het energie label bestond nog niet in 2000 maar anders zouden we dit een Energielabel-B geven. Na alle maatregelen die wij vanaf 2006 hebben genomen zou op basis van deze definities onze woning nu een Energienota-nul woning zijn met een label A+++

Hoe hebben we dit behaald? Dat lees je in de volgende blogs.

Van het gas af: project tuinhuis

Een aardgasloos tuinhuis

Onze hoofdwoning draait al een tijdje zonder gas-cv. En sinds er ook een warmtepomp in gebruik genomen is, werd het tijd om ook het tuinhuis gasloos te maken.

Ons tuinhuis is een autonome woning van circa 45m2 die als Airbnb faciliteit wordt gebruikt omdat er geen officiële woonvergunning op verkregen kan worden. Wel een B&B vergunning. Vanaf begin maart tot eind november verblijven vrijwel dagelijks toeristen meerdere nachten achtereen in ons rustige dorp.

Het tuinhuis was vanaf de bouw in 2012 voorzien van een kleine moderne gas-cv-ketel die via een vloerverwarming de temperatuur regelde en warmwater leverde. Het gemiddelde gasverbruik lag bij permanente bewoning op circa 600m3. Voor de B&B is dat de laatste jaren zo rond de 350m3 per jaar omdat in de winter er geen gasten zijn.

Begin april 2018 heb ik een leiding tracé gelegd vanaf de hoofdwoning naar het tuinhuis. De dubbele 22mm flexfit buis is geïsoleerd in een pvc mantelpijp onder de grond gelegd.

Bij de aanleg van de warmtepomp had ik de leidingen in huis al aangelegd en naar buiten door de muur gevoerd. Ik hoefde nu dus alleen nog aan te koppelen. Ook voor de doorvoer het tuinhuis in was bij de bouw een extra mantelpijp in de fundering voorzien. Deze komt uit in een kleine lage kelder waar de verdeler voor de vloerverwarming hangt.

Er is in dit keldertje een extra pomp geplaatst die het water uit het grote buffervat van de hoofdwoning oppompt voor de vloerverwarmingsverdeler. Ook is er in het keldertje een klein 60 liter voorloopvat voor warmtapwater opgehangen. In de zomer hebben wij een overschot aan warm water door de zonneboilers. Door dit warme water door dit kleine voorloopvat te pompen, wordt het tapwater voorverwarmd tot maximaal 45 graden. Als in de winter de zonneboilers niet meer werken, is het water nog altijd 30-35 graden warm, geschikt voor de vloerverwarming maar dus ook voor dit voorloopvat.

Het tapwater in het voorloopvat wordt weer gevoed aan een gewone elektrische boiler van 80 Liter die het water verder opwarmt tot 65 graden, geschikt voor douche en (af)wassen.  Op deze wijze is er minder elektrische energie nodig voor de elektrische boiler. Het water is immers al voorverwarmd.

Hydraulisch schema De Vriendschap

De technische installatie in het tuinhuis is begin mei in werking gesteld. De CV ketel is verwijderd en de gasaansluiting in de hoofdwoning is nu geheel dichtgedraaid. Bij Liander loopt nu het verzoek tot opruiming van de meter. De pomp voor de vloerverwarming werkt autonoom via een kleine radiografische thermostaat. Vooral Amerikaanse of Aziatische gasten draaien de temperatuur graag op tot 24 graden. Die temperatuur wordt moeiteloos bereikt. De elektrische boiler heeft in de afgelopen 5 maanden circa 275 kWh verbruikt. Dat is aanzienlijk minder dan de fabrikant heeft opgegeven. Alle bij elkaar zal er een extra belasting van circa 350*8=2800 kWh op de totale warmte- en elektra installatie worden gedaan. Voor verwarming en warmtapwater.

De Cecilia vaart vanaf nu op Lithium accu’s. Eindelijk.

In januari 2017 (!!) schreef ik mijn laatste blog over de accu problemen. De kwaliteit van de AGM lood accu’s was zo slecht dat deze vervangen moesten worden. En na een grondige analyse (lees die laatste blog) was er maar één alternatief: een Lithium accu.

