"Var inte rädd för döden.         
Var rädd för det olevda livet!"Bertolt Brecht

Driftdata Solelsystem

Driftdata från solelsystem i husvagn

Bakgrund:

Installerade en ny (begagnad) MPPT-regulator i husvagnen 2014-02-14.
Regulatorn har en inbyggd datalogger som lagrar dygnsstatistik för hur solpanelerna har levererat ström samt över hur regulatorn arbetat i sina olika laddningsmoder.
Denna statistiska driftdata får jag ladda ned manuellt i min laptop, så det avgör hur ofta det blir uppdaterat med ny statistik här. Och eftersom regulatorns datalogger kan spara mätvärden för 2-3 månader behöver jag inte hämta dessa så ofta (annat än av nyfikenhet).

Ström- och laddnings-statistik från MPPT-regulators datalogger:

Tyvärr har denna solladdregulator en stor egenförbrukning, vilket bara för dess passiva natt-mode förbrukar motsvarande 5Ah/dygn (0,2A) och inklusive aktiv dagdrift (0,4 - 0,5A) verkar landa på runt 7-9Ah/dygn (avstämt mot min batterimonitors Ah-räknare), vilket inte är speciellt lyckat för en solelanläggningen i en husvagn. Men jag tycker det är värt det i alla fall under denna säsongen fram till i höst, för att få denna typ av driftstatistik, för mig som en solelnörd ;-)

2014-03-30
Börjar tveka om den här solladdregulatorn (även om dess MPPT-funktion är jättebra)!
Den har en egenförbrukning som motsvar 20-25% av min strömförbrukning vid campande inkl. 12V kylskåpet, dvs mycket av fördelen av MPPT förloras vid camping, speciellt vid molnig väder eller skogsskugga! Samt vid senaste fricampingen i skogsskugga sjönk blybatteriernas urladdningspänning snabbare igen, vilket tyder på minskad fräschör för batterierna. Jag gissar på att en kraftig kondensator på regulatorns batterisida "kortsluter" pulsmotionerandet från mina pulskonditionerare så strömpulsande inte kommer batteriet till del. Ska försöka mäta upp om den teorin stämmer och återkomma om det här.
Är även lite med denna regulators laddcykelhantering med att den efter varje natt startar om med bulkladdfas även när batterierna är fulladdade då jag inte campar. En daglig full absorbtionsladdningscykel som då blir resultatet sliter onödigt på batterierna (har därför minskat absorbtionsladdfasen till bara först 60min, sedan 30min mot 180min normalt)!
Vid min senaste fricamping i skogen 11-13 Mars levererade solpanelerna runt 13Ah/dygn, vilket är halva min strömförbrukning, men bara ca 5Ah/dygn kom 12V systemet till del då resten förbrukades internt av denna MPPT-regulatorn! Här hade ju en strömsnål PWM-regulator varit betydligt effektivare i denna lätta skogsskugga.

2015-02-21
Jag bytte i augusti 2014 tillbaka till en PWM-regulator, för att främst få tillbaka ett strömpuls-underhåll av batterierna samt även få en lägre egenförbrukning hos laddregulatorn (extra viktigt under vinterhalvåret)! Kunde relativt snabbt konstatera att batterierna blev märkbart mer aktiva av strömpulsandet, vilket visar sig i en högre urladdningsspänning betydligt längre under urladdningen vid campande i senhöstväder där solcellerna ger markant mindre strömmängd än jag förbrukar. Jag upplevde även under en senhöst-campingtur att mina lite gamla blybatterier då fått tillbaka mer Ah-kapacitet för urladdning. Så jag är övertygad om strömpulsandets nytta!

