Elektrische installatie voor off-the-grid kamperen

[JanJD]

Elektrische 12V installatie voor off-the-grid kamperen.


In deze post een beschrijving van een zelfgebouwde 12V elektrische installatie met accu en zonnepaneel voor 'off-the-grid' gebruik waarmee ondertussen enkele jaren ervaring is opgedaan. Deze installatie zit in een 3Dog vouwwagen maar omdat er geen vouwwagen merk of type specifieke elementen in zitten is deze post in deze algemene projecten groep geplaatst.


Voor de leesbaarheid verdeel ik de informatie in deze post over meerdere reacties.   
In deze eerste post de introductie met mijn uitgangspunten en gemaakte functionele keuzes afsluitend het schema. Het schema is ontstaan uit het evalueren van meerdere oplossingen waarna keuzes gemaakt zijn. In een reactie zal ik meer achtergrond informatie delen over gemaakte technische keuzes. Lees ook graag (of liever eerst) deze aanvulling, ik verwacht dat dit al veel vragen wegneemt.
Afhankelijk van reacties of vragen wil ik graag in meer aanvullende informatie delen.


Introductie:
Onze vouwwagen is in 2017 vanaf fabriek zonder elektrische installatie of keuken geleverd. Zelf heb ik een keuken, wagenbakinrichting en elektrische installatie toegevoegd. De elektrische installatie bestaat uit een 230V en 12V deel waarbij het 12V deel voorbereid was op latere toevoeging van accu en zonnepanelen. Zie voor details van dit project https://www.vouwwagenclub.info/forum/index.php?topic=21444.0 , Let op: In latere posts van mij in dit draadje staat meer informatie over de elektrische installatie (reactie 4, 15, 40, 47 en 53) en ervaringen met off-the-grid kamperen. In voorjaar 2018 is de 12V installatie met toevoeging van een accu, zonnepaneel en wat elektronische onderdelen geschikt gemaakt voor off-the-grid kamperen. Deze post gaat over de uitgangspunten, de gemaakte afwegingen en de uitvoering van de complete off-the-grid elektrische installatie.


Uitgangspunten: (zie voor meer details de gelinkte post in het 3Dog gedeelte).
1) Plug & Play: Aansluiten aan stroompaal, auto of zonnepaneel met accu; automatisch moet de juiste energiebron voor de verschillende gebruikers gekozen worden.
2) Optionele accu, voldoende groot voor 4 dagen off-the-grid kamperen.
3) Optionele zonnepaneel met laadregelaar in combinatie met de accu voor onbepaalde tijd off-the-grid kamperen.
4) Minimaal noodzaak voor (verleng) snoeren. Aansluitingen op de plaatsen waar ze nodig zijn.
5) Goede toegankelijkheid van zekeringen, indicatoren en schakelaars, ook als de tent ingevouwen is.
6) Minimaal ruimte gebruik in de wagenbak. De installatie is waar mogelijk in 'verloren' ruimte weggewerkt.