Ik heb in het voorjaar van 2017 een offerte aangevraagd bij Heijnsdijk, een leverancier van onderdelen voor het ombouwen van auto’s en boten. Heijnsdijk levert o.a. Winston cellen van 3.2 Volt nominaal en in diverse capaciteiten vanaf 80Ah. Door 16 cellen in serie te schakelen kom je op een 51,2 Volt accu. Heijnsdijk adviseerde mij 400Ah LiFePo4 cellen. Doordat je de cellen serieel koppelt is een uitgebreid BMS systeem nodig dat elke cel bewaakt en tijdens het laden elke cel apart balanceert. Het BMS kan dan via een zogenaamde Victron Assistent (software oplossing) aangesloten worden op de Victron Quattro inverters/chargers.

Er valt veel te leren over Lithium accu’s

Als je je verder verdiept in de Lithium accu technologie doe je veel kennis op. Lees vooral de artikelen van Battery University en bekijk de Youtube filmpjes eens van Jehu Garcia. Jehu bouwt zelf “Tesla” accu’s uit losse onderdelen. Waardevolle achtergrond info, bijzonder leerzaam! Bijvoorbeeld het verschil tussen een platte accu (telefoons) of een opgerolde penlite accu (Tesla). Technische achtergrond info die helpt om te bepalen welke Lithium Accu geschikt is voor welke toepassing.

Welke Lithium accu moet je dan kiezen?

Een kleine toelichting? Lithium is het lichtste metaal op aarde maar ook een instabiel metaal. De huidige generatie accu’s worden daarom ook niet meer van puur lithium gemaakt, maar er worden Lithium Ionen toegepast, daarom ook wel Li-ion of Lion Accu genoemd. Li-ion is veilig zolang je de voltage en stroom limieten niet overschrijdt. De accu bestaat uit een poreuze Carbon Anode waartussen de Li-ionen zitten gevangen als de accu is geladen, en een Li metaal oxide kathode. De anode en kathode worden gescheiden door een dunne elektrolyt bestaande uit een Lithium-zout oplossing. Innovatie en ontwikkeling heeft de afgelopen 10 jaar zowel aan de anode als aan de kathode plaatsgevonden. De anode is tegenwoordig van grafiet met een kleine toevoeging van silicium waardoor er een hogere dichtheid van elektronen kan plaatsvinden in geladen toestand.

Door verschillende materiaal toevoegingen aan de kathode worden extra eigenschappen aan de accu toegevoegd die ervoor zorgen dat er sneller geladen en/of ontladen kan worden of dat de accu juist geschikt is om langere tijd energie vast te houden zonder verliezen. Bekende varianten zijn LiFePo4 waarbij hogere laad- en ontlaadstromen mogelijk zijn. Maar de LifePo4 accu kent een geringe zelfontlading en is dus minder geschikt voor langdurige opslag en vraagt specifieke aandacht voor het balanceren van seriële cellen. Een ander type is de LiNiCoAlO (Nikkel, Cobalt en Aluminium), ook wel NCA genoemd. Deze heeft een nog hogere energie dichtheid maar ook een hogere interne weerstand en is dus minder geschikt voor het leveren van hoge stromen. Maar wel weer zeer geschikt voor opslagsystemen zoals bij Solar toepassingen. Victron levert sinds kort een NCA accu, specifiek gericht op solar opslag. De accu is veel goedkoper dan een LiFePo4 accu maar heeft wel last van warmte ontwikkeling en moet dus geforceerd gekoeld worden. Voor elektrisch varen is de accu minder geschikt doordat er helaas met lagere stromen gewerkt kan worden. En dan is er nog de NCM accu, ofwel Nikkel, Mangaan, Cobalt Oxide LiNiMnCoO2. Dit type is sterk in opkomst, heeft een hoge dichtheid, lage interne weerstand en grote mate van stabiliteit. En is bovendien goedkoper te produceren dan een LiFePo4 accu.

Lithium batterijen en de nominale spanning – belangrijk voor lader en omvormer.

