Xanthiona

Ze worden per honderden aangeboden op Aliexpress, Ebay en Amazon, de Chinese verticale as wind turbines (VAWT). Veel lovende woorden, draaien al bij heel weinig wind en leveren veel vermogen. Helaas niets is minder waar. Ze leveren helemaal niks op.

Al langere tijd had ik me verdiept in de VAWT om op de kosten van de stroomrekening in de haven te besparen. Per maand ben ik al gauw nu (2022/2023) ongeveer 120 € kwijt, zonder dat ik aanwezig ben. Dit is puur om de accu’s op peil te houden, de diverse apparatuur te monitoren, het permanente internet in de lucht te houden, de temperatuur minimaal op 7 graden te houden en het alarm aan te laten. Gemiddeld wordt er ongeveer 200 W per uur gebruikt, dus ca. 4.8 kWh per dag.

Via internet onderzoek had ik een tijd terug al gelezen dat een VAWT minder efficient is dan een horizontale as wind turbine (HAWT). Op Youtube vond ik een aantal videos die dit uitleggen, maar een groot voordeel van een VAWT is vooral dat deze nagenoeg stil is, de HAWT gaat zeker bij wat wind behoorlijk geluid maken. Een VAWT is ook compacter, terwijl een HAWT meestal een draaicirkel heeft van 1.10-1.30 meter. En omdat een VAWT er altijd wel sierlijk uit ziet als ie staat te draaien, koos ik uiteindelijk voor een VAWT.

Wel trof ik op Youtube nogal wat kritische geluiden over de kwaliteit en de opbrengst van de Chinese VAWTs. Daarom dacht ik dat als een geadverteerde 600 W apparaat nou eens 200 W zou opleveren, dan kunnen de accus’s prima op peil blijven, zonder dure walstroom te gebruiken. Na wat wikken en wegen, dubben en overleg met een ook geinteresseerde watersporter in de haven, heb ik via Aliexpres een 600 W VAWT met een controller en dump load besteld. Kosten 506 € en daar kwam 86 € aan importheffingen bij. De doos kwam flink beschadigd aan, maar gelukkig alles zat er nog in. De kwaliteit van de diverse onderdelen leek goed. Ook bij het in elkaar zetten van de windturbine bleek het geheel solide te zijn.

De set kwam met een dump load en een controller. De controller moet van de wisselspanning van de generator, gelijkstroom maken om de accu’s te laden. Hij controleert de status van de accu en als die vol is moet hij de stroom naar een dump load leiden, die de overtollige stroom omzet in warmte. Als ik het goed heb begrepen moet de controller ook bij te hoge windsnelheid de windturbine afremmen.

Volgende stap was een mast om de VAWT op te plaatsen. Na een eerste offerte van 1800 €, heb ik vervolgens steigerbuis overwogen, daarna onbehandeld RVS, maar het werd hoogglans RVS 316 die door een locale lasser grotendeels in elkaar is gezet. De mast van 3.2 mm dik en een diameter van 50.8 mm is gezekerd met 2 vaste tuien van 25 mm RVS buis. Totale kosten van de mast ca. 520 €. 20 meter kabel van 2.5 mm2 erbij en het feest kon beginnen.

Samen met de collega watersporter vorige week de mast en de VAWT gemonteerd. Er was ca. 2-3 Bft wind. Gespannen keken we beneden op het display van de controller: 0.0 Watt. Foutje? Alles nagelopen, kabels en aansluitingen gecontroleerd, niks, nada. Misschien te weinig wind, er is immers een bepaalde startsnelheid nodig van de turbine voordat ie levert. Documentatie geeft aan dat ie al bij 2.5 m/s (=2 Beaufort) zou moeten leveren.

De volgende dag bij 4 Beaufort wind nog eens gekeken. Nog steeds 0.0 Watt. Multimeter er bij, proberen op elk draadje te meten, maar 0.0 V. Omdat het niet precies duidelijk was, waar en wat we moesten meten, thuis via internet gezocht naar testmethodes en kwam een flink aantal tests en reviews tegen die erg negatief waren over de Chinese VAWTs. Het bleek dat bijvoorbeeld een VAWT van beloofde 400 Watt, slechts 4 Watt leverde. Verder o.a geleerd dat als je de draadjes van de permanente magneet generator (PMG), die uiteindelijk de stroom levert, kortsluit dat er dan veel weerstand is bij het draaien van de generator. Geprobeerd, geen weerstand.

