Sähköstä ja sen riittävyydestä

timo 29.11.2014 23:36:00 EET

N 28° 7.632', W 15° 25.510'

Neljän viikon ankkurissaoloaikana tuli viimeinkin testattua sähkön riittävyys.

Iiriksen siirtyessä meille, oli tuuligeneraattori tullut jo tiensä päähän ja toinen aurinkopaneeli oli hapettunut toimimattomaksi. Oli hyvä tilanne suunnitella sähkön tuotanto puhtaalta pöydältä. Uutta teknologiaa on kehitetty ja toisaalta sähköä tarvitaan aina vaan enemmän loputtomalle määrälle eri härväkkeitä, jotka kaikki ahneina vaativat sähkötäydennystä.

Aurinkopaneelit olivat helppo nakki. Yksikide kennoilla ja hyvin pienellä pinta-alan lisäyksellä lähes tuplasimme aiemman kapasiteetin 3 x 90 wattiin.

Tuuligeneraattorissa päädyimme äänekkääseen, mutta tehokkaaseen kolmi-siipi myllyyn. Myllyn saa tarvittaessa nappia painamalla pois päältä. Kun sähköä tarvitsee ei pieni suhina haittaa.

Kolmas tapa ladata akkuja on moottorin käyttö. Moottorissamme on 60A laturi.

Lisäksi on tietysti maasähkölaturi. Maissa ollessa pitää ainakin saada akut ladattua täyteen.

Aloin suunnitella unelmaohjainta kaikille näille neljälle tavalle tehdä sähköä. Lyijyakkujen latausominaisuudet ovat hyvin tiedossa, onhan se kypsää tekniikkaa ja odottaa vain uusien akkuteknologioiden syrjäyttävän itsensä. Onko syrjäyttäjä litiumioni, superkondensaattori vai joku ihan muu...

Kaikki lähteet ovat samaa mieltä lyijyakkujen latauksesta. Tarvitaan monivaihelataus lämpökompensoinnilla. Laturissa pitää olla siis lämpömittari, joka laitetaan akun plusnavan läheisyyteen.

Uusi 12V sähköpääkeskus.

Aurinkopaneelit ovat oma maailmansa. Kullakin paneelityypillä on jännite, jolla saadaan paras teho. Tämä jännite on kaukana akun latausjännitteestä, jonka vuoksi tarvitaan säädin, jossa on maksimitehopisteen säätö.

Tuuligeneraattorissa olisi hyvä, jos itse myllyssä olisi vain generaattori ja vaihtosähkö tasasuunnattaisiin vasta lähellä akkuja, koska vaihtosähkön jännitehäviöt kaapelissa ovat pienemmät kuin tasavirralla.

Unelmien laturissa olisi siis maksimitehopisteen säädöllä oleva sisääntulo aurinkopaneeleille, vaihtovirta sisääntulo myllylle, sisääntulot moottorin laturille ja laiturin 230/115V vaihtovirralle.

Unelmat ovat unelmia ja todellisuus toista. Vaikka unelmalaturi löytyisikin, olisi sen hankinta riski, koska sen aikaa myöten hajotessa meillä ei olisi mitään. Yritämme tietoisesti välttää merkkiuskollisuutta.

Valinta laturiksi oli CTEKin D250S DUAL ja SMARTPASS. Laiteyhdistelmä hoitaa aurinkopaneelien ja moottorin latauksen säädön. Lisäksi ne siirtävät tarvittaessa virtaa startti- ja hupiakkujen välillä huolehtien siitä, että starttiakku ei koskaan tyhjene. Otamme käyttövirran SMARTPASSin ulosotosta, jossa on akkujen syväpurkauksen esto.

Akun latausjännitteen ja lämpötilan suhteesta on paljon kirjoitettu, mutta tässä vielä kertausta. Latausjännitteen on oltava hyvin tarkka. Liian alhainen sulfadoi akun, liian korkea taas tuhoaa sen. Suomen keväällä/syksyllä akkuja pitää ladata jopa 15V jännitteellä ja tropiikissa, jonne mekin halajamme, vain 14V jännitteellä. Kun kallis akkupatteristo on hankittu, ei kannata säästää laturissa.