Nadat ik met collega botenbouwer Daniel Boekel had gesproken over de mogelijkheid om Tesla cellen te gebruiken, heb ik toch besloten uit te zien naar een commercieel verkrijgbaar product. De Tesla cellen zijn gewone 18650 cellen (grote penlite batterij, 18 mm dik, 65mm lang) die als pack 22,5 Volt geven. In serie is dat 45 Volt maar vooral de spanning bij ontladen toestand van 32,5 Volt valt buiten de specs van de Victron inverters/chargers (36 Volt). Overigens kunnen de Tesla cellen zonder problemen overweg met grote laad en ontlaadstromen, juist zo belangrijk voor langdurig gebruik in een elektrische boot. In de Youtube filmpjes van Garcia leer je veel over de specifieke voordelen van de cilindrische 18650 cellen van Tesla en de bijzonder beveiliging die in de packs is ingebouwd.

De Winston LiFePo4 cellen die door Heijnsdijk werden voorgesteld, zijn ook geschikt voor mijn toepassing want ze kunnen een ontlaad stroom hebben van 3C, ofwel 3x400A. Ruim voldoende want in mijn sleepboot wordt de ontlaad stroom niet hoger dan 250A, met een enkele piek van 300A. Vergelijkbare cellen van Sinopoly kunnen ook 3C terwijl Calb maximaal 2C kan verwerken.

De nominale cel spanning van de LiFePo4 cel is 3,2 Volt dus met 16 cellen in serie geschakeld kom je op 51,2 Volt. Bij een diepte ontlading zakt de celspanning naar 2,8 Volt (44,8), bij laden tot maximaal 3,7 Volt (59,2). Dit zijn voltages die ik uitstekend kan verwerken met de Victron Quattro’s.

Elke Lithium Accu kun je gebruiken tussen SOC 10%-90%. Ofwel, diepte ontlading of overlading moet je zien te voorkomen om de levensduur maximaal te houden. De accu lader in combinatie met het BMS moet dus bescherming bieden door vlak voor het bereiken van de eindspanning het laadproces uit te schakelen.

Met een 400Ah accu heb je met een netto SOC van 80% dus circa 320Ah beschikbaar (90%-10%=80%xAh). De laad efficiency van een LiFePo4 cel is dan circa 95% ten opzichte van 80% van een loodaccu. Technisch zijn de LiFePo4 cellen dus superieur ten opzichte van lood accu’s. Een punt van aandacht is overigens dat je de losse cellen wel op de één of andere manier fysiek moet zien samen te bouwen. Met wat aluminium hoeklijn kom je een heel eind maar daarna moet je alle BMS printjes met bijbehorende bedrading solderen en samenkoppelen. Dat is nog even een klusje, misschien ook gevoelig voor storingen maar zo kun je wel heel modulair je eigen accu systeem samenstellen. Maar het is ook duur. De offerte van Heijnsdijk, compleet met het BMS, kwam op ongeveer € 11.500. En dat is best veel geld!

Een alternatief; een Lithium NMC accu van ACES Energy

Vanwege de hoge prijs heb ik eerst besloten nog een tijdje door te varen met de loodaccu’s. Maar deze winter was de capaciteit van de loodaccu’s nog maar goed voor circa 30 minuten elektrisch varen. Er moest dus wat gebeuren dit jaar.

Via mijn blog werd ik in januari benaderd door Wolter Buikema. Wolter heeft vanuit zijn belangstelling voor elektrisch varen en rijden een bedrijf gestart gericht op het ontwikkelen van Lithium accu’s. Dit bedrijf, ACES Energy BV is opgericht in 2015. In de jaren 2015 en 2016 hebben ze een heel programma van Lithium accu’s en laders ontwikkeld. In 2017 hebben ze ca. 100 samples verkocht aan bedrijven en zijn de accu’s in de praktijk getest. Deze accu’s zijn volledig in NL ontwikkeld, inclusief de BMS en de totale constructie. De productie vindt plaats in China.

Toen Wolter mij schreef over de technische eigenschappen van zijn accu’s leek het mij tijd om eens kennis te maken. Hij beschreef een paar technische eigenschappen die ik bij andere aanbieders nog niet had gevonden. En zo kwam het dat wij elkaar troffen tijdens Boot Holland in Leeuwarden. En lang verhaal kort; ik heb 2 stuks ACES Lithium Accu’s type AL48V200HP besteld en inmiddels na 5 maanden levertijd, geleverd gekregen.

