Nieuws

Elektriciteit aan boord

Inhoudsopgave
1. Algemeen
2. Open lood-accu's
3. Dichte lood-accu's
4. Soorten accu’s
5. Serie- of parallelschakeling
6. Capaciteit accuset
7. Conditie van de accu’s
8. Laden d.m.v. een wisselstroom dynamo op de motor
9. Accuschakelaar
10. Een scheidingsdiode of diodebrug
11. Laden met de acculader bij walstroom
12. Zonne-energie
13. Generator set
14. De omvormer
15. Gebruik 12 Volt én 24 Volt 16
16. Onderhoud accu's in de winter
17. Vervangen van accu's

Bijlage: Serie- en parallelschakelingen

Auteur: Rinus Groen

Het bestuur is niet verantwoordelijk voor de inhoud van dit document.

 

1. Algemeen
Om te weten hoeveelstroom een apparaat opneemt, verbruikt, geeft de fabrikant het vermogen en de spanning op. De relatie tussen vermogen, spanning en stroom luidt: Watt = Volt x Ampère Een accu kan elektrische energie opslaan en chemische energie weer in elektrische energie omzetten voor het leveren van stroom aan apparaten en de startmotor. De meest gebruikte accu is de Lood/zwavelzuur accu. Het is handig om te weten dat in een accu een aantal cellen zit van 2,1 volt in serie geschakeld, d.w.z. dat de pluspool van de ene cel verbonden is met de min pool van de volgende cel. Bij een 12 volt accu hebben we dus 6 cellen in serie staan en dit geeft 12,6 Volt. Om de accu te laden moet de laadstroom boven de 12,6 opgevoerd worden tot een maximum van 14,4 volt. Tijdens het laden ontstaat in de accu waterstofgas, hetgeen bijzonder explosief is. Om te voorkomen dat er teveel gas gevormd wordt mag de laadstroom niet boven de 14,4 volt komen. Lood-accu's hebben een goede prijs/prestatie verhouding.

2. Open lood-accu's
Bij open accu's zijn de loodplaten ondergedompeld in verdund zwavelzuur. Nadelen van deze accu's zijn: • Het vrijkomen van zeer explosief waterstofgas, zeker boven 14,4 volt lading. • De accu's moeten regelmatig gecontroleerd worden en zo nodig bijgevuld worden met gedestilleerd water. • Hoge zelfontlading, langer dan 2 maanden opslaan zonder aanvullende lading geeft verkorting van de levensduur. • Hoge temperaturen verkorten de levensduur. • Accuzuur is uitermate agressief, bij morsen geeft dit gegarandeerd een gat. Een voordeel van deze accu is de prijs.

3. Dichte lood-accu's
Bij deze accu is het zwavelzuur gebonden in een gel. De voordelen zijn : • Geringe zelfontlading • Diepere ontlading mogelijk. • Beter geschikt voor serie- parallel schakeling. (hoge product kwaliteit) • Onderhoudsvrij, gesloten bouwwijze. • Geen ventilatie nodig bij juiste lading. • zuuurschade aan schip en kleding nauwelijks mogelijk. • Bijzonder geschikt als lichtaccu. Nadelen zijn: • De acculader is gebonden aan een maximum van 2,38 volt per cel bij 20 gr C. Boven de 2,38 volt opent een overdrukventiel. Door gebruik te maken van een juiste acculader is dit evenwel te voorkomen. • Bij transport is meer zorgvuldigheid nodig i.v.m. beschadiging van seals , bodem en deksel.

4. Soorten accu’s
Start-accu Kan een zeer hoge stroom leveren in een zeer korte tijd. Ontladen tot ten hoogste 80% van de capaciteit. Geschikt voor boegschroef en startmotor. Semi-tractie accu Hoge stroom lange tijd, maximale ontlading tot 50%. Zeer geschikt voor voeding van elektrische apparaten aan boord. De semi- tractie accu kan ook bij voldoende capaciteit worden gebruikt voor startmotor en boegschroef. Tractie- accu Hoge stroom voor lange tijd, diepere ontlading mogelijk en kan snel opgeladen worden. Een probleem is de prijs en afmeting en dus ook het gewicht. We treffen deze accu's aan in de binnenvaart, grote jachten en elektrische vorkheftrucks.