In het weekend de VAWT weer van de mast gehaald, kabels en aansluitingen in de mast doorgemeten en gecontroleerd, alles OK. Maandag uiteindelijk bij 6 Beaufort wind, kregen we heel af en toe tot 6.3 V op het display van de controller en werd er volgens de controller gedurende ca. 2 seconden met 1 W geladen. Hoe er geladen wordt als de spanning niet boven de 24 V komt is mij een raadsel.

Zwaar teleurgesteld, nog eens op het internet gezocht en kwam o.a. de volgende video tegen, let met name op de kwaliteit van de PMG:

Na al dit geexperimenteer en onderzoek, weet ik in ieder geval dat:
-het belangrijkste van de windturbine is de generator
-de generator heeft een bepaalde weerstand en daarmee heeft ie een aanvangssnelheid nodig
-de kwaliteit van de generator wordt bepaald door de dikte van de koperwindingen en grootte en dikte van magneten
-de oppervlakte van de bladen bepaald mede de te bereiken windsnelheid en vermogen
-de chinese VAWTs beloven veel, maar presteren niets

Al met al een experiment van 1100 €, dat verder geen besparing van de stroomkosten levert. Een mogelijke oplossing die ik zie is het vervangen van de generator voor een kwalitatief goed exemplaar en hergebruik van de verticale bladen. Of de controller ook doet wat ie beloofd, moet dan nog blijken.

Afgelopen zomer maakten we sindsdien weer een lange tocht (Met laag water over de Lek en IJssel) en kon ik de werking van de dynamo goed bekijken. Bij delen van de tocht begonnen we met een flink ontlaadde accu en werd deze gedurende het varen vrij snel opgeladen en kwamen we met 100 % geladen accus op de bestemming aan. So far so good. Echter ook 1 keer niet. Na onderzoek bleek de 200 A zekering tussen de nieuwe VSR en service accu stuk te zijn. Vreemd. Nadat diezelfde zekering nog een tweede keer kapot ging, werd het noodzakelijk om nauwlettender in de gaten te houden wat er gebeurt tijdens het laden met de dynamo.

Vorig jaar heb ik een 150 A dynamo geinstalleerd op ons motorjacht Xanthiona ter vervanging van de originele 50 A, zie Meer stroom op motorjacht Xanthiona. De zwaardere dynamo was nodig omdat tijdens het varen de oude dynamo de service-accu niet voldoende bij laadde. Ook twijfelde ik of de VSR (voltage sense relay) bij het bereiken van 13.6 V van de start accu, wel overschakelde naar de service accu. Dus werd tegelijkertijd met de dynamo ook de VSR vervangen.

Iets anders waar ik me zorgen over maakte, is of de dynamo de start en/of de service accu ook overlaad. Bij het laden via de walstroom met de Victron Quattro schakelt deze automatisch de hoeveelheid amperes terug tijdens het laden, naarmate de accu voller raakt. De controller van de zonnepanelen schakelt ook terug als de accus voller beginnen te raken. Wat de de dynamo doet is me nog een raadsel. Tijd voor de Victron SmartShunt.

De Victron SmartShunt is een geavanceerde accumonitor, die via bluetooth de relevante data op een smartphone of tablet presenteert. De SmartShunt heeft ook een VE-Direct aansluiting, waarmee hij rechtstreeks kan worden aangesloten op het centrale brein in een 24 V installatie, de Victron Venus GX of een ander lid van de GX familie. Met de Venus GX aangesloten op het internet heb je ten alle tijde met de Victron ConnectApp inzicht in de oplaadstatus, voltage, amperes en historische informatie gemeten door de SmartShunt. Er kan ook een tweede accu, bijvoorbeeld de start accu, op de SmartShunt worden aangesloten. En de SmartShunt kan als energiemeter worden ingesteld en daar wil ik hem voor gebruiken om de hoeveelheid amperes uit de dynamo te meten.

