Energiebalans: opslag van de elektriciteit

48 Volts accubank

Alle opgewekte energie (schroeven, windmolens, zonnecellen en laders ) wordt opgeslagen in een stevig accupakket van 48 volt, 1300Ah(C20) van het CanadeseRolls .  We moesten kiezen onder welk voltage de accu's de elektriciteit zouden opslaan. Bijvoorbeeld 12, 24, 48 volt of nog hoger?  Wij kozen voor 48 Volt om verschillende redenen. De meest gangbare elektrische voorstuwingen werken op 48 volt. Zo ook  op Duurzaam Jacht. De motoren zijn de grootste verbruikers. Tevens worden de motoren als dynamo's gebruikt en dan is de spanning ook 48 volt. Daarbij geldt er voor installaties boven de 50 volt een strengere regelgeving, dus met 48 Volt zitten we daar net onder.  Voor de kookplaat en de magnetron is 220 Volt nodig, en moet de stroom dus worden omgevormd. Omvormen kost energie. Maar omvormen vanaf 48 Volt geeft een kleiner verlies dan omvormen vanaf 12 of 24 Volt. Daarom is 48 Volt de meest rationele keuze.

De energie wordt opgeslagen in 24 accu’s van 2 volt. Deze staan, zo laag mogelijk, in twee banken langs de zwaardkast. Het zijn zogeheten natte tractieaccu’s. Andere, veel gebruikte accu’s zijn de Gel- en AGM accu’s. Deze onderscheiden zich doordat ze helemaal gesloten zijn en nooit hoeven te worden bijgevuld.. De aanwezige vloeistof (elektrolyt) is ‘gefixeerd’ en daarmee noemt men deze accu’s  ook wel ‘droog’, dit  in tegenstelling tot de ‘natte’ accu, die moet worden bijgevuld.

Natte tractieaccu’s hebben toch veel voordelen. Zo is daar de prijs; ze zijn een stuk economischer in aanschaf. Ze kunnen dieper ontladen worden en herstellen sneller door de grotere hoeveelheid elektrolyt.  Doordat men natte cellen moet controleren op waterverbruik en eventueel moet bijvullen, kunnen er sneller tekortkomingen worden geconstateerd die anders onopgemerkt blijven. Bijvoorbeeld door eenvoudig het zuur te wegen en zo beter zicht te krijgen op de toestand van iedere cel.

Uit ervaringen van zeezeilers die veel energie gebruiken, blijkt dat deze ‘rechtdoorzee’ accu’s zeer worden gewaardeerd.  Zij accepteren het extra onderhoud van het periodieke bijvullen van harte. (Rolls heeft een praktische oplossing om het bijwateren te reduceren. Zie de volgende paragraaf “Hydro Caps”.)

Aan boord van het Duurzaam Jacht, met de twee elektromotoren van samen 13 kilowatt, de inductiekookplaat en de oven, zijn de natte tractie-accu’s dus van harte welkom.

De natte tractie accu’s van het Canadese Rolls onderscheiden zich van andere accu’s onder meer door hun zeer lange levensduur. (In de accuwereld noemt men dat het ‘Cycle-Life’). Zie hiervoor de onderstaande grafiek.

In de accuvergelijkingstabel van de Stichting Elektrisch Varen  scoren de Rolls accu’s hoog als het om prijs per kWh gaat. Dat is duurzaamheid die zich terugbetaalt.

Over duurzaamheid gesproken: Rolls voert over haar producten een ‘environmental stewardship’. Dit betekent dat het bedrijf voor alle producten de belasting op het milieu (footprint) bekijkt en daar proactief op reageert, met als doel het milieu zo min mogelijk te belasten. Zij betrekt haar grondstoffen daarom voor 67% uit gerecycled materiaal en 97% van het materiaal komt uit gerecyclede batterijen. Zie verder http://www.rolls-battery.com/content/recycling-case-study

Geïnteresseerd in deze accu’s? Hier een filmpje over hoe de Rolls natte tractie accu’s worden gefabriceerd.

Hydro Caps

Natte tractie-accu’s hebben onderhoud nodig. De accu’s zullen bij het laden gassen en er zal een explosief mengsel van waterdamp en waterstof uit de accu ontsnappen. Dit gebeurt meestal door een gaatje in de dop die op iedere cel zit. Van tijd tot tijd, na diverse ontladingen en bijladingen, moet daarom de dop van iedere cel losgeschroefd worden en moet iedere cel gecontroleerd en eventueel met gedemineraliseerd water worden bijgevuld tot het juiste niveau. Dit onderhoud is een nauwgezet en tijdrovend klusje.