Laddstatistik från NASA BM1 batterimonitor (Ah-räknare) i husvagn:

NASA BM1 avläst 1ggr/dygn varje kväll för perioden 2013-11-19 till 2014-04-03, samt nollställd inför varje campingtur (4ggr här).
Y-axeln: Ah-räknarens värde, där (-) är urladdat och (+) är extra laddning pga batteriverkningsgradens förluster + självurladdning.
(Justerat diagrammet då jag idag nollströmkalibrerat NASA BM1 - visade sig att den räknat ca +1,2Ah/dygn extra i laddning, 2014-04-10!)
(Efter ett dygn visar Ah-räknaren fortfarande 0Ah, den räknar bara heltal, så de 2Ah/dygn som diagrammet visar i slutet beror på att nollströmkalibereringen hade drivit iväg - får kolla efter ett par dygn vad det blir nu! Regulatorn dra nu 0,3A natt & 0,6A dag enligt NASA BM1!!!)

Diagram över NASA BM1 batterimonitorns Ah-räknares mätning av Ah in/ut ur batteriet från Nov 2013 till Apr 2014. Inför varje campingtur har jag nollställt NASA BM1, då batteriena varit fulladdade.
Den 14 februari 2014 bytte jag regulator från en PWM till en MPPT, en begagnad avancerad regulator som är ganska överdimensionerad för min husvagns behov och som har en ovanligt hög egenförbrukning av ström, men en väldigt effektiv MPPT-reglering.

Diagrammet visar både hur solel-laddningen fungerar över vintersolståndet samt in i vårsolperiod samt hur batterimonitorn fungerar och vilka begränsningar den har.
Jag har försökt utvärdera laddströmbehovet för batteriets "självurladdning" och den röda kurvan är batterimonitorns värde minskad med denna "självurladdning" (som även inkluderar onoggranhet i nollströmkaliberingen samt batteriaktivatorns lilla strömförbrukning).

Med denna MPPT-regulator dubblerades den strömmängd som laddas in i batterierna varje dygn vid fulladdade batterier, jämfört med PWM-regulatorn! Det beror nog dels på att denna MPPT-regulator drar ur ca 3Ah/natt ur batterierna, som sedan återladdas varje dag med sina laddförluster, dels på att denna MPPT-regulator efter varje natt startar om laddcykeln från början med bulkladdning, via absorptionsladdning till floatladdning, vilket ju inte är riktigt bra för de fulladdade batterierna, som nog överladdas lite så! Regulatorn borde minnas att batterierna är fulladdade och fortsätta nästa dag i float-laddning!

Diagrammet visar tydligt bristerna hos NASA BM1 med att den inte utvärderar / kompenserar för batteriernas självurladdning samt inte heller utvärderar / kompenserar för laddningsverkningsgraden som medför att man behöver ladda tillbaka mer ström än man förbrukat för att få batterierna fulladdade! (Jag vet ej om det finns någon batterimonitor på marknaden som gör detta? Eller i vart fall gör det bra? => Victron BMV 700 verkar göra det!)
Samt även att nollströmkalibreringen måste göras manuellt och är svår att få riktigt bra precision i (samt när den görs nollställs Ah-räknaren, så man kan inte kalibrera under pågående camping)!

Men jag tycker ändå att för upp till en 2-3 veckors campingtur har man en väldigt bra hjälp av NASA BM1 och även längre turer om man har väder som ger bra laddning så att man vet att man fått batteriet fulladdat minst 1ggr/14dygn så man då kan nollställa NASA BM1! (Synd det inte görs automatiskt i BM1, typ stannar på 0Ah och ej räknar "överladdning"!)

Mitt i vintern har man bra användning av BM1 om man startar campingturen med fulladdat batteri och nollställd batterimonitor, men sedan hemma tar återladdningen så lång tid att NASA BM1 tappar mycket i precisionen och bara ger en grov indikering över laddningen, tycker jag - men är ändå värdefull info för en grov uppfattning hur återladdningen går.

För riktig bra nollkalibrering av mätströmmen behöver man även skruva loss och koppla ihop avkänningstrådarna som kopplas till strömshunten, för att säkert få en noll-strömreferens att kalibrera mot, vilket är osmidigt.
(Jag ska göra ett test senare med små CMOS-switchar som kan göra detta, och se om det kan fungera.)

Nasa Marin Instruments anger även i sin NASA BM1 manual för nollströmkalibreringen att åtta steg (knapptryckningar) motsvarar 0,1A, vilket då blir 12,5mA/steg som motsvarar 0,3Ah/dygn per steg, så bara där hamnar man lätt 0,3 - 0,6 Ah/dygn fel!

