Zonne stroom project

Al een hele tijd had ik de wens om huis en hobbyactiviteiten te kunnen voeden vanuit een eigen energievoorziening. Dit om bij spanningsuitval van het net gewoon door te kunnen gaan met waar ik ook mee bezig zou zijn. Zonnepanelen met een accubuffer paste het beste bij deze gedachte. Onderhoudsvrij, een enkele poetsbeurt daar gelaten, en de zon is gratis. In diverse publicaties is te lezen dat ze ook bij bewolkte hemel nog spanning afgeven. Met een paneel een accu opladen en daar ook in de donkere uurtjes profijt van hebben klinkt ideaal. Ik ging er hierbij vanuit dat een paneel zeker 6 uur per dag vermogen levert. De praktijk bleek anders.

Een zonnepaneel geeft inderdaad spanning af als er licht op valt. Maar vermogen komt er pas echt af als er voldoende zon op staat. Om ook in de winter nog voldoende vermogen beschikbaar te hebben in de donkere avonduren is er heel wat paneelvermogen nodig en ook een forse accu. Na de eerste experimenten is het ideaal behoorlijk bijgesteld, en de wens om alleen de meeste hobbyactiviteiten vanuit het zonnepaneel te kunnen voeden heb ik later ook maar laten varen. Dit nadat ik wat grafieken gezien had over de opbrengst van een PV installatie door het jaar heen.

De eerste experimenten

Het is 2003 als ik met de eerste experimenten begin. Bij Conrad een paneel gekocht (AS120) van 120Wp voor de lieve som van € 720,- (Jaren later zou je voor dat geld panelen met heel wat meer vermogen kunnen aanschaffen.) Daarbij hoort ook een laadregelaar voor de accu. De keus viel op een model van IVT.

Via mijn werk kon ik twee auto accu's aanschaffen die korte tijd voor een experiment gebruikt waren. En via een kennis kon ik het prototype van een omvormer 12V naar 220V bemachtigen. Hiermee was de eerste set-up compleet en zou ik mijn woning met zonnestroom kunnen voeden.

De eerste set-up. Laadregelaar, accu's en omvormer. En wat meetapparatuur. De voeding naar de huisinstallatie deed ik via een stopcontact, natuurlijk wel eerst de hoofdschakelaar in de meterkast uitgeschakeld! Het werkte wel, maar de koelkast had zoveel stroom nodig dat dit feest al na korte tijd voorbij was.

(Ik was toen nog niet getrouwd. Dit soort experimenten konden gewoon in de huiskamer plaats vinden ;-) )

De eerste opstelplaats van het paneel. Het was de bedoeling om het paneel met een motor op een mast tegen de gevel te plaatsen om de zon te kunnen volgen. (Een ideaal wat bij die woning nooit verwezenlijkt is.)

Nieuw huis, andere mogelijkheden.

De nieuwe situatie: een berging met een plat dak en makkelijk bereikbaar. Het paneel staat al draaibaar opgesteld. De voet hiervoor is flink verzwaard met een stel dikke tegels. Dat is nodig gebleken...

18 januari 2018: Ik kreeg op mijn werk van mijn vrouw een telefoontje dat het zonnepaneel van het dak was gewaaid. De schade aan het paneel bleek mee te vallen. Het is weer terug geplaatst maar met twee extra tegels zoals hierboven te zien is.

De nieuwe testopstelling op de nieuwe locatie. Een 12V accu voor de tuinverlichting en een omvormerset om 230V terug te kunnen leveren.

De laadregelaar is een serie regelaar die het paneel loskoppelt als de accu vol is. Daardoor is, bij volle accu, de volle paneelspanning beschikbaar voor de 230V set.

De 230V set bestaat uit een QS2000 omvormer en een tweede, met restmateriaal zelf geknutselde, omvormer om de spanning van het paneel wat op te krikken. De QS2000 heeft aan 20V niet genoeg om op te starten.

Zon volgen (1e poging)

Het rendement van een solar installatie kan verhoogd worden door de panelen de zon te laten volgen. Op internet zijn van zo'n volgsysteem vele voorbeelden te zien. En de techniek daarvoor zou weinig voorstellen. Twee lichtgevoelige cellen en een verschil versterkertje wat een motor stuurt. De lichtgevoelige cellen worden zo gemonteerd dat ze alleen evenveel licht krijgen als de zon er recht op staat. Dat kan met een schotje ertussen, of door ze onder een hoek te monteren. Lijkt simpel, dus daar maar eens mee begonnen.

De eerste proef: De sensor. Twee LDR's onder een hoek met ook nog een schotje ertussen. Moet goed gaan.

Hier, als proef, gemonteerd op het paneel. De behuizing is lichtdoorlatend.

Het besturingsprintje achter de LDR's. Ik had nog een printje liggen waarop twee opamps gemonteerd konden worden. Een stukje experimenteerprint met daarop een connector en twee relais maakt de opstelling compleet om te koppelen met de beschikbare rotor besturing.