Wat maakt deze accu dan zo uniek ten opzichte van de losse cellen van Winston, CALB of Sinopoly? Ten eerste is dat de gekozen materiaal toevoeging. Dit is dus een Nikkel Mangaan Cobalt accu in plaats van het gangbare LiFePo4. De NMC accu heeft weliswaar een iets hogere interne weerstand maar de laad- en ontlaadstroom is nog steeds meer dan voldoende voor mijn toepassing.

De 200Ah accu kent een maximale continue ontlaadstroom van 180A (400A 10s). In de gedrukte specificaties wordt gesproken over 1C, dus 200A.

De accu is een compleet IP67 gesealde RVS kist die een spanning geeft tussen 42V en 58V, afhankelijk van de geladen toestand (SOC). Met 2 van deze accu’s parallel geschakeld heb ik dus een 48 Volt 400Ah accu bank die met een SOC tussen 10% en 90% dan 320Ah capaciteit biedt met een maximale continue ontlaadstroom van 360A.

Maar het meest bijzondere aan deze accu is dat het BMS maar ook diverse beveiligingssystemen compleet ingebouwd zitten in de kist. Je hoeft er dus geen BMS meer bij te zetten! Zelfs een zekering is niet meer nodig omdat de accu kortsluitveilig is en beveiligd is tegen te hoge ontlaadstromen, overlading, onderlading, temperatuur, e.d. Gewoon plaatsen, aansluiten en gaan. Fantastisch toch?

Uitbouwen, inbouwen en aansluiten

De 16 lood accu’s waren op speciaal gemaakte rekjes tussen de spanten in de boot ingebouwd en verdeeld in de boot voor een ideale gewichtsverdeling. De 16 accu’s loskoppelen en verwijderen is wel een pittige klus geweest. Ik heb de mogelijkheid aangegrepen om de vrijgekomen ruimte opnieuw te benutten voor boiler en hydrofoor waardoor er elders kastruimte vrijkwam.

De ACES accu’s, elk 85 cm lang, 85 kg zwaar en 33 cm breed/hoog kregen een nieuw plekje onder het bed. Het past allemaal precies. Het scheelt natuurlijk wel ruim 800kg aan gewicht maar daar merkt de boot vrijwel niks van. Aansluiten was een fluitje van een cent. Met een leuke verrassing. Normaliter krijg je een forse klap als je de Victron omvormers met een accu verbindt, de condensatoren moeten zich immers weer opladen en een accu schakelaar gebruik je niet bij dit soort spanningen en ampères. De ACES accu gaf gewoon geen stroom, geen vonk, geen klap. De accu schakelde pas na een tiental seconden zachtjes in. Je hoorde een paar relais in de kist aan/uit schakelen. Dat was alles. Mooi voorbeeldje hoe het dus ook kan.

Victron Quattro instellingen voor ACES accu.

Er is vrij weinig dat aangepast hoeft te worden in de instellingen van de Victron Quattro omvormers. De Voltage- en Temperature Sensor sluit je op eenzelfde manier aan, hoewel de temperatuursensor er dus niet toe doet. Maar zonder temperatuursensor werkt de Victron niet. De Voltage sensor is noodzakelijk om eventuele kabelverliezen te compenseren tijdens het laadproces.

Het meest ingewikkelde is eigenlijk het kiezen van de juiste laad curve., zie de afbeelding hierboven. De Victron acculader is oorspronkelijk bedoeld voor loodaccu’s. Deze kennen verschillende stadia waarbij laadstroom en laadspanning in tijd variëren. Van bulk (lage spanning, hoge laadstroom) gaat het proces over naar de absorptie fase (hoge spanning, lage stroom). En bij een drietraps lader wordt er na afloop teruggeschakeld op een zogenaamde float spanning. Alleen natte loodaccus kennen nog een periodieke egalisatie fase met een extra hoge spanning. Die is funest voor Lithium accu’s en moet dus uitgeschakeld worden. En eigenlijk is zelfs de absorptie en float fase verkeerd. Tijdens absorptie kan de spanning namelijk te lang te hoog blijven. En een Lithium accu mag je niet onder een float spanning houden, dan gaat de accu kapot. Kijk maar eens naar telefoons waarbij de platte accu na enkele jaren dikker en dikker wordt en uiteindelijk letterlijk uit z’n jasje knapt.