Gemaakte afwegingen voor koken en koelen:
1) Wij hebben gekozen voor koken op gas. De gekozen 3 pits gaskookplaat heeft totaal 5,5kW brander vermogen. Een equivalente elektrische kookplaat op 230V is niet praktisch met het oog op beperkingen van de stroompaal of een off-the-grid stroomvoorziening.
2) Wij hebben gekozen voor een 40 liter absorptie koelbox (Dometic CombiCool RC2200 EGP) die tot 33 graden onder de omgevingstemperatuur koelt. Dit gebeurt afhankelijk van de situatie op 230V, 12V of gas. Een compressorkoelbox levert in extreme situaties betere koelprestaties maar was voor ons op moment van keuze (2017) economisch en praktisch niet een handig. De inhoud en koelprestaties van een Peltier koelbox zijn in het algemeen minder waarbij het elektriciteit verbruik ook relatief hoog is.
Voor een energie efficiënte 40 liter compressor koelbox op 12V moet met een (extra) elektriciteitsverbruik van zo'n 20 tot 40Ah per dag gerekend worden (afhankelijk van type en gebruikspatroon). Dit maakt dat er tot 4x zoveel zonnepanelen nodig zijn, oftewel meerdere kleine panelen of 1 joekel van een paneel zoals thuis op het dak ligt (1,65mx0,99m) worden noodzakelijk. Voor bewolkte dagen moet de accu capaciteit ook duidelijk omhoog, voor dezelfde 4 dagen autonomie is een tot een 300Ah accu noodzakelijk (80kg massa!). Bij een absorptie koelbox op elektriciteit moet je aan 4 à 5 keer meer energie verbruik rekenen, een Peltier box is relatief nog minder gunstig.
Met deze kennis zijn er mijns inziens als je met een koelbox off-the-grid (zonder 230V) wilt kamperen 2 reële opties; een 12V compressor koelbox of een absorptie koelbox op gas.
Een goede 12V compressor koelbox kost 3x zoveel als een goede absorptie koelbox. Als hierbij ook nog de extra investering in de noodzakelijke zonnepanelen, lader en accu's meegenomen wordt dan kost de oplossing met een compressor koelbox meer dan 1000 Euro extra. En de accu is een terugkerende kostenpost; de capaciteit loopt terug waardoor deze periodiek (na enkele jaren) vervangen moet worden. Hiernaast moet je ook een plek vinden voor de zware accu('s) en de forse zonnepanelen.
Ik heb om bovenstaande redenen voor de traditionele oplossing gekozen; een goede betaalbare absorptie koelbox samen met een geminimaliseerde elektrische installatie. Ook zonder zon maak ik mij geen zorgen over de koeling. Op locatie hoef ik niet met zware panelen te slepen.


Elektrisch energie verbruik:
Wij kamperen met een gezin bestaande uit 5 personen. Het vooraf geschatte 12V elektrische energieverbruik was zo'n 10Ah (120Wh) per dag. Het geschatte verbruik klopte redelijk in de zomer van 2018, in zomer 2019 was het verbruik gemiddeld 165Wh (14Ah bij 12V) per dag. Verbruikers waren verlichting, mobiele communicatie zoals telefoons, computers en nog wat andere verbruikers zoals enkele kleine quadcopters (drones) en modelvliegtuigen.


Elektrisch Schema:
In de aangehechte installatie schema zijn alle installatie onderdelen voor zover mogelijk op een ook voor niet techneuten herkenbare wijze gevisualiseerd. Allen de logische verbindingen zijn zichtbaar gemaakt; let op dat voor de leesbaarheid sommige details vereenvoudigd of weggelaten zijn.
Het centrum van de 12V installatie staat in het midden (blauwe blok).
In een centraal gemonteerde kast in de vouwwagen zit alle techniek die onderdeel is van de vaste 12V installatie. Het gaat hier om de zekeringen, bron-prioriteit-circuit, LED indicatie lampen, ontvanger draadloos bedienbare lampen en schakelaars. De rest van de vaste 12V installatie bestaat slechts uit vast aangelegde bekabeling en aansluitpunten op de locaties waar de gebruikers zitten.
Links in het centrale blauwe blok zitten de ingangen (voedingsbronnen), rechts de uitgangen (gebruikers). De zekeringen zijn om de installatie te beschermen. Omdat er 4 12V spanningbronnen zijn en elke gebruiker achter elk aansluitpunt in principe de volledige beschikbare stroom kan vragen is er voor gekozen om alleen bij de bron af te zekeren. Alle bekabeling is 2,5mm dik en waarbij een 10Ampere zekering (15 zou ook nog mogen) voldoende laag is om de installatie tegen de gevolgen van overstroom te beschermen. Twee schakelaars zijn aanwezig om handmatig enkele functies te kunnen in of uitschakelen. Een schakelaar is voor de vonkontsteking en verlichting (master). Met de tweede schakelaar kan het aansluitpunt bedoeld voor de (optionele) acculader afgeschakeld worden. Alle geschakelde uitgangen hebben een LED indicatie die de status (aan of uit) weergeeft: 4x voor de lampen, 1x voor de vonkontsteking/lamp-master en de 6e LED geeft aan of de accu lader in functie is.