Uiteindelijk werd het een flop.Een belangrijke reden hiervoor was het niet teruglopen van het paneel naar oost in de ochtend. De LDR's worden dan beide van achteren belicht waardoor er nauwelijks verschil weerstand is en er niks gebeurd met de sturing van de motor. Ook leek het erop dat de karakteristiek licht/weerstand van beide LDR's niet gelijk liep op de momenten dat de zon wel de LDR's kon belichten. Het paneel volgde in die situaties de zon niet goed genoeg naar mijn zin.

Ik kreeg de tip om iets te doen met een Arduino. Daar zijn programma's voor die een motor aan kunnen sturen om een hemellichaam te kunnen volgen. Maar hoe betrouwbaar is zoiets? Is zo'n programma voorzien van een beveiliging tegen vastlopen van de software? Ik heb te vaak meegemaakt dat µP bestuurde systemen ineens anders reageren dan gewenst. Daarom geen op een µP gebaseerde besturing maar een simpele klok met potmeter en een systeempje wat de spanning van de potmeters van de rotor en klok vergelijkt en dan de rotor aanstuurt.

Zon volgen (2e poging)

Een nieuwe poging. Nu met een redelijk eenvoudig systeem met een mechanische klok met een potmeter en een vergelijkschakeling waarmee de relais voor de motorsturing bestuurd worden.

Potmeters die onbeperkt rond kunnen draaien zijn niet erg dik gezaaid, dus zelf maar iets bedacht. Een normale potmeter heeft een draaihoek van zo'n 270gr waarin de weerstand veranderd. Zoveel hoeft een paneel niet te draaien. In mijn situatie is ca 180gr voldoende. Maar wel moet de potmeter oneindig door kunnen draaien. Deze wordt tenslotte gekoppeld met een mechanische klok, een schakelklok in dit geval. In de junkbox lag nog een draadgewonden potmeter die daarvoor geschikt te maken was. De eindstop verwijderd en het stukje waar geen weerstanddraad zat opgevuld met een 2-componenten kit zodat de loper er overheen kon glijden naar de andere kant.

Het resultaat van wat uren knutselen. De klok (uit een kringloopwinkel) is een type wat geschikt was voor buiten. Deze was voorzien van klepjes. Die zijn eraf gehaald en de steuntjes hiervan zijn gebruikt voor een montagesysteem voor de potmeter.

Het voordeel van deze simpele manier van monteren is dat eventuele oneffenheidjes in het op de schijf lijmen van de potmeterknop makkelijk opgevangen kunnen worden.

De schakelklok heeft ook als functie het systeem 'smorgens in en 'savonds weer uit te schakelen.Omdat de potmeter een regelgebied van 270gr heeft en de rotorpotmeter 360gr, was nog een serieweerstand nodig om die 90gr te compenseren. Dan klopt het spanningsverschil weer met de draaihoek.

De nieuwe stuurprint. Geen opamps maar een dubbele comparator, LM393, wat de schakeling een stukje simpeler maakt. Toch was het nog zoeken naar een betrouwbare instelling. Er bleken nog extra weerstanden nodig om een grotere hysteresis te krijgen, en uiteindelijk nog 2 zenerdiodes en transistors toegevoegd om de schakeldrempel beter te definiëren. Of dat echt de simpelste oplossing is, weet ik niet. Met deze toevoeging kreeg ik de schakeling voldoende goed werkend en daar heb ik het bij gelaten.

Zo zag de onderkant van deze print er dus uit nadat ik de schakeling vanuit een breadboard experiment had nagebouwd. Lekker simpel en netjes.

Het breadboard experiment was net niet helemaal de uiteindelijke werkelijkheid. Er waren wat extra componenten nodig.

De uiteindelijke schakeling met de extra transistors, zenerdiodes en weerstanden voor een wat grotere hysteresis. Condensators om het systeem ongevoelig voor storing te maken staan er niet op.

Het verschil in opbrengst, gemeten op een paar zonnige maart dagen. Het paneel is op het platte dak van de berging geplaatst met aan weerszijden huizen. Hierdoor is maar 180gr draaihoek beschikbaar. Het midden hiervan ligt 23gr voor het zuiden. Als de dag begint zit de zon nog achter een stel bomen. Eenmaal daar voorbij wordt de opbrengst snel meer.

Een optie die ik nog overweeg is om een wolkendetectie toe te voegen. Een sensor die kijkt of er echt zon is, of dat deze achter de wolken zit. In zo'n geval is de opbrengst minimaal en maakt het weinig uit in welke richting het paneel staat. Zeker op bewolkte dagen scheelt het in het draaien en dus slijtage van de rotor.

Upgrade

Het volgen van de zon blijkt zo interessant dat ik het spul heb ge-upgrade met een 250Wp paneel en een micro omvormer.

Hier wordt de zon gevolgd (opname Juli). Het paneel kantelen kan nog wat meer opbrengen verwacht ik.

Hier stond het paneel stil (opname Juli)

geplaatst 26-4-2023 bijgewerkt 26-10-2023