5. Serie- of parallelschakeling
Naarmate de behoefte aan meer capaciteit van de accu's toeneemt , en dus het gewicht, hebben we de mogelijkheid om meerdere accu's met elkaar te verbinden. Dit kan in serieen of parallelschakeling. Serie schakeling Bij deze schakeling verhoogd men de spanning van de totale accuset. Worden twee accu's in serie geschakeld dan wordt de min pool van de eerste accu verbonden met de pluspool van de tweede accu. Hebben we twee accu's van twaalf volt met b.v. een capaciteit van 100 Ah, dan krijgell we 12+ 12 V = 24 volt, de capaciteit blijft echter 100 Ah (Ampère uur). Parallel schakeling Bij parallel schakeling worden de plus polen met elkaar verbonden en ook de min polen. Bj twee accu's van twaalf volt en 100 Ah bljft de spanning 12 volt maar de accu capaciteit wordt 100+100— 200 Ah. Serie/Parallel schakeling Deze schakeling is een combinatie van beide eerder genoemde schakelingen. Deze schakeling wordt gebruikt bij een 12 V installatie met een 24 V boegschroef. Als twee accu's van 12V en 100 Ah parallel geschakeld worden met een identieke set dan krijgen we een accuset van 12 V en 2x 200= 400 Ah. Door nu door middel van relais , bij het bedienen van de boegschroef de beide sets in serie te schakelen krijgen we 24 volt met 200 Ah. Let op: Sluit wel de 12 V installatie aan op één van de beide sets om te voorkomen dat er 24 V wordt aangesloten op een 12 V apparaat. Zie ook de schema’s in de bijlage.

6. Capaciteit accuset
De capaciteit van een semi- tractie accu wordt normaal aangegeven bij een 20 uurs ontlading. Dit betekent dat een 200 Ah accu gedurende 20 uur een stroom kan leveren van 10 A. Dan is de accu dus leeg. Om de levensduur van de accu te verlengen is het aan te bevelen de accu niet meer dan 50% te ontladen. Om de capaciteit van de accuset te berekenen moeten we rekening houden met verschillende factoren b.v.: te ver ontladen geeft een verminderde capaciteit aan het einde van de levensduur, ca 70%. De temperatuur: hoge en te lage temperatuur is niet goed voor een accu. Om rekening te houden met deze factoren is er en handige vuistregel:

Accucapaciteit = verbruik x 2

Voorbeeld berekening energie verbruik: Bij een installatie van 12 V is het dagverbruik: Stroom = Vermogen \ Spanning wordt 1.200 \ 12 = 100Ah Benodigde accu capaciteit van de accuset wordt 2 x 100 Ah = 200 Ah

7. Conditie van de accu’s
Een eenvoudige manier om de status van de accu's te meten is de installatie van een voltmeter. Beter en nauwkeuriger is een accumonitor, deze geeft de accuspanning aan en ook het beschikbare aantal bedrijfsuren bij de afnemende energie.

Accu-spanning     Percentage ontlading    Nog beschikbaar
11,64   60%   0%
11,88   48%   12%
12,09   36%   24%
12,30   24%   36%
12,51   12%   48%
12,72    0%    60%

8. Laden d.m.v. een wisselstroom dynamo op de motor.
Deze dynamo wekt inwendig een wisselspanning op, welke in de dynamo wordt gelijkgericht in een gelijkspanning. De in het verleden gebruikte dynamo wekte direct gelijkspanning op. Het nadeel van deze dynamo is dat het vermogen beperkt is en de dynamo bij lage toerentallen weinig of geen stroom levert. De wisselstroomdynamo levert bijstationair toerental van de motor al 2/3 van zijn maximale stroom en vaak wordt bij een toerental van 1500 omwentelingen/minuut van de motor reeds het maximum bereikt.

