QRV/P met een zonnepaneel?

 

Zonnepaneel met tester.

Zonnepanelen, je ziet ze overal en ik was benieuwd om zo'n ding eens van naderbij te bezien, ermee te experimenteren en natuurlijk vooral om als radioamateur te bekijken wat je ermee zou kunnen doen. Van een installateur die in Schoten bezig was, kreeg ik als antwoord op mijn vragen, tesamen met een mistige verbaasde blik, enkel wat rare "technische" informatie . Wel kreeg ik spontaan een voorstel om bij mij thuis een gratis offerte op te maken.. Daarom heb ik zelf het een en ander aangekocht ..

We gaan een 12V batterij opladen met een 100W zonnepaneel ( 100cm x 66cm ) en een kleiner 20W exemplaar ( 50cm x 35cm ) en enkele metingen doen.

 

100W paneel

20W paneel

Een zonnepaneel kan een spanning afleveren die veel hoger is dan de klassieke 13.8V en kan dus niet rechtstreeks met de transceiver worden verbonden!😈. We hebben een regelende lader nodig:

Het regelen van het (bij)laden van de 12V batterij wordt gedaan via pulsbreedte modulatie (PWM) dewelke voortdurend de gemiddelde laadstroom bepaald. Hier gebeurt dit door een Chinese "Solar Charge Controller". Als lader werkt dit goedkope toestelletje voor ons gebruik goed, de bijkomende functies zijn nmm.eerder twijfelachtig.

 Het hier gebruikte type =  12V / 24V   10A

Verbindingsschema. Opgelet, de zwarte (-) klemmen zijn NIET direct galvanisch met elkaar verbonden.

 

 

 

 

"Programmatie."

 

Schermpje, % en A zijn afwezig...

float Voltage: instelbaar van 12.7V tot 15V

discharge reconnect: instelbaar van 11.6V tot 13V

discharge stop: instelbaar van 9V tot 11.3V

 

Nota:

-Deze lader koste slechts €6.20 inclusief transport. Een 20W zonnepaneel samen met deze lader kost momenteel $ 33.55,(dat is veel goedkoper dan ik er in 2018 voor betaalde) en wordt in enkele dagen thuis geleverd. Er bestaan betere laders die steeds het maximum rendement van het zonnepaneel proberen te halen. Maar wanneer je werkt met één enkel zonnepaneel en zeker als je slechts af en toe het ding opstelt, is dit veel duurdere toestel nmm. niet nodig.

-Opgelet er worden laders aangeboden waarop vermeld staat dat ze volgens dit betere principe werken (MPPT Maximum Power Point Tracking) maar zijn in werkelijkheid "gewone" PWM laders zonder de gestuurde DC-DC omvormer. Eveneens verkoopt men zulke laders met vermelding dat ze 30A, 40A, 50A, 60A en 100A laadstroom aankunnen terwijl de print in het doosje telkens dezelfde 30A PWM versie bevat.

Belangrijk is te weten dat eerst de batterij moet worden verbonden met de regelaar en daarna pas het paneel!  

De omgekeerde volgorde van aansluiten kan de lader beschadigen. De batterij levert de benodigde werkingsspanning voor de regelaar. Bij het ontkoppelen maken we om dezelfde reden eerst het paneel los en pas daarna de batterij. Een vergissing is echter snel gebeurd, daarom is het voorzien van een veiligheid een goed idee.

Een eenvoudige beveiliging: Het contact sluit als de batterij aangesloten is.

 De relais contacten moeten 5A kunnen schakelen om gezond te blijven en de spoelweerstand zal best enkele honderden Ohm bedragen om het continue verbruik zo laag mogelijk te houden.

Het zonnepaneel, analoog met een batterij, is samengesteld uit meerdere in serie geschakelde zonnecellen. Als alles goed gaat is de spanning op de uitgang van het paneel gelijk aan de som van de spanningen geleverd door deze cellen. Wanneer echter één cel geen spanning levert komt er nog zeer weinig uit het paneel. Dit kan gebeuren door een defecte cel maar ook omdat er een cel geheel of gedeeltelijk is afgedekt voor het invallende zonnelicht. Wat ongelukkig gevallen bladeren of een gelukkige rustende vogel volstaan om de laadstroom drastisch te verkleinen. Het paneel moet daarom STEEDS VOLLEDIG ongehinderd in het zonnelicht staan. Ook een vuil zonnepaneel zal een lager rendement vertonen, onder meer om deze reden stellen we een zonnepaneel best schuin op zodat de regen eventueel vuil kan wegspoelen.

 Op de lader kunnen we zien dat de batterij wordt bijgeladen en eveneens of ze volledig geladen is. Ook kunnen we de batterijspanning erop aflezen. De stroomsterkte kan op deze regelaar niet worden afgelezen - (wordt hier en daar wél beweert). 

Om gemakkelijk meerdere metingen te kunnen doen:

 Om de laadstroom (en eventueel de belastingsstroom) te weten is het nodig om een bijkomende Ampèremeter te monteren of om stekkerbusjes te voorzien om een A-meter te kunnen aansluiten. Verder kunnen er stekkerbusjes worden voorzien om gemakkelijk de inkomende paneelspanning te kunnen meten, een schakelaar om dadelijk van paneel te kunnen wisselen enz..

Test bediening voor zonnepaneel.

( De 5mm dikke aluminium frontplaat is recuperatie van een afgedankte electronen versneller, sommige indicaties zijn nog zichtbaar en doen hier dus niets ter zake. Deze 5mm dikke plaat werd in 2 seconden van hoogte gesneden d.m.v. een plasmasnijder.)

Natuurlijk volstaan een zonnepaneel voorzien van een ladingsregelaar (met eventuele beveiliging) en een batterij als voeding voor de /P installatie...alhoewel een kleine Ampèremeter toch nuttig kan zijn om voortdurend  de laadstroom te kunnen controleren.

Kleine digitale Volt- & Ampèremeter en geschikte shunt.

Uitgangspanning paneel in nullast: 

Nullast meting

Eerste kennismaking: we plaatsen het kleine zonnepaneel in enkele standen t.o.v. de zon en meten de uitgangsspanning zonder dat het paneel belast wordt:

Onbelast zonnepaneel in verscheidene standen.

We zien dat zelfs wanneer we het paneel met de achterkant naar de zon draaien er nog steeds spanning aanwezig is. Sterker, wanneer het paneel met de voorzijde op de tafel ligt, meten we nog zowat 5V. Pas wanneer we in die stand de achterzijde ook nog afdekken met een plaat bordkarton, zakt de uitgangsspanning volledig door haar knieën. De folie op de achterzijde van het paneel laat nog steeds wat licht door waardoor de cellen, zelfs in ongunstige situaties, toch nog enige spanning zullen opwekken..maar stroom leveren is er natuurlijk niet meer bij.

Even pauze nemen en toen kwamen mama eend + 4 kleintjes langs...

De meettoestellen zijn afgedekt omdat de LCD's er niet van houden om lang in felle zon te bakken.

Metingen onder belasting

Vandaag, (8-7-21) schijnt de zon weer wat meer, daarom gaan we weer wat experimenteren...want meten is (ietsje meer) weten..

 

Nog net genoeg plaats in de shack voor de meetopstelling en overdag op 160m  stoort men niemand.

 

20W zonnepaneel op pyloon gemonteerd.

100W zonnepaneel op dak onder pyloon gemonteerd.

Het meettoestel is verbonden met de zonnepanelen, een 12V  batterij en een transceiver.  De transceiver staat in ontvangst en we meten een laadstroom van 2A. 

We belasten de batterij met de morsesleutel ingedrukt en het vermogen op 100W:  de laadstroom verhoogt tot bijna 5A. 

 

Deze laadstroom is dicht bij de stroom dewelke het grote zonnepaneel maximum kan leveren. De stroom geleverd door de batterij tijdens het zenden is zowat 22A, deze is veel hoger dan de laadstroom, maar we zenden ook niet de ganse tijd. Tijdens het zenden zakt de batterijspanning van 13.07V naar 12.91V, wat zeker prima is. Let wel: de transceiver is rechtstreeks aangesloten op de batterij en niet op de uitgangsklemmen van de regelaar! De regelaar sluit de verbruiker af wanneer de spanning aan haar klemmen te laag wordt. In de stroompieken pieken kan daardoor de transceiver worden onderbroken en dadelijk terug worden aangesloten enz.. en dit gebeurt zelfs met redelijk dikke verbindingsdraden. 12AWG = 2.05mm doormeter en 3.31mm2 doorsnede.

Daar we slechts op 12V werken, weten we dat we er alle belang bij hebben om het verlies van vermogen door spanningsval zo klein mogelijk te houden. Dikke verbindingsdraden zijn hier dus geen luxe. We kunnen een niet te verwaarlozen spanningsval meten over het geheel van aansluitdraden, eventuele stekkers, schakelaars en zekeringen die zich tussen de batterij en de zender bevinden. De aansluitingen van deze regelaar zijn ook niet echt geschikt om dikke draden aan te sluiten. De uitgang van de regelaar kunnen we misschien reserveren voor lager verbruik.( op het verbindingsschema "verbruikers C" =  verbruikers onder Controle)

Ook het kleine paneeltje doet flink zijn best, met deze mooie zonneschijn is de laadstroom 1A, dus eveneens dicht bij het maximum dat het kan leveren. De batterijspanning zakt tijdens het zenden nu naar 12.79V, dus absoluut geen probleem. Uit de vergelijking met een tweede klein paneel bleek dat ze zowat dezelfde resultaten geven.

We doen de proeven met een batterij van "normale" grootte en met een kleiner model. De hiervoor beschreven metingen werden gedaan met de grootste batterij.

Proeven met het kleinere batterijtje vielen goed mee, de spanning zakte wel wat meer, maar het kleintje leverde toch de benodigde 22A voor 100W. Natuurlijk doen we dit enkel als korte test, we verlagen het vermogen naar een meer redelijke waarde. ( Het kleine batterijtje zal misschien aan  enkele clubleden als cadeautje nog bekend voorkomen... ondanks dat ervan enkele intussen naar de eeuwige ruisvelden zijn vertrokken, heb ik er nog steeds een aantal die nog springlevend zijn.) 

Kleine batterij.

Bovenzijde grotere batterij = recup-QRL ze is zowat 20 jaar oud en nog in goede staat.

Interessant om weten: De uitgangsspanning van de zonnepanelen is, wanneer er een ladingsstroom vloeit, slechts enkele tienden van een Volt hoger dan de batterijspanning.

Wanneer de batterij volledig geladen is, geeft het LCD paneeltje aan dat er geen ladingsstroom vloeit. Het kleine paneel blijft overdag echter een stroom van 0.2A leveren aan de batterij en het grote paneel levert zelfs constant 0.7A. Deze stroom, druppellading genoemd, moet de zelfontlading van de batterij compenseren. De regeling van deze lading door deze controller blijkt echter niet feilloos te werken. Om de batterij steeds aangesloten te houden op de lader, is nmm. onder meer daarom geen goed idee. Daarbij is het goed om weten dat de zelfontlading van zo 'n DCS batterij uitzonderlijk laag is.

Later op de dag was de hemel terug bedekt met wolken en de laadstroom van het grote paneel zakte naar 1A als maximum en de batterijspanning zakte tot 12.56V tijdens het zenden. Met het kleine paneel was de laadstroom slechts 0.2A en de batterij zakte tijdens het zenden tot 11.78V.... Blijft de zon wat langer weg dan kunnen we het zendvermogen beperken tot bvb. 25W, meestal is 1 S-punt lager bij ontvangst geen probleem. Of lager... P = 5W en OE en SP in CW gewerkt met de kleine S-ring antenne op een tafeltje in de hof.

Werken met het grotere paneel samen met de grotere batterij is confortabeler dan met het kleine paneel en de kleine batterij, maar die grote batterij weegt wel loodzwaar ( 22kg ) en het grote paneel is moeilijker te vervoeren ( veel groter en 7.9kg..) en soms moeilijker te plaatsen i.v.m. de wind.

Daarentegen ./P en QRP  5W gaat natuurlijk prima met de lichtgewichten.( het kleine paneel weegt 2.1kg en de kleine batterij zowat 2.5kg )

Besluit:

nnm. is /P werken overdag met een zonnepaneel en batterij zeker te doen.... 

ON4APZ/QRP/P/10-07-2021    IC7300 en 20m S-ring antenne

73 Guido ON4APZ

P.S. 

Peter ON7BPS stelt voor om het mechanische relais te vervangen door een SSR (Solid State Relais) met een vertraging, wat een goed idee is. De lader heeft de tijd om zich in te stellen en het verbruik van deze beveiliging is minimaal.