Ik heb als eerste test de volgende parameters ingesteld:

Absorptie voltage 57,0 Volt
Float voltage 53,0 Volt
Charge Current 70A (per lader)
Max. Absorption time 1 hr

Dit heeft geresulteerd in de volgende curve:

Bij de start is de geladen toestand SOC onbekend, het is namelijk een nieuwe accu. Ik veronderstel dat deze is geleverd in een toestand van circa 40%. De spanning bedroeg op dat moment 51.0 Volt. De laders hebben (beperkt door de walstroom aansluiting) een laadstroom van 85A gegenereerd. Bij het bereiken van de absorptie spanning van 57.0 Volt wordt de laadstroom teruggebracht tot 5% van de opgegeven Ah waarde: 5%x400Ah=20A.

In de grafiek is een korte load test te zien met een piek ontlading van circa 250A. Daarna is de instelling voor de aborptiespanning tijdelijk verhoogd naar 57,5 Volt en is het laden nog een uurtje vervolgd.

SOC ontlading tot 18%

De tweede test is een ontlading tot SOC 18% door totaal 3 uur vaartijd en een lading vanaf de generator tijdens het varen. De maximale piekbelasting is 225A, de maximale laadstroom via de generator is 180A. Dit is minder dan de berekende waarde van 3x70A en komt door een te hoge temperatuur waardoor de laadstroom automatisch wordt gereduceerd. Ik moet nog wat aandacht aan koeling geven….. Totaal is er in deze sessie 302Ah * 51 Volt = 15,4 kWh elektrische energie verbruikt.

Weer terug naar geladen accu, SOC=96%

De laatste grafiek toont het laadproces via de walaansluiting. Bij de vorige sessie was er via de generator geladen tot een SOC van circa 65% (52 Volt). Via de walstroom met een laadstroom van wederom circa 85A loopt de spanning weer op tot 57,15 Volt. De laadstroom neemt dan weer af totdat na 1 uur absorptie fase de float fase wordt ingeschakeld. Er wordt dan geen laadstroom meer gegenereerd. Volgens de batterij monitor was op dat moment de SOC 96,5% en was de batterij dus nog niet helemaal vol. Belangrijk om te beseffen is dat er nog geen goede kalibratie is uitgevoerd. In een volgende test zal de ik de absorptie spanning nog iets verhogen tot 57,5 Volt. Dat is nog steeds onder de opgegeven grenswaarde van ACES van 58,5 Volt.

Vragen voor de volgende test

De vraag is natuurlijk wanneer 100% SOC wordt behaald? Is dat bij 58,5 Volt? En wat is dan de SOC bij 58 Volt? Of andersom geredeneerd, wat is een veilige spanning bij 95%? En hoe lang zou de absorptie spanning gehanteerd moeten worden of moet na het bereiken van de absorptie spanning de lader direct afgeschakeld worden?

Uiteindelijk wil ik de opgedane ervaringen delen met ACES Energy zodat zij een manual kunnen samenstellen voor nieuwe klanten. Ik moest het nu doen met zeer summiere informatie op de accu afgedrukt en aangevuld met een A4-tje met wat overige info.

En wat doen we met die 16 stuks lood accu?

Die staan nu buiten in de regen te wachten totdat we een Energy Storage System, denk aan een Tesla Power Wall, gaan bouwen. Een klusje voor in de winter.

Praktijkervaringen met Victron omvormers voor Elektrisch Varen

Mijn sleepboot van 22 ton is uitgerust met een industriële draaistroommotor die op krachtstroom (380 Volt wisselspanning) draait. Daarmee is mijn gekozen concept van elektrisch varen afwijkend van andere projecten waarbij er over het algemeen gekozen wordt voor een gelijkstroommotor. Bijvoorbeeld een Brushless DC-motor die direct via een motorcontroller aan een 48-96 volt accu is gekoppeld of een DC controller die via accu’s een AC inductiemotor aanstuurt waarbij de spanningen wel tot honderden Volts kunnen oplopen, net zoals in een elektrische auto.