Nollkalibrerade min NASA BM1 idag (2014-04-10) med ihopkopplade avkänningstrådar vid strömshunten och det visade sig att den drivit iväg och nu räknade ca 0,05A extra laddström, vilket blir ca +1,2Ah/dygn för mycket summerad strömmängd!
Stämde bra att det är 8st kalibreringssteg mellan att BM1 visar +0,1A till den visar -0,1A (vilket motsvarar +0,05A till -0,05A), så man får stega flera gångar fram och tillbaka så man säkert hittar dessa 8st steg för att slutligen från ena änden av en sådan stegning stega tillbaka 4st steg för att hamna mitt i mellan - lite klumpigt tycker jag. Eftersom all sådan här elektronik är byggd runt en mikroprocessor idag kunde de istället när man tryckte för kalibrering låtit mikroprocessorn stega fram och tillbaka själv i mikrosteg och hitta nollströmpunkten med mycket högre precision, tycker jag! Är så jag hade gjort. Uppdaterade diagrammet ovan med justering i excel-beräkningen för att NASA BM1 har mätt fel +1,2Ah/dygn senaste tiden.

All data är manuellt avläst var eviga kväll i husvagnen under denna tid, så lite segt att ta fram underlaget till diagrammet - så slutar nog med det... man skulle fått denna data lagrad på ett SD-minneskort av batterimonitorn :-)

De två vintercampingturerna i januari resp februari använde jag inte 12V-kylskåpet utan kylde med kyla utifrån, därför inte strömförbrukningen blev så stor då.

De två campingturerna i mars är med 12V-kylskåp i drift samt campande i skogens trädskugga. Efter senaste turen där så var första dagarna hemma på parkering helsoliga, och då ser man hur snabbt strömmen laddas tillbaka. Mitt på dagen 2014-03-14 levererade solpanelerna runt 140W (9,5A laddström) och totalt under dagen återladdades 48Ah, runt 90% av det som förbrukats, fast vi bara är i början av April!

Har märkt detta förut också, att om den mesta strömmen laddas tillbaka så direkt dagen efter att den förbrukats ur batterierna så kan den mesta strömmängden laddas tillbaka under bulkladdning, runt 85% av det som laddats ur samt under absorptions-laddningen blir det också högre laddström dvs laddningsmottagligheten är stor.

Om det är dåligt med solel och återladdningen tar 1-2 veckor så kan bara runt 50% av den förbrukade strömmängden återladdas under bulkladdning (trots ofta ganska låga laddströmmar då) och resten får återladdas under absorption- och float-laddfaserna, där strömmängden begränsas kraftigt för att laddspänningen inte ska bli för hög, dvs laddningsmottagligheten sjunker kraftigt när återladdningen drar ut på tiden!
Blybatteriernas laddningsdynamik är verkligen komplex och bitvis lite förbryllande!

I början av diagrammet ser man även hur lite solel solpanelerna ger runt midvinter, och då har jag ändå 200W av mina 250W solpaneleffekt placerade på mitt fronttak som sluttar ca 20 grader och är riktat mot söder (samt jag borstar av snön regelbundet). Nu var denna perioden den här säsongen ovanligt solfattig, så var lite sämre än det bukar vara.


Nu har jag en MPPT-regulator sedan en tid tillbaka och kan tydligt se att blybatteriernas urladdningspänning sjunker snabbar nu, dvs att batterierna inte är lika aktiva / spänstiga längre som de var med den PWM-regulatorns pulsladdning. Och detta trots att jag har strömpulsning både via batteriaktivator och batterikonditionerare! Antingen gör dessa inte lika stor nytta som PWM-pulsladdning, eller så beror det på att MPPT-regulatorn har stora kondensatorer på sin 12V sida som sannolikt den mesta strömpulsningen tar sina strömpulser ifrån istället för blybatterierna! Ska se om jag kan mäta upp detta lite senare, för att få kunskap... men jag tror det är kondensatorerna som förtar mycket av strömpulskonditioneringens effekter...

Ju mer praktisk kunskap jag får kring olika solladdregulatorers laddning av blybatterier samt ihop med strömpulskonditionerare ju mer komplicerade verkar sambanden var... och detta är inget jag hittar kunskap om på Internet...

Denna MPPT-solladdregulator verkar gjord för ett kontinuerligt bebott off-grid-hus med en regelbunden strömförbrukning varje natt! Efter varje dag så startas all laddstyrning om via bulkladdning och den kommer inte ihåg att den var inne i en längre absorptionsladdningfas efter lite djupare urladdning under camping eller att batterierna var fulladdade, utan nästa dag utgår bara ifrån hur låg batterispänning var som lägst under senaste natten.

Detta är den tredje solladdregulatorn jag provar och det skapar en stark önskan hos mig att utveckla en helt egen regulator med lite mer intelligens samt anpassad för strömförbrukningsmönstret vid husvagnscamping. Håller på att skissa på funktionsprinciper...

Strömbrytpunkt då MPPT ger mer än PWM laddteknik: (ny 2014-02-17)
En MPPT-regulators mer avancerad elektroniska uppbyggnad gör att den i regel också drar lite mer ström i egenförbrukning än en PWM-regulator. Det medför att under en viss strömbrytpunkt så får man ut mer ström netto från solpanelerna med en PWM-regulator, trots att MPPT-regulatorns teknik tar tillvara på mer ström från solpanelerna.
Jag har här gjort några analyser för att indikera var denna brytpunkten för solpanelströmmen kan ligga.

Vid vilken solpanelström ger en MPPT-regulator vinst över sin större egenförbrukning, jämfört med en PWM-regulator?

Data min nuvarande (2014-02-14) MPPT-regulator:
Egenförbrukning natt: 0,2A
Egenförbrukning MPPT-reglering: 0,4A
(Denna regulatorn drar lite extra mycket egenström av några olika anledningar!)
Siffrorna kommer ur data från dess egen display samt från min batterimonitor som visar strömmen in i batteriet.

Min tidigare PWM-regulator (Solara SR340CX):
Egenförbrukning natt: 0,006A
Egenförbrukning solelladdning: 0,006A

Tidigare Steca Solarix MPPT 2010:
Egenförbrukning natt: 0,010A
Egenförbrukning MPPT-reglering: 0,15A
(uppskattad ur verkningsgradsdiagram)


Vid 1,30ggr extra ström av MPPT-regleringen (vid solpaneler med Vmpp = 17,5V / 25°C):
(Nu 2014-02-14 vid runt +5°C utetemperatur och molnigt väder.)

Jämviktsekvation där MPPT börjar ge extra ström:
(MPPT-nettoström = PWM-nettoström)
I_sol * 1,30 - 0,4 = I_sol - 0,006
I_sol * 1,30 = I_sol + 0,4 - 0,006 (stuvar om ekvationen i några steg)
I_sol * 1,30 - I_sol = 0,394
I_sol(1,30 - 1) = 0,394
I_sol = 0,394 / (1,30 - 1) = 0,394 / 0,30 = 1,3A
("I" är den tekniska beteckningen för ström och I_sol strömmen från solpanelerna.)

Så för min nuvarande MPPT-regulator är det först när solpanelerna producerar mer än 1,3A ström som denna MPPT-regulatorn ger någon direkt vinst, men då är inte regulatorns strömförbrukning nattetid inräknad i den strömbalansen.

Om vi grovt antar att vi får MPPT-strömmen 8hr/dygn och har "nattvila" 16hr/dygn:
Då behöver min nuvarande MPPT-regulator:
16 * 0,2 / 8 = 0,4A ytterligare under de 8hr med MPPT-ström

Medan det för PWM-regulatorn blir:
16 * 0,006 / 8 = 0,012A ytterligare under de 8hr med solström

Jämviktsekvationen blir då totalt:
I_sol * 1,30 - 0,4 - 0,4 = I_sol - 0,006 - 0,012
I_sol * 1,30 - 0,8 = I_sol - 0,018
I_sol * 1,30 = I_sol + 0,8 - 0,018
I_sol * 1,30 - I_sol = 0,782
I_sol(1,30 - 1) = 0,782
I_sol = 0,782 / (1,30 - 1) = 0,782 / 0,30 = 2,6A