Ostamassamme Airbreeze myllyssä on sisäänrakennettu säädin ja käytämme vanhaa Waecon maasähkölaturia, johon ostimme kuitenkin akkulämpömittarin.

Paneelit ja mylly on asennettu Atlantinkaariin. Johdotukset ovat varsin pitkät, lähes 10 metriä yhteen suuntaan. Paneeleista tulee parhaimmillaan yli 20A ja myllystä yli 10A. Johdoista aiheutuvat tehohäviöt ovat suuret.

Kaikkien laitteiden käyttöohjeissa on suositukset kaapelien paksuuksille. Ei ole syytä asentaa ohuempaa missään olosuhteessa. Nyrkkisääntö on, että asenna aina niin paksua kaapelia kuin saat mahtumaan.

Kaapelin tehohäviön voi laskea helposti. Johtimen tehohäviö saadaan kaavasta I²R, missä I on virta ja R johtimen vastus. Johtimen vastus taas saadaan kaavasta R = ?l/A, missä ? on johtimen ominaisvastus, l johtimen pituus ja A johtimen pinta-ala. Kuparin ominaisvastus on 0,0000000168.

Esimerkiksi jos paneelien johtojen pituus on 20m ja virta 20A on tehohäviö 56W 2,5 neliöisellä johdolla.

Kuvassa aurinkopaneelit lataavat akkuja ja käyttösähkö tulee hupiakuilta. 

Ohuet johdot ovat mittauksia varten. Kunkin liittimen ja johdon välissä on 1K? vastus. Yleismittareiden ominaisvastus on M?:n luokkaa. Parin kilo ohmin vastus ei vaikuta mittaustarkkuuteen merkittävästi. Mittausjohdot voidaan vaikka oikosulkea ilman mitään ongelmia.

Nyt kun maksimaalinen tehon saanti on selvä, on aika optimoida kulutusta. 

Ensimmäinen asia on vaihtaa kaikki valaistus ledeihin, tärkeimmät on jo vaihdettu, mutta muutama on vielä työn alla. Kulkuvaloille tämä muutos on tehty jo vuosia sitten. 

Läppärit ja tabletit vaativat lähes jatkuvaa lataamista ja yleensä näiden laturit kuluttavat tehoa aivan älyttömästi. Jos laturi kuumenee paljon on se huono, sähkö menee lämpönä harakoille. Pahin mahdollinen vaihtoehto läppärille on ladata sitä invertterin kautta koneen mukana tulleella virtalähteellä. Kaupoissa on saatavana virtapihejä 12V virtalähteitä, nämä eivät tunnu kädessä kuin hieman lämpiminä.

Miten me sitten pärjättiin ankkurissa? Täydet akut riittivät tietysti sellaisenaan monta päivää. Parin viikon jälkeen tuli sitten monta pilvistä ja tyyntä päivää. Akkujen lataus hupeni kunnes CTEK katkaisi sähköt, niinkuin sen pitääkin tehdä, etteivät akut vaurioidu. Kone käyntiin ja taas oli sähköä kulutettavaksi.

Viimeisen ankkuriviikon lopulla alkoi tuulla aika lailla ja aurinkokin paistoi. Sähköä oli vaikka muille jakaa. Keitin aamukahvitkin invertterillä, vedenkeitin vie 1000W. Systeemimme toimii siis kuten olimme suunnitelleetkin.

Lopuksi ilmainen mainos. Lähtiessämme CTEKin SMARTPASS virtareitittimessä oli vika. Ajettaessa koneella puolipilvisellä säällä käyttöjännite nousi 16V:iin. Olimme yhteydessä CTEKiin. He ottivat ongelman tosissaan ja saimme Brestiin uuden laitteen CTEKin kustannuksella. Nyt systeemi toimii. Kiitos!