9. Accuschakelaar
deze schakelaar heeft 4 standen, • Stand off/uit, geen verbinding tussen licht en startaccu en het boordnet • Stand 1, Motor kan gestart worden op de startaccu en dynamo laadt de startaccu • Stand 2, De dynamo/acculader laadt alleen de lichtaccu • Stand Both/Beide Alles is met elkaar verbonden, start en licht accu staan parallel geschakeld. Dynamo of acculader laden alle accu's, ook het verbruik komt uit alle accu's, dus de startaccu levert nu ook stroom aan huishoudelijk apparatuur. Bij te ver ontladen in deze stand kan het voorkomen dat de startaccu te ver ontladen wordt waardoor het starten van de motor niet meer mogelijk is. Een nadeel van deze schakelaar is dat twee accusets, licht en start, parallel geschakeld kunnen worden wanneer de spanning van beide sets niet geluk is. Meestal is de spanning van de startset iets hoger dan de spanning van de lichtset. Bij haven gebruik zonder walstroom gebruiken we stroom uit de lichtset waardoor de spanning daalt. De kans bestaat dat om beide sets op te laden de keuze schakelaar in de stand “Beide” gezet wordt. Bij een groot spanningsverschil tussen de sets zal er een hoge stroom gaan lopen van meestal de startaccu naar de lichtaccu, hetgeen slecht is voor de levensduur van de alle accu's.

10. Een scheidingsdiode of diodebrug
Met dit systeem behoren de problemen van de handmatige schakelaar tot het verleden, start en lichtgroep zijn gescheiden, dus huishoudelijke apparaten gebruiken alleen stroom uit de lichtgroep waardoor de startaccu gewoon op spanning blijft. Op het moment dat we gaan laden met de dynamo of met de acculader wordt automatisch de accuset met de laagste spanning eerst geladen, op het moment dat de spanning van beide accusets gelijk is worden alle accu's geladen, c.q. op spanning gehouden. Het nadeel van deze diodebrug is dat over de diodebrug een spanningsverlies optreedt van 0,7 volt waardoor de accu's niet vol geladen worden. Om de accu's toch vol te laden wordt dit verlies gecompenseerd door de dynamo een hogere spanning te laten leveren. Als dit niet mogelijk is kan een extra diode worden aangebracht in het circuit van de regelaar. Het verlies wordt dan teruggebracht naar 0,1 volt bij een stroom van 25 A per diode.

11. Laden met de acculader bij walstroom
Bij de keuze van een acculader moet worden gezorgd dat de lader de accuset in een redelijke tijd kan opladen. De laadstroom mag echter nooit groter zijn dan 25% van het aantal Ah van de accucapaciteit. Normaal is dat een acculader tenminste 10% van de accucapaciteit, maar bij voorkeur 20% kan laden. Bij een 200Ah accu wordt een acculader gekozen van 20 Ah bij normaal gebruik. Is er tijdens het laden een constant verbruik van 14A door ingeschakelde apparatuur dan blijft er voor het laden 6A over. Dit is te weinig om de accu binnen een redelijke tijd op te laden. Er moet dan voor een zwaardere acculader gekozen worden.

12. Zonne-energie
Hierbij maken we gebruik van het (zon)licht. Door middel van zonnepanelen wordt een elektrische stroom opgewekt waarmee we de accusets kunnen laden. De gemiddelde opbrengst van zonnepanelen in Nederland is zo’n 85% in ideale omstandigheden (Bron: Vattenfall). Grote voordelen van het gebruik van zonnepanelen zijn: • Zonne-energie is gratis: voor niets gaat de zon op. • Het is geruisloos • Het isreukloos • Er is een constante lading De stroom geleverd door een zonnepaneel wordt geregeld door een spanningsregelaar die er voorzorgt dat de spanning niet boven de l4,4V uitkomt.