De reden om te kiezen voor een industrie draaistroommotor heb ik in een ander artikel toegelicht. Om dit type motor via een frequentie regelaar te kunnen laten draaien, is dus een 3-fase krachtbron noodzakelijk. Dat kan via een krachtige 3-fase generator of via een aantal omvormers van Victron die speciaal worden geschakeld in een 3-fase setup. Dit laatste heb ik gedaan met behulp van 3 stuks Victron Quattro’s 5000 die samen maximaal 12 kW energie kunnen leveren via accu’s of in een hybride setup samen met de generator (theoretisch) tot 48 kW kan leveren. Vanaf het moment van bouwen heb ik veel kennis opgedaan van de Victron’s en dan met name van de enorme hoeveelheid instellingen die je kunt verrichten. In dit artikel behandel ik de belangrijkste omdat deze van toepassing kunnen zijn bij gelijksoortige projecten. Maak er gebruik van zou ik zeggen.

Victron Software tools

Er zijn twee mogelijkheden om de Victron’s te configureren; VE.bus System Configurator verbonden met een USB-adapter aan de Ve.bus of dezelfde tool via VE Power Setup met behulp van een Internet verbinding via een Victron CCGX. Gebruik altijd de directe USB (COM) verbinding en niet de remote verbinding. Hoewel de remote verbinding via VRM ook de VE.bus System Configurator opstart, blijkt met name de 3-fase configuratie setup niet geheel hetzelfde resultaat op te leveren.

Met name de 2e AC input wordt via de remote VRM setup altijd op ‘Switch as group’ ingesteld. Dat is handig voor de generator maar niet altijd noodzakelijk voor de wal aansluiting. Want die wil je misschien wisselend in 1-fase of in 3 fase kunnen aansluiten. Vink deze optie voor Input 2 dus uit zodat je zowel 3-fase als 1-fase kunt laden.

TIP: gebruik altijd VE.bus System Configurator verbonden met een USB-adapter.

TIP: schakel AC Input 2 switch as group uit om zowel 3-fase als 1-fase walstroom te kunnen gebruiken.

Firmware Victron Quattro en Current Boost factor

Voor de Victron’s zijn er twee soorten Firmware via Victron te verkrijgen: met of zonder Assistants. In principe kun je zonder de Assistants uit te voeten, tenzij je een speciaal BMS voor Lithium accu’s van plan bent te gebruiken. De Generator Start/Stop functionaliteit (zie verderop) heb je niet nodig als Assistent. En experimenteer nooit met Assistents want ze laten software sporen achter waar je later last van kunt hebben. Die sporen kun je alleen wissen door een nieuwe Firmware installatie uit te voeren.

Firmware versie 26xx159 was de versie die met mijn Quattro’s was uitgerust. Hier heb ik een aardige tijd mee gevaren maar met name op vol vermogen stopten de omvormers ermee. Er is één parameter die hiervoor verantwoordelijk is: Power Assist Current Boost Factor. De waarde van deze parameter kan in de oude firmware tussen 1.0 en 3.0 ingesteld worden en bepaald de hoeveelheid stroom (current) die door de inverter wordt toegevoegd aan de stroom die afkomstig is van de generator.
Als ik op full power wil varen heb ik 37kW nodig, ofwel 37.000/400 (Volt) = 93A. De maximale stroom die de generator kan leveren is 65A, ik kom dus 32A tekort. De inverter zal dus via Power Assist stroom moeten bijleveren en gebruikt hiervoor de Current Boost Factor parameter om te bepalen hoeveel stroom dat is: AC1 Input Current Limit (= max gen current, = 65A) en vermenigvuldigt dit met de factor (minimaal 1, maximaal 3). Dus bij factor 1 zou de inverter dan ook 65A moeten leveren. En dat kan natuurlijk niet want de inverter kan maximaal 4kW = 20A leveren. Het resultaat is dat de inverter overbelast wordt en zichzelf uitschakelt.

Een lagere waarde dan 1.0 voor Assist Current Boost Factor kan pas vanaf firmware 26xx4xx ingesteld worden. De te kiezen waarde is afhankelijk van de maximale generator stroom en de zwaarte van de omvormers. Vermoedelijk redeneerde Victron bij de oude firmware nog vanuit het gegeven dat iedereen met een generator werkt die kleiner is dan de omvormers. Maar met elektrisch varen in een hybride systeem is dat dus juist niet het geval. In mijn geval werkt de situatie het beste met een waarde van 0.3. In de praktijk betekent dit dat maximaal 0.3*65A = 20A bijgeleverd kan worden. Dat is haalbaar voor maximaal 30 seconden en voldoet om snelle belastingen op te vangen. En voor full power kan continue 10-15A bijgeleverd worden aan de generator, genoeg om 48kW voorstuwingsvermogen te leveren (afgeregeld op 37kW maximaal)

TIP: gebruik Firmware versie 26x4xx als de generator stroom > is dan de maximale stroom van de inverter.

