Zonnestroom aan boord van Romlea.

De installatie om met behulp van (zon)licht stroom op te wekken, bestaat uit de volgende onderdelen:


Specificaties.

 Zonnepanelen.
De zonnepanelen leveren onder gestandaardiseerde omstandigheden maximaal 295 Watt per stuk. In totaal kan dus 590 Watt geleverd worden. Bij een accuspanning van 12 volt, loopt er in dat geval een laadstroom van 49,2 Ampére door de accu's.
De open klemspanning van de panelen bedraagt 63,7 Volt
De kortsluitstroom van de panelen bedraagt 6,0 Ampére.

 Controller.
De controller zet de stroom van de zonnepanelen om in een voor de accu's acceptabel voltage. Aan de ingangszijde accepteert deze controller maximaal 100 Volt, aan de uitgangszijde levert de controller maximaal 50 Ampére.
De Victron controller is voorzien van een zogenaamde VE.Direct poort. Daarop is een bluetooth dongle aangesloten. Met deze dongle kunnen via de VictronConnect app, updates van firmware geïnstalleerd worden en kan met behulp van de app bijvoorbeeld ook de productie uitgelezen worden. Omdat het VE.Direct protocol goed beschreven is door Victron, kunnen deze gegevens ook uitgelezen worden met een microcontroller, zoals de Arduino. Inmiddels is dit overigens gerealiseerd.

Aansluiting.
De zonnepanelen zijn parallel (en dus niet in serie) op de controller aangesloten. Dit is gedaan om:

 

Eind 2018 is een tweede Victron MPPT 100 | 50 laadcontroller geplaatst. Dit om te voorkomen dat de laadcontroller een single point of failure is. Als een zonnepaneel kapot gaat, zal de andere blijven leveren. Als een controller kapot gaat, kunnen beide zonnepanelen op de overgebleven controller aangesloten worden. Zo wordt het risico op productieverlies van zonnestroom maximaal beperkt.


Verbruikers.
We hebben een aantal verbruikers aan boord, die werken op 230 Volt. Onder andere: Vanzelfsprekend worden deze apparaten voorzien van 230 Volt, door middel van twee omvormers, die van de accuspanning 230 Volt maken.

Daarnaast de stroomverbruikers die werken op 12 volt, onder andere:
De boot is voorzien van drie accu's
Stroomopwekking.
Op 30 mei 2017 zijn de zonnepanelen in de loop van de middag in gebruik genomen en zijn ze stroom gaan leveren.
In onderstaande tabel zijn de productiekenmerken over de maanden juni tot en met december 2017 opgenomen.



In 2018 is voor het eerst een vol jaar zonnestroom geleverd. In onderstaande tabel zijn de productiekenmerken over geheel 2018 opgenomen.



Op eerste kerstdag 2018 hebben we de mijlpaal van 1 MWh opwek bereikt.

De berekening van het aantal Ah uit het aantal Watt's is een lastige en daarom een benadering.

Het nominale voltage van de accu's is uiteraard 12 Volt, maar omdat de accuspanning bijna altijd meer dan dat bedraagt, is gerekend met 13 Volt.

Uit deze tabel zijn een aantal zaken af te leiden:


Deze tweede conclusie vraagt om enige toelichting.
De algemene regel aan boord is om de beide service-accu's zo vol mogelijk te houden. Hoe minder ontlading per keer, hoe langer ze meegaan.
We vinden het daarom noodzakelijk om aan actief stroombeheer te doen. Daarmee bedoelen we dat we zoveel mogelijk gebruik en productie op elkaar afstemmen. Als er veel opbrengst is, gebruiken we veel (elektrisch water koken, water maken, brood bakken), als er weinig productie is, verminderen we het gebruik zoveel mogelijk (water koken op gas). Daarnaast proberen we zo veel mogelijk te gebruiken als er tegelijkterijd ook opwek is. Dus 's nachts zullen we niet snel een brood bakken. De energiebalans kan gesloten zijn, het volgende voorbeeld maakt duidelijk waarom dit belangrijk is.

In voorbeeld 1 bakken we 's nachts een brood, in voorbeeld 2 overdag.
In beide gevallen is de energiebalans gesloten, maar voorbeeld twee is gunstiger voor de accu's.
Stel we hebben een capaciteit van 100 Ah beschikbaar.

 Voorbeeld 1.

Start-accucapaciteit 100 Ah
Verbruik broodbakmachine 40 Ah
Opwek gedurende het brood bakken 0 Ah
Accucapaciteit na het bakken 60 Ah
Opwek de volgende dag 40 Ah
Eind-accucapaciteit 100 Ah


Voorbeeld 2.