Så totalt sett ger min nuvarande MPPT-regulator extra ström av MPPT-regleringen först när solpanelerna producerar mer än 2,6A i medelström under 8hr/dygn, enligt använd data!!! Är lite tänkvärt, tycker jag. Det innebär att denna MPPT-regulator kommer ge mindre med ström under flera vintermånader än min tidigare PWM-regulator.
Sedan kommer sådant in som att soleltiden dagtid är kortare än 8hr vintertid, men att solpanelernas högre spänning av kylan gör att MPPT-regleringen ger upp mot 1,40ggr eller mer ström då, så är många faktorer att räkna på. Ovan exempel får ses som en tydlig indikation.
-------------------
För Steca Solarix MPPT 2010 blir motsvarande:

Jämviktsekvation där MPPT börjar ge extra ström:
I_sol * 1,30 - 0,15 = I_sol - 0,006
I_sol = (0,15 - 0,006) / (1,30 - 1) = 0,48A

Jämviktsekvationen för nattförbrukningen:
MPPT nattströminverkan: 16 * 0,010 / 8 = 0,020A
PWM nattströminverkan: 16 * 0,006 / 8 = 0,012A

Jämviktsekvationen blir då totalt:
I_sol * 1,30 - 0,15 - 0,02 = I_sol - 0,006 - 0,012
I_sol * 1,30 - 0,17 = I_sol - 0,018
I_sol = (0,17 - 0,018) / (1,30 - 1) = 0,51A

Så lite grovt räknat (= indikation) är det först när solpanelerna ger mer än 0,5A - 0,7A medelström under 8hr/dygn som många MPPT-regulatorer lämpliga för husvagn ger extra ström ur sin MPPT-reglering (beroende på både PWM- och MPPT-regulatorernas data, vilka ofta är svåra att få tag på)!
Så för de flesta ger en MPPT-regulator för husvagn mindre ström än en PWM-regulator under de allra solfattigaste vintermånaderna samt ofta under mulna sommarregndagar och en del mörkt mulna dagar också, men övriga delar av året så blir det i regel totalt sett mer ström från MPPT-regulatorer (i soligt läge).

Men är ju även beroende på hur mycket solpaneleffekt man installerat - högre solpaneleffekt = blir mer fördelaktigt med MPPT-regulator (fast då kanske man ändå har marginaler så det räcker).

Slutsatsen blir i alla fall att en solladdregulators egenförbrukning är en viktig parameter, speciellt för att få någon solelström netto under de allra solfattigaste vintermånaderna!
Här kan PWM-regulatorn Solara SR340CX (20A) låga egenförbrukning på 0,006A tjäna som referens!
Samt att den i regel lite högre egenströmförbrukningen hos MPPT-regulatorer gör att det finns en strömbrytpunkt för solelen vid mer solfattiga förhållande då en MPPT-regulator ger mindre nettoström än en PWM-regulator!

Sedan är detta med hur blybatterier ska laddas / underhållsladdas / motioneras / desulfateras så komplext med så lite vetenskaplig kunskap kring, så vem vet kanske det är en ren fördel med en MPPT-regulator som laddar ur en 3Ah ur batteriet varje natt med sin lite höga egenström-förbrukning, under de perioder husvagnen inte används! Som en sorts motionering av blybatteriet, för längre batterilivslängd.
En annan aspekt är att "12V" solpaneler har en med utvecklingen stigande nominell MPP-spänning, spänning vid max effekt (Vmpp). Den låg för kiselsolceller runt 16,5V när jag började med solel 2007 och förra året (2013) var den runt 17,5V samt en del nya ligger nu 2014 på en Vmpp på 18,2V och enstaka ända upp på 19,6V nu, vilket gör att allt eftersom denna spänning stiger så ger en MPPT-regulator mer fördelar strömmässigt.

Med reservation för eventuellt beräkningsfel.