Victron functies die je niet moet gebruiken

Er zijn ook functies die handig lijken maar die je juist niet moet gebruiken. De belangrijkste is de UPS Function. Deze moet je ten allen tijden uitschakelen. Ook de Virtual Switch (VS) houd ik uitgeschakeld. De belangrijkste functie die VS kan leveren is het automatisch aan- en uitschakelen van de generator. Dit laat ik uitvoeren door de Victron CCGX. De paramaters die je in de CCGX kunt instellen zijn veel uitgebreider. Er is bovendien een risico bij besturing van de generator via de Victron omvormers. Als de omvormers uitgeschakeld worden door een ernstige fout, zou dit tot gevolg kunnen hebben dat ook de aansturing van de generator wegvalt en je dus stroomloos wordt. De CCGX is in mijn situatie dus een extra beveiliging. Bovendien kun je op de CCGX instellen dat een reset of powerdown van de CCGX zelf geen gevolg heeft voor de generator autostart functie. En daarnaast heb ik ook nog eens ingesteld op de generator dat een autostop functie via een timer van 180 seconden werkt.

TIP: gebruik de CCGX Genset Auto Start/Stop functie ipv de Virtual Switch of Assistents functie.

TIP: Schakel UPS functie UIT.

Geen verschillende spanningsgroepen meten met CCGX

De omvormers draaien op 48 Volt maar ik heb ook een 24 volt systeem in gebruik waarop de gehele automatisering, boordlichten, marifoon, koelkast en diverse pompen draaien. Het 24 Volt systeem is geheel gescheiden en heeft daarom eigen accu’s, een eigen oplader, een eigen batterij management systeem en kabelsysteem. En ik heb 2 zonnepanelen op het dak liggen die de 24 Volt accu’s opgeladen houden. Daarvoor wordt een Victron MPPT lader gebruikt en deze heeft een VE.direct interface die je direct op de CCGX kunt aansluiten en kunt monitoren. Dat werkt maar geeft een verwarrend plaatje op het scherm omdat de CCGX denkt dat de MPPT lader de primaire (48Volt) accu laadt. Maar dit levert ook regelmatig een error #6 waardoor het gehele Victron systeem uitvalt en herstart moet worden.

Dit probleem doet zich voor als het 48 Volt systeem in de absorptie fase zit terwijl de 24 Volt zonnelader schakelt naar Float. Dan raakt de VE.Bus in de stress en schakelt alles af. Je kunt een herstart dan alleen uitvoeren door alle omvormers via de hardware schakelaars uit te zetten en na enkele seconden weer aan te schakelen. Een software reset helpt dus niet. Error #6 is niet gedocumenteerd. Ik kon de oorzaak alleen achterhalen door nauwgezet de logfiles via de VRM portal te analyseren.

TIP: koppel geen verschillende boardnetten via één Victron CCGX VE.Direct interface maar gebruik hiervoor individuele CCGX netwerken. Of beperk je tot het primaire systeem.

Wil je meer weten over Victron Energy producten? Kijk dan ook eens op de website van Hetslimmehuis.

Lithium Accu’s

Ik heb eindelijk nieuwe Lithium accu’s besteld ter vervanging van de AGM lood accu’s. Dat zal tot gevolg hebben dat de laadkarakteristieken van de Victron laders aangepast moeten worden. De ACES Lithium accu’s hebben een eigen ingebouwd BMS dus ik hoef geen gebruik te maken van een extern BMS of van Temperatuur sensor/Spanning sensor van Victron. Hierover zal ik een apart blog artikel schrijven met mijn bevindingen. Ik hoop dat de nieuwe accu’s begin juli binnen komen maar zal daarna nog wel enkele weken bezig zijn met inbouw omdat ik hiervoor verschillende aanpassingen moet verrichten in de boot. Wordt weer vervolgd…….