Start-accucapaciteit 100 Ah
Verbruik broodbakmachine 40 Ah
Opwek gedurende het brood bakken 20 Ah
Accucapaciteit na het bakken 80 Ah
Opwek na brood bakken, dezelfde dag 20 Ah
Eind-accucapaciteit 100 Ah


In voorbeeld 1 wordt de accu uitgeput tot een restcapaciteit van 60%, in voorbeeld 2 tot een restcapaciteit van 80%. Hoewel de energiebalans in beide gevallen gesloten is, is voorbeeld 2 toch beter voor de levensduur van de accu's.

Kosten.
De totale installatie (zonnepanelen, controller, kabels en frame waarop de panelen gemonteerd zijn, heeft circa € 2.500,00 euro gekost. Iedere kWh extra die opgewekt wordt, zorgt voor verlaging van de prijs per kWh. In oktober 2017 passeerden we de 250 kWh opwek, waarmee de prijs per kWh gezakt was tot € 10,00 per kWh. Deze prijs is natuurlijk niet te vergelijken met de prijs die thuis voor een kWh betaald moet worden, maar gaat wel meer zakken naarmate er meer opgewekt wordt. Op 31 december 2017 is de prijs per kWh gezakt naar € 6,96.

Kostenvergelijking.
Stel dat we geen zonnepanelen gehad hadden (en ook geen windmolen, sleepgenerator, schroefasgenerator of welke andere stroomopwekker aan boord dan ook), dan hadden we stroom op moeten wekken door de motor te gebruiken en de stroomvoorziening via de dynamo moeten regelen. De motor laten draaien kost uiteraard geld, de voornaamste post is brandstof (diesel), maar ook onderhoud (olie, filters etc). Het mee laten tellen van afschrijving lijkt niet zinvol voor een motor van 30 jaar oud.

Ik zal me beperken tot een berekening voor alleen diesel, met daarna een aantal kanttekeningen:

Een liter diesel heeft volgens Wikipedia een energie-inhoud van 10 kWh per liter.
Het rendement van de dieselmotor (zonder turbo) stel ik op 20%.
Een liter diesel levert daarom een netto-opbrengst op van 20% * 10 kWh/ltr = 2 kWh/ltr. Dit komt neer op 1 kWh per 500 ml diesel.
Een liter diesel kost voor het gemak € 1,50.
1 kWh opbrengst kost daarom 0,5 * € 1,50 = € 0,75.

De investering in zonnestroom bedroeg circa € 2.500. Om op een prijs uit te komen van € 0,75 per kWh, moeten we dus € 2.500 / € 0,75 = 3.300 kWh aan stroom opwekken. We zullen zien hoeveel jaar we daadwerkelijk nodig hebben om die opbrengst te bereiken.

Kanttekeningen.
Op bovenstaande berekening is een hoop af te dingen, daarom is de berekening ook niet erg realistisch, maar wel leuk.


Kortom, nogmaals, de berekening is leuk, maar niet erg realistisch. De kostprijs voor een kWh gemaakt met de motor ligt hoger dan de berekende € 0,75. Stel dat deze door bovenstaande kanttekeningen in realiteit € 1,00 / kWh bedraagt, dan hoeven we "nog maar" 2.500 kWh op te wekken om pariteit te bereiken.

Het begrip kWh is in de wereld van accu's een beetje een lastige. Immers, de capaciteit van een accu wordt uitgedrukt in Ah.
Nu is de omrekening van kWh naar Ah niet zo moeilijk, maar het is wel lastig om te bepalen met welke accuspanning gerekend moet worden. Deze varieert namelijk door laden en gebruik zo tussen de 12,2 en 14,7 Volt. Om behoudend te zijn, reken ik hier met een accuspanning van 13 Volt. 250 kWh opbrengst komt in dat geval neer op ruim 19.230 Ah. Niet slecht!

In onderstaande grafiek is de integrale scatterplot opgenomen over 2017 en 2018.
In deze plot is over 2017 (blauw) en 2018 (rood) de correlatie opgenomen tussen dagopbrengst (Wh, x-as) en max vermogen (W, y-as).




De plots over 2017 en 2018 komen behoorlijk overeen. Het vaargebied is kennelijk niet van invloed op deze, overigens zwakke, correlatie. Goochelen (is iets anders dan Googelen) met cijfers blijft leuk.

En voor de liefhebbers van statistiek:





In onderstaande grafieken is de opbrengst op een heldere zonnige dag per uur weergegeven.
De laadstatus is de gehele dag in "Bulk"gehouden (door voldoende belasting van de accu's te vragen), waardoor de zonnepanelen maximaal vermogen hebben kunnen leveren. Deze grafieken zijn opgetekend op 4 november 2018 in een jachthaven in Buenos Aires. Het "dipje"in de "gauss-curve is veroorzaakt doordat de mast een schaduw wierp over de zonnepanelen.





Terug naar beginpagina