Dit kan op twee manieren worden voorkomen. De meest ingrijpende is door de cellen van alle accu’s te voorzien van slangen en die naar een centrale buffertank met gedemineraliseerd water te leiden. Deze oplossing is duurzaam, veilig, en het accusysteem is nagenoeg onderhoudsvrij. Zo’n watervulsysteem is echter vrij duur en het vraagt om nogal wat ruimte voor de installatie. Verder moet het vulsysteem toch regelmatig gecontroleerd worden of het wel goed functioneert.

Rolls heeft gelukkig een eenvoudige, maar zeker ook duurzame oplossing, in de vorm van simpele Hydro Caps, ook wel ‘recombination caps’ genoemd. De dop op de cel wordt verwisseld door zo’n Hydrocap en alle gassen uit de accu passeren nu eerst de ruimte in deze Hydro Cap. Daar reageert nagenoeg alle waterstof weer met zuurstof uit de lucht tot water, waaraan zich ook zuurdampen binden. Dit lekt terug in de accu. Met deze simpele voorziening wordt de emissie van gassen verminderd met gemiddeld 85%. De kleine investering verdient zich terug met de besparing in het bijvullen van het gedemineraliseerde water. De Hydro Cap vergroot ook de veiligheid, omdat nauwelijks nog explosieve gassen de accu’s uitkomen. Deze caps zullen dan ook in het Duurzaam Jacht toegepast gaan worden.

Bijzondere eigenschappen

Rolls accu’s hebben een marinetraditie. Begin van de vorige eeuw werden ze toegepast om de elektrische (gelijkstroomaangedreven) lieren aan boord van Canadese vissersschepen van energie te voorzien. In de loop der jaren zijn er diverse, vaak unieke, aanpassingen bedacht die, ondanks de vaak zeer extreme omstandigheden waaronder ze hun werk moeten doen, toch een lange levensduur garanderen.

Traditionele accu’s zijn vaak opgebouwd uit loden platen met een raamwerk waartussen een pasta wordt gesmeerd (het actieve materiaal). Er zijn positief geladen platen (+) en negatief geladen platen (-). Deze worden om-en-om in een accubak geplaatst. Dit maakt een chemisch proces mogelijk waarbij energie wordt afgegeven en weer wordt opgeslagen. (De samenstelling van de platen en de pasta zijn meestal de best bewaarde geheimen van de accufabrikant.)

Als de accu’s zwaar belast worden door diepe ontlading en/of zeer hoge stromen worden de platen en het pasta zwaar op de proef gesteld. Zo is daar het risico van kromtrekkende platen, uitvallend actief materiaal etcetera, met  het risico van kortsluiting, verminderde capaciteit en tot slot, het geheel uitvallen van de accu.

Rolls produceert accu’s met de dikste platen in de industrie en pasta met een zeer hoge dichtheid. De + en – platen mogen elkaar niet raken. Hierom worden ze gescheiden door poreuze vellen; de separatoren. Tijdens het gebruik zal er actief materiaal neerdalen op de bodem van de accubak. Dit hoopt zich op en kan kortsluiting veroorzaken. Om dit ‘sediment’ wat ruimte te geven maakt men loze ruimtes op de bodem. Rolls gebruikt zogenaamde ‘enveloppe’ separatoren. Die hebben een gesloten onderkant, waardoor er geen materiaal op de bodem van de accu kan neerslaan. Hierdoor kan de sedimentruimte vervallen en kunnen er hogere platen geplaatst worden wat weer een grotere capaciteit betekent. Bijkomend voordeel in het geval van een zeilboot is dat hierdoor ook het zwaartepunt wordt verlaagd!

Een klein maar belangrijk detail voor de zee- en zeilvaart is de ruimte bóven de platen. Deze is dusdanig hoog dat zelfs onder een hoek van 60 graden geen zuur uit de accu’s kan lopen!

Tot zover de redenen waarom deze accu’s goed in Duurzaam Jacht passen. Hebt u meer interesse, dan verwijzen we u naar de importeur, G.A.Hoornweg BV te Midwoud.

12 Volts service accu’s

De meeste randapparatuur zoals instrumentarium, verlichting en dergelijke is 12 Volt. Hierom is er ook een 12 Volts net aanwezig. Deze wordt gevoed vanuit de 48 Volts accubanken, met een omvormer van 48 Volt naar 12 Volts. In theorie kun je het 12 Volts net direct op die omvormer aansluiten, maar toch zijn er twee accu’s tussen geplaatst. Zij vormen een buffer bij zware belastingen, zoals bij het gebruik van de ankerlier. Ook kan het systeem hierdoor als tijdelijk 24 Volts systeem dienen.

Tekst bewerking: Saskia van den Heuvel