De rechts weergeven gebruikers worden eerst toegelicht, hierna komen de energiebronnen en de optionele off-the-grid onderdelen aan de beurt.


De 4 verlichting aansluitpunten, 1 vonkontsteking en de 3 permanente 12V aansluitpunten (rechtsboven en rechtsonder in het schema) zitten paarsgewijs zo dicht mogelijk bij de lichtpunten. Dit is in de keuken (vonk), onder de luifel, in de leefruimte met vastkuip (bij de kabeldoorvoer) en in het midden van de wagenbak onder de bagageklep. Alle aansluitpunten zijn van het XT60 connector type. De XT60 steker is gespecifieerd tot 60Ampere en is goed verkrijgbaar en voordelig. Ook zijn er meervoudige splitters en andere handige verdelers met XT60 stekkers verkrijgbaar, heel handig als er bijvoorbeeld meerdere gebruikers aan 1 aansluitpunt moeten. 
De koelbox en kookunit staat bij onze 3Dog achterin de vouwwagen op kogelgelagerde rails. De elektriciteit kabels vanaf de koelbox en kookunit gaan via een kabelrups, die de kabel beschermd en geleid tijdens het in en uitrollen, en lopen naar de eerder genoemde centrale unit midden achterin de vouwwagen. Hiervandaan gaat ook de bekabeling naar de 13 polige stekker voor in de auto. Dit maakt dat er een aanzienlijke lengte tussen de 13 polige autostekker en de koelbox zit. Ondanks de relatief dikke 2,5mm2 kabels (dikste wat in de 13 polige stekker wilde ;-() zijn de spanningsverliezen toch aanzienlijk. Dit probleem is opgelost door bij de koelbox een step-up converter te zetten die de gereduceerde binnenkomende spanning weer omzet naar een keiharde 12V; hiermee koelt de koelbox ook goed tijden het rijden (ijs op de koelelement!).
Zowel in de hoofdtent als in de wagenbak (afsluitbaar) hebben wij USB en laptop laadpunten. De laadadapters zijn aangesloten aan de daar aanwezige 12V aansluitpunten. De USB lader is een van origine een 230V 8 poort snel lader met een LCD scherm die de stroomafname per poort weergeeft. Deze unit is omgebouwd naar 12V, enkele foto's hiervan zijn toegevoegd.
Laptop laders, al dan niet via een 230V inverter, kunnen ook aan de constante 12V stroompunten aangesloten worden.


De spanningsbronnen zijn in het schema aan de linkerkant van de centrale unit weergegeven.
Er zijn er 4 verschillende spanningsbronnen;
1: Uitgang van de 230V naar 12V omvormer
2&3: Constante en geschakelde 12V uit 13 polige stekker vanuit de auto
4: Spanning uit (optionele) accu
1) De 230-AC naar 12V-DC omvormer is een compacte schakelende voeding die onder andere voor LED verlichting gebruikt wordt, een voorbeeld foto is toegevoegd. De maximale uitgangsstroom stroom is 10A, dit is tot nu toe ruim voldoende voor de verwachte gebruikers.
2&3) De twee 12V spanningbronnen uit de auto zijn gerealiseerd door de bestaande 8 polige stekker te vervangen door een 13 polige stekker en een extra kabel vanuit deze stekker naar de centrale 12V unit te leggen. In de unit zit een zekering voor elke spanningsbron. Achter de zekering worden de spanningbronnen al dan niet via de bron-prioriteit-keuze logica doorgezet naar de juiste gebruiker. De geschakelde 12V voedt de koelbox. De constante 12V voedt de overige gebruikers. De acculader krijg alleen voeding als ook de geschakelde 12V spanning aanwezig is.
4) De optionele accu spanningsbron samen met de acculader, zonnepaneel en bijbehorende elektronica bevat meerdere bijzonderheden die hieronder nader uitgelegd worden.