De twee VE-Direct aansluitingen van de Venus GX zijn al bezet door de BMV-700 accumonitor en de controller van de zonnepanelen. Gelukkig kan de SmartShunt via een VE-Direct naar USB interface op 1 van de 2 USB ingangen van de Venus GX worden aangesloten. Volgens de aanwijzingen van Victron is de SmartShunt gemonteerd in de negatieve kabel die naar de dynamo loopt.

Om de werking van de dynamo te meten, zet ik eerst de waterkoker en de oven aan om de service accu wat leeg te trekken. Daarna de motor starten en het resultaat bekijken met de ConnectApp. Het resultaat is direkt zichtbaar, de start accu is binnen een seconde vol en de VSR schakelt ogenblikkelijk de service accu bij. Er wordt geladen met meer dan 80 A. Vrij spoedig zie ik de hoeveelheden amperes teruglopen en na enkele minuten gaat het richting de nul. De service accu is weer op 100 %

Het gaat weer over zonnepanelen. En ik ben nou eenmaal graag bezig met techniek. Ook wil ik het zodanig werkend hebben dat de zonnepanelen het hoogste rendement geven. In het vorig bericht schreef ik dat ik het zomerprofiel weer had ingesteld voor het elektrisch systeem om het maximale te halen uit de zonnepanelen. Over een heel jaar is de stroomrekening 800 euro. Dat moet minder kunnen. Er staat diverse apparatuur 24 uur per dag aan, er is een continue verbruik van ca. 200 Watt. Ik heb weer aardig wat geexperimenteerd om het systeem beter te leren begrijpen en om te achterhalen of ik iets fout deed of dat ik nog ergens iets kon verbeteren.

Eerder had ik al geconcludeerd dat naar mijn mening het Distributed Voltage and Current Control (DVCC) instelling van de Venus GX niet volledig deed wat het moest doen, zie vorig bericht. Victron schrijft onder andere in hun handleidingen:  “Als u de DVCC inschakelt, verandert een GX-apparaat van een passieve in een actieve monitor.” en “het GX-apparaat de omvormer/acculader actief beperkt voor het geval de zonneladers al op vol vermogen werken.” en MPPT-zonneladers hebben automatisch de prioriteit boven het lichtnet/generator.“ Dat lijkt me toch vrij duidelijk. Je stelt DVCC in, tikt deel de spanning (SVS), stroom (SCS) en temperatuur (STS) aan en voila, het zou moeten werken. Vorig jaar zag ik al dat het niet zo was zoals beschreven. Vandaar dat ik na veel lezen en flink zoeken op het Victron Community, via een software instelling (een zogenaamde assistant) een zomerprofiel had ingesteld op de Quattro. Daarmee wordt de DVCC functionaliteit grotendeels omzeilt en het laden door de Quattro omvormer/lader uitgeschakelt. Deze schakelt pas in als de State of Charge (SoC) van de accu beneden de ingestelde 70 % raakt, of als een apparaat meer dan ingestelde 1200 Watt gebruikt gedurende 60 seconden.

Het zomerprofiel had ik een paar weken geleden opnieuw ingesteld. Daarna heb ik dagen lang het gedrag van het laden van Quattro en MPPT geobserveerd.

Helaas scheen de zon niet zoveel en overdag werd de accu dus door de MPPT niet voldoende opgeladen. Het resultaat was dat de accu regelmatig werd ontladen tot 70 % en daarna door het ingestelde zomerprofiel weer door de Quattro werd geladen.

Uiteindelijk gebruikte het regelmatig ontladen en weer laden door de Quattro meer stroom dan als ik geen zomerprofiel gebruik en de accus continue op 100 % houdt door de Quattro. Hierbij is dan wel nog DVCC ingesteld. Als de zon dan wel schijnt, dan zie ik de MPPT laden met bijvoorbeeld 150 W en de Quattro met 1250 W. Wordt de Quattro op dat moment uitgeschakeld, dan zie je de MPPT springen naar bijvoorbeeld 600 W. Dit duidt er dus op dat je niet het maximale uit de zonnepanelen haalt en dat DVCC dus niet volledig doet wat je volgens de handleiding verwacht.