13. Generator set
Is men gedurende de zomermaanden langdurig aan boord dan is een dieselgenerator set tezamen met een omvormer, acculader, omschakel automaat en accu's een compleet energie voorzieningsysteem. De set geeft de gelegenheid om grote gebruikers , zoals wasmachines stofzuiger en magnetron,zonder stroomvoorziening van de wal te kunnen gebruiken. Een nadeel t.o.v. zonnepanelen is het lawaai en het onderhoud. Het lawaai van een generator kan flink gereduceerd worden door het installeren van een extra demper in het uitlaatgasgedeelte van de generator. Een voordeel is dat de accuset redelijk snel opgeladen kan worden. Een goede gewoonte is om de generator bij het opstaan ’s morgens te laten draaien, het mes snijdt dan aan twee kanten, de accu's worden geladen, de boiler wordt warm en er kan water of koffie gezet worden zonder verbruik uit de accu's.

14. De omvormer
Deze wordt ook wel inverter genoemd, zet gelijkspanning om in een wisselspanning van 230V. Het voordeel van dit systeem is dat er net als thuis 230V apparatuur gebruikt kan worden, maar wel met een bepaalde limiet. De stroom van thuis wordt wisselstroom genoemd omdat het een golfbeweging is van min naar plus. De golf wordt sinus genoemd en de afstand tussen twee pieken een Herz. In Europa hebben we 50 Herz, in (Amerika 60Herz) oftewel 50 golven per seconde. We kennen omvormers met een gemodificeerde sinus en een zuivere sinus. De kans bestaat dat bepaalde apparatuur op de gemodificeerde sinus niet werken. Om geen problemen te krijgen is het aan te raden de duurdere omvormer met de zuivere sinus aan te schaffen. Het is aan te bevelen wanneer men geen wisselstroom gebruikt de omvormer uit te zetten, er wordt dan geen stroom verbruikt om 12V om te zetten in 230 V.

15. Gebruik 12 Volt én 24 Volt
De accu's worden dan serie-parallel geschakeld. Daardoor is het mogelijk om 24 volt te genereren voor gebruik van b.v. een boegschroef. Bedenk dat de boegschroef wel veel stroom gebruikt, daarom wordt voor 24 V gekozen waarbij we ook nog dunnere kabels kunnen gebruiken. Fabrikanten geven vaak een maximum tijdslimiet voor het gebruik van de boegschroef, in dit geval 3 minuten. Schippers welke hun schip 180 graden draaien met constant gebruik van de boegschroef kunnen dit beter nalaten en d.m.v. korte inschakel periodes het schip draaien, dit om veel warmte ontwikkeling in de motor en een te grote belasting van de accu te voorkomen.

16. Onderhoud accu’s in de winter
Wist u dat u de levensduur van uw accu’s met 2 à 3 jaar kunt verlengen door een paar eenvoudige maatregelen? • Zet voor de winter de accu’s vol geladen weg en ontkoppel de min polen. • Controleer + een keer per 2 maanden de accuspanning met een voltmeter. • Vergelijk deze met eerdere opnames en laadt eventueel de accu’s bij. De mate van ontlading geeft de conditie van de accu weer. Als de accu sterk ontladen is, betekent dat deze slecht is en vervangen moet worden. Slechte accu’s zullen steeds meer stroom vragen en in het vaarseizoen sneller ontladen. Is er één accu slecht, vervang dan alle accu's. N.B. Te vaak en te lang druppelladen verkort de levensduur van de accu en zorgt ervoor dat de accu “lui” zal worden en daardoor achteruitgang in capaciteit.

17. Vervangen van accu’s
Bij vervanging van accu's is het verstandig semi-tractie en/of gel-accu's aan te schaffen. Ze zijn duurder maar hebben een langere levensduur waardoor de prijs van 1 Ah lager komt te liggen.