Het resterende hierboven niet beschreven deel van het schema is allemaal optioneel en geen deel van de vaste vouwwagen installatie. Het gaat hier om de accu, zonnepaneel, zon laadregelaar en een speciaal laad-bron selectie circuit met bijbehorend GND-lift relay. Al deze onderdelen vormen samen de zonne-energie-bron en is met slechts twee XT60 stekkers (Battery in, Battery charger out) aan de vaste vouwwagen installatie aangesloten. De zware accu en de aanverwante onderdelen zijn net voor de as middenin de vouwwagen geplaatst. Het zonnepaneel reist in een verloren ruimte onder de bagageklep onder het bed mee en staat op locatie naast de vouwwagen (in de zon).
Het intelligente hart van de zonne-energie-bron is de De Victron smartsolar MPPT 75 | 15 regelunit.
De zonnepaneelregelaar van Victron is van het MPPT type en zet op efficiënte wijze paneelspanningen om in de gewenste accuspanning. De paneelbelasting wordt hierbij geoptimaliseerd op maximaal afgegeven vermogen. Deze optimalisatie vind continu plaats en zorgt ervoor dat ook in mindere omstandigheden (bijvoorbeeld gedeeltelijk schaduw op het paneel) de maximale energie eruit gehaald wordt. Het paneel is met een ongeveer 13 meter lang 2,5mm2 dikke kabel met de regelaar verbonden. Ook hier zijn XT60 connectoren gebruikt. Om koperverliezen te beperken en de MPPT regelaar optimaal te laten functioneren is er voor een 72cellen (24V) zonnepaneel gekozen. Bij de veel gebruikte PWM regelaars wordt er normaliter voor 12V installaties een 36cellen paneel gekozen. Het voordeel van de gekozen dubbele spanning is dat bij hetzelfde vermogen de stroom de helft is. De kwadratische relatie tussen stroom en vermogensverlies maakt dat de energieverliezen in de kabel 4x zo klein zijn. Hiernaast start door de hogere spanning de MPPT omvormer bij mindere zonneomstandigheden net iets eerder op.
Naast de zonnepaneel regelaar functie zit er ook een accu laadregelaar en een belasting monitor in de Victron unit. De 3 fasen (Bulk, Absorptie en Float) laadregelaar zorgt ervoor dat de accu zo snel als mogelijk vol geladen maar nooit overladen wordt. Dagelijks wordt de geladen energie en laadstatus bijgehouden en bewaard. 
De belasting monitor meet continu de afgenomen stroom en bewaard de dagelijkse en in totaal opgenomen energie. Bij een te grote belasting of onderspanning van de accu wordt de belasting afgeschakeld.
Last-but-not-least bezit de Victron smartsolar MPPT 75 | 15 over een Bluetooth interface waarmee met een APP op een smartphone de huidige en historische (tot een maand terug) gegevens bekeken kunnen worden. Dit is top, zeker omdat dit om een optioneel deel van de installatie gaat en er ook geen goed toegankelijke ruimte voor een gebruikerspaneel van een laadregelaar is. Met deze APP is de behoefte voor een vast paneel er zelfs totaal niet, vanuit de luie stoel kan op elk moment de status aanschouwd worden. Via deze APP is trouwens initieel ook de acculaadregelaar en belasting bewaking optimaal voor de gekozen accu ingesteld. De tijdens vakantie vergaarde data heb ik vorig jaar na de vakantie gedownload ter analyse in Excel.