Na wat discussie op het Victron Community forum, kreeg ik het advies de absorptiespanning en floatspanning van de Quattro omvormer/lader iets te verlagen, klik hier voor de discussie. De absorptie- en floatspanning heb ik vervolgens met 0.2 V verlaagt t.o.v. de MPPT lader. Dit werkt, dan zie je inderdaad dat laadstroom van de Quattro minder wordt naarmate de laadstroom van de MPPT hoger wordt. Helaas de dag er na lijkt het niet meer te werken. Dan zie ik de MPPT weer weinig en de Quattro weer veel laden. Schakel ik het laden door de Quattro weer uit, dan zie je weer een flinke sprong in het laden door de MPPT. Raar. Na wat gerommel met instellingen dan doet DVCC weer wat je zou verwachten en de dag er op weer niet.

Dit alles is zo langzamerhand wel wat frustrerend. Ik verwacht eigenlijk een duidelijker uitleg in de Victron handleidingen. Ook zie ik veel vergelijkbare vragen op de Victron Community, waarbij de antwoorden ook niet altijd even duidelijk zijn. Wel kreeg ik tijdens de genoemde discussie op het forum een advies om de Quattro alleen als de zon schijnt uit te schakelen en als hij niet schijnt weer in te schakelen.

Dus eigenlijk niet zoals met het zomerprofiel het laden af laten hangen van de SoC van de accu, maar meer van het feit dat de zon schijnt of niet. Gelijk dacht ik aan het installeren van een irradiance (licht intensiteit) meter en dan kun je op basis van de gemeten waarde het laden door de Quattro aan of uit schakelen. Victron beveelt de volgende irradiance meter aan: Digital Silicon Irradiance Sensors Si-RS485 series. Maar ik had geen zin in nog meer kosten en bedacht een andere oplossing.

Bij deze oplossing maak ik gebruik van de tijdklok en de schakelmogelijkheid van de Generator start/stop functie van de Venus GX. Deze functie schakelt relais 1 van de GX uit of aan. Dit relais koppel je aan de AUX 1 ingang van de Quattro. Vervolgens maak je een assistant in de Quattro, die als AUX 1 is uitgeschakeld, de inkomede walstroom op de AC 2 ingang uitschakelt, daarmee schakel je dus het laden door de Quattro uit.

Door slim gebruik te maken van de Generator start/stop mogelijkheden van de Venus GX, kun je ‘rustige uren instellen’ van 08.00-18.00 uur, waarin de generator start/stop functie niet aan hoeft te springen. Als dan de MPPT laadt (en de Quattro niet) dan haal je overdag het maximale uit de panelen. En vanaf 18.00 kan de Quattro weer bijspringen met laden.

Tevens kun je bij de generator functie van de GX instellen dat als je bijvoorbeeld meer dan 1200 W gebruikt gedurende 15 seconden, ook dan de generator (het relais dus en daarmee de walstroom van de Quattro) aan springt. Dit heb ik niet helemaal zelf bedacht, een groot deel van deze mogelijkheid is al beschreven op de Victron community, zie link (volgt). Ik heb het ook nog eens voorgelegd aan het forum en het zou moeten kunnen, zie discussie over gebruik Generator start/stop.

De generator start/stop functie in combinatie met de assistant in de Quattro, lijkt me een effectievere methode dan de mogelijkheid van het eerder genoemde zomerprofiel, om DVCC te omzeilen. De generator start/stop functie kun je makkelijk op afstand aanpassen via de Victron Connect app. Je kunt eenvoudig de uren waarin je de walstroom uit wilt hebben aanpassen. Je kunt ook als het een aantal dagen minder zonnig is, de generator start/stop functie handmatig bedienen, zodat alsnog de walstroom op AC2 aan gaat en de Quattro gaat laden.

Wel had ik enige moeite met de bedrading. De beschrijvingen op de Victron Community gaan vaak uit van de Color Control GX, die een relais heeft voor 2 draadjes, de Venus GX heeft echter een NO, Common en NC aansluiting. En in de handleiding van de Quattro worden geen waardes aangegeven wat de AUX 1 ingang van de Quattro aan kan. Op het forum lees ik dat voor de AUX 1 een waarde van 4 V of hoger als een hoog wordt gezien en 0 V is een laag. Op een gegeven ogenblik meet ik dat de AUX 1 zelf 4 V genereert, wat in mijn optiek een beetje onlogisch is. Immers het is een ingang, waarvan je verwacht dat je stroom moet toevoeren om de ingang hoog of laag te maken. Na het aansluiten van de Common en NC van het relais van de GX op de AUX 1 van de Quattro, werkt het eindelijk.