De charge-power source selector doet iets meer dan de naam doet vermoeden. In een off-the-grid situatie schakelt dit onderdeel alleen het zonnepaneel door naar de ingang van de zonnelaadregelaar.
Alleen als de 12V spanning voor acculader aanwezig is wordt de charge-power source selector actief. De 12V acculader spanning komt OF vanaf de 230V (via de 230V naar 12V omvormer) OF vanuit de auto als zowel de constante als geschakelde 12V aanwezig is (automotor draait). De eerder genoemde accu-laad-schakelaar in het paneel van centrale 12V unit in de vouwwagen moet ook aan staan.
Voor het laden van de accu vanuit de hiervoor genoemde bronnen wordt ook de in de Victron controller de aanwezige acculaadregelaar gebruikt. Omdat deze geen speciale 12V ingang heeft is ervoor gekozen om de 12V om te vormen naar een hogere spanning geschikt voor de ingang bedoeld voor het zonnepaneel oftewel door de charge power source selector wordt een zonnepaneel geëmuleerd. Een zonnepaneel heeft voornamelijk een constante stroombron karakteristiek. Boven een bepaalde spanning begint de stroom af te nemen waarna spanningstoename ook afneemt; de karakteristieke stroombron veranderd hier in een spanningsbron. Ergens in het overgangsgebied levert een zonnepaneel het maximale vermogen. Met de zonnepaneel emulator in de charge power source selector wordt ook het maximale accu laad vermogen uit de genoemde 12V bronnen bepaald. Dit is heel handig, want hiermee wordt automatisch de vanuit de auto afgenomen stroom beperkt zonder dat er (handmatig) instellingen van de Victron controller aangepast hoeven te worden. Omdat de Victron unit totaal geen benul heeft van de bron van de spanning blijft het ook keurig alle statistieken bijhouden. Het is heel handig om bijvoorbeeld na een reisdag nog steeds een geldige accustatus te kunnen aanschouwen. Dit kan zelfs onderweg, ook tijdens het rijden werkt de Bluetooth verbinding naar de laadregelaar in de vouwwagen uitstekend ;-).
Helaas heeft de Victron regelaar 1 onhebbelijkheid; de stroommeetpunten zitten in de GND (-) leidingen! De  power source selector verbind de + uitgang van de zonnepaneel emulator aan de + van zonnepaneel ingang door maar impliciet wordt ook de – van de uitgang van de regelaar aan de – van de zonnepaneel input verbonden. Hiermee worden (de meetweerstanden in) de meetpunten van de Victron overbrugt waardoor de regelaar niet meer goed kan functioneren. Dit is opgelost met de GND lift in de load uitgang van de Victron. Hiernaast zijn er nog van allerhande beveiligingen aan het uitgang circuit van de zonnepaneelemulator toegevoegd die meerdere onwaarschijnlijke maar niet uitgesloten transitie vereveningsstromen elimineert of beperkt; hiermee is het risico de boel door dit creatief gebruik van de controller kapot te maken nihil geworden. 