Ik heb nu de volgende instellingen gemaakt in de Venus GX. Deze instellingen zijn deels random gekozen, uiteindelijk zal ik het systeem moeten ‘tweaken’ voor het beste resultaat:

Vorig jaar heb ik uitgebreid verteld over de diverse instellingen van de Victron GX, MPPT en Quattro om het maximale uit de zonnepanelen te halen, zie o.a. de berichten: Instellingen voor zonnepanelen op motorjacht Xanthiona en Ervaring met zonnepanelen op motorjacht Xanthiona. Vandaag scheen de zon weer volop en bij het controleren van de opbrengst van de panelen stond de meter weer op 0. De discussie rondom de werking van de instelling DVCC op de GX, die ik vorig jaar stelde, is voor mij nog niet beslecht. Ik heb zelfs de Nederlandse handleiding gedownload en nageplozen, maar ik lees nog steeds dat Victron schrijft dat “Als u de DVCC inschakelt, verandert een GX-apparaat van een passieve in een actieve monitor.” En: “Voor systemen met loodzuuraccu’s biedt de DVCC functies zoals een configureerbare systeembrede laadstroomlimiet, waarbij het GX-apparaat de omvormer/acculader actief beperkt voor het geval de zonneladers al op vol vermogen werken.” En: “Dit is een door de gebruiker configureerbare maximale laadstroominstelling. Het werkt voor het hele systeem. MPPT-zonneladers hebben automatisch de prioriteit boven het lichtnet/generator.“

Echter ik zie het niet. De walstroom aansluiting bleef vandaag stroom leveren en het zonnepaneel deed niks. Tijd dus om dit maar weer te forceren. De Victron assistent functie die ik hiervoor vorig jaar had ingesteld, was in de winter uitgeschakeld omdat er dan weinig zon is. Hieronder nogmaals de nu weer opnieuw ingestelde assistent, met een paar kleine wijzigingen, die er voor zorgt dat de zonnepanelen maximaal stroom leveren, tenzij er langer dan 120 seconden meer dan 1200 Watt wordt gebruikt, of als de spanning van de service-accu lager is dan 23.5 V, of als State of Charge (SoC) lager wordt dan 70 %. In die gevallen wordt de walstroom weer ingeschakeld voor ten minste 10 minuten, tot dat de SoC weer 90 % is.

Tevens zorgt deze assistent er voor dat er ook op uitgang 2 (voor de zware gebruikers) stroom staat, tenzij de SoC lager wordt dan 74 %. In dat geval worden de zware gebruikers afgeschakeld en wordt de service-accu niet onnodig ontladen. We kunnen dan niet meer de oven, magnetron, vaatwasser en wasmachine gebruiken. Wel kunnen we met ons 2-pits inductiekookplaatje dan nog een eitje of pannekoek bakken of een soepje klaar maken.

Na het op afstand uploaden van de nieuwe instellingen via het Victron VRM portal, schakelde de walstroom onmiddelijk uit en sprong de zonnepaneel lader naar 450 Watt. Doel wederom bereikt. Nu blijven monitoren of het werkt zoals bedacht.

Ik ben benieuwd hoe het dit jaar verder gaat met de totale stroomvoorziening, mede omdat ik vorig jaar na onze slechte ‘stroom’ ervaring tijdens de vakantie, een veel zwaardere dynamo heb geinstalleerd: Meer stroom op motorjacht Xanthiona.

Hieronder zie je hoe het verloop was van de spanning en de stroom van de accu van de dag er voor tot de vroege ochtend er na. De zon schijnt de vorige dag voldoende om de gebruikers te voeden en de accu te laden tot ca. 17.00 uur. Daarna is er te weinig zon en wordt er meer verbruikt dan geladen. Gedurende de nacht wordt de accu verder ontladen en de dag er op, zie je dat zon in sterkte weer toe neemt en dat er meer stroom wordt geproduceerd dan gebruikt. De accu’s die tijdens de nacht van 93 % naar 86.7 % waren verminderd, zullen nu weer worden opgeladen.

Vandaag weer een probleem met een te hoge spanning aan de uitgaande zijde van de Victron scheidingstransformator op ons motorjacht Xanthiona. Een scheidingstransformator voorkomt elektrolytische corrosie bij stalen jachten en is een absolute noodzaak in een veilige elektrische installatie aan boord. De 230 V spannning in de havens varieert vaak en kan soms aan het einde van een lange steiger wel eens zo laag zijn als 180 V. Bij het inschakelen van 230 V apparatuur wordt die spanning nog verder naar beneden getrokken. Om te voorkomen dat elektrische apparatuur dan niet meer werkt, voert de scheidingstrafo de spannning standaard ca. 6 % omhoog. Echter als de spanning op het einde van de steiger toevallig hoog is, bijvoorbeeld 235 V, dan maakt de scheidingstrafo daar dus 249.1 V van.

Het is niet zeker of alle 230 V apparatuur wel tegen deze hoge spanningen kan. Daarom had ik de Victron Quattro zo ingesteld dat deze bij een spanning hoger dan 255 V de binnenkomende spanning af schakelt om mogelijke schade te voorkomen. Dit resulteert dan in een alarm bericht ‘Grid lost’ op het Victron Remote Management (VRM) portal dat vervolgens een alarm-email stuurt. Omdat ik niet de hele dag mijn email lees en ook de ‘ping’geluidjes uit heb staan, laat ik de email automatisch doorsturen naar de Textmagic email-to-SMS service. Textmagic stuurt de binnengekomen email door als SMS, waarvan de ‘ping’ geluidjes wel aan staan. Dan weet ik dat er echt iets aan de hand is.

Bij het wegvallen van de binnekomende spanning op de Quattro gaat deze uiteraard in Inverter mode en blijft alle 230 V apparatuur nog werken. Wel zal op den duur de accu leeg raken, tenzij ik de Quattro reset en de spanning uit de scheidingstrafo weer lager is dan de maximale ingestelde 250 V. Vandaag is het toevallig zonnig en de zonnepanelen kunnen het nu nog bijbenen en de accu staat nog steeds op 100 %.

In het screenshot van het VRM, zie je dat de spanning zelfs 255.3 V bereikt, later zelfs nog een keer 256.5 V. Dat lijkt me niet gezond voor de elektrische apparatuur. Ik heb Victron hier al eens over benaderd. Zij geven aan dat alle scheidingstrafo’s zo zijn gemaakt dat het verlies aan spanning op de steiger en het interne verlies van het magnetisch omzetten van de spanning, resulteren in een ca. 5-6 % hogere uitgangsspanning van het apparaat. In de Victron community lees je dat dit probleem vaker voorkomt en dat men zich daar ook zorgen over maakt.

Gelukkig kan ik dankzij de Victron GX, het centrale brein in het elektrisch systeem, veel uitlezen op afstand en ook de Quattro resetten. Voordat ik dat doe, controleer ik via het VRM nog een keer de instellingen van de Quattro. Zie hieronder.

De Quattro stond sinds de vorige keer met veel alarmmeldignen, inderdaad ingesteld op afschakelen bij 255 V. Ik heb het nu toch nog maar wat naar beneden gebracht, nu is het 251 V. Dit zal misschien wel weer vaker als gevolg hebben dat de inkomende spanning van de Quattro wordt afgeschakeld en dus meer alarmmeldigen en vaker resetten.

Als ik de gemeten spanning van de Quattro zeven dagen terug volg, zie ik dat deze nergens onder de 241.3 V komt. Dit betekent dat de hoogte van de spanning van de walstroom in onze haven nooit onder de 230 V komt. Ik zie dus eigenlijk ook niet de noodzaak waarom de spanning van de scheidingstrafo standaard zoveel omhoog wordt gekrikt. Liever had ik een scheidingstrafo gehad waarbij ik dit zelf, afhankelijk van hoogte van de spanning van de walstroom, kan instellen. Weet iemand iets over een betere scheidingstrafo of is er iemand die andere suggesties heeft? Zelf zat ik te denken aan een spanningsregelaar die de te hoge binnenkomende spannning af vlakt, maar heb daar nog geen oplossing voor gevonden.

Nu nog via VRM de Quattro op afstand even resetten.