Hiermee zijn denk ik alle onderdelen in het schema beschreven en ook de achterliggende afwegingen uitgelegd. Ondanks het lange verhaal ontbreken er nog details van onderdelen zoals bijvoorbeeld de USB lader ombouw, bron-prioriteit-schakeling, charge power source selector en zonnepaneel standaard. Indien er specifieke vragen zijn dan zie ik die graag in het commentaar.
 

[JanJD]

Technische keuzes en uitvoering:


De beschrijving van de op zich eenvoudige elektrische installatie is wat groter geworden dan ik initieel verwachte (en het opschrijven heeft ook meer tijd gekost dan verwacht) en nog steeds is niet alles beschreven. Hierom plaats ik dit deel (technische keuzes en uitvoering) die ik oorspronkelijk als, achteraf te lange, introductie op het schema had bedoeld in deze reactie.
Ik hoop dat het voor degene met plannen om zelf een installatie te maken helpt om de voor hun goede en handige keuzes te maken. Reacties en vragen zijn natuurlijk welkom.


Accu keuze:
De gewenste 4 dagen autonomie (zonder tussentijds laden) vereist een accu die minimaal 4x de dagelijkse energiebehoefte kan leveren, oftewel 56Ah moet geleverd kunnen worden. Afhankelijk van de te kiezen accu technologie moet voor voldoende behoud levensduur de accucapaciteit al dan niet aanzienlijk groter zijn. Het te diep ontladen van accu's reduceert de accu levensduur. In de accuspecificatie staat hoe vaak en hoe diep ontladen mag worden. In het algemeen geldt: normale (auto) accu's mogen over de normale levensduur tot 20% ontladen worden. Semi-tractie accu's zijn geschikt voor tot 50% ontladingen. De duidelijk duurdere AGM of GEL accu's kunnen prima van 50% tot soms zelfs 100% ontladen worden. De veel duurdere Lithium Accu's kunnen zelfs prima tot 100% ontladen worden. Lithium accu's gaan bij overladen of te ver ontladen onherstelbaar kapot en kunnen brandgevaar opleveren, een goede batterij bewaking (BMS systeem) is dan ook essentieel en is veelal ook ingebouwd.
Wij hebben in 2018 een 20kg zware 75Ah semi-tractie accu gebruikt die cyclisch tot 50% ontladen mag worden. Deze is in 2019 vervangen door 2 parallel geschakelde ieder 20kg zware 65Ah AGM batterijen die cyclisch tot 100% ontladen mogen worden. Naar aanleiding van het gemeten werkelijke verbruik overweeg in om in te toekomst 1 65Ah AGM mee te nemen, dit scheelt 20kg massa.
Gezien de grote verschillen in specificaties (een AGM accu is bijvoorbeeld niet automatisch beter dan een semi tractie accu) is noodzakelijk deze te bestuderen om een passende accu te kiezen. Naast cyclisch gebruik zijn er ook andere niet gebruik gerelateerde factoren die elke accu een beperkte levensduur heeft. De beperkte levensduur maakt het niet kosteneffectief om een (te ruim) over gespecificeerde en hiermee te dure accu te kiezen.


Zonnepaneel en laadregelaar keuze:
Op basis van de eerste verbruik schatting heb ik in 2018 een 50Wp paneel met een eenvoudige PWM laadregelaar en separate accu monitor aangeschaft en meegenomen.
Hiermee kon net aan de energiebehoefte worden voldaan met de tot 20Ah gegenereerde energie per dag. De opbrengst verbruiks ratio ervaarde ik niet als optimaal. Na 2 dagen zonder zon waren 4 goede zonnige dagen nodig om de accu weer te vullen. Op die dagen moest ook het zonnepaneel om optimaal de zon op te vangen regelmatig verzet worden. Het paneel wordt hierbij wel optimaal gebruikt ;-) maar het is wat praktischer (minder werk) om hier iets meer over te dimensioneren. Hierom ben ik in 2019 overgestapt naar een 100Wp paneel samen met een efficiëntere MPPT laadregelaar met geïntegreerde opbrengst en verbruik monitor. Vanwege afmetingen en gewicht ervaar ik dit standaard glas met aluminium frame 100Wp paneel als de handzame limiet. Nog grotere panelen kunnen mijns inziens beter of in lichtgewicht materialen (geen glas en frame, kwetsbaar en duur) uitgevoerd worden of uit meerdere losse units bestaan.
Het standaard paneel heb ik trouwens zelf voorzien van eenvoudig inklapbare poten waarmee het in optimale hoek in de zon geplaatst kan worden.


Acculader keuze:
De accu kan of op 230V (paal of voor de deur thuis), 12V vanuit de auto (tijdens het rijden) of in een off-the-grid situatie via het zonnepaneel opgeladen worden.
In eerste instantie (2018 met het 50Wp paneel) was voor 3 acculaders gekozen: een multi fase CTEC lader voor laden vanuit 230V, een voordelige DC-DC converter die als 2 fase lader voor laden vanuit de auto en een 'solar-charge-controller' voor laden vanuit het zonnepaneel. Later zijn de eerste twee laders vervangen door een oplossing die gebruik maakt van de slimme zonne-laadregelaar. Voordeel hiervan is dat de accu-laadstatus zoals bijgehouden in de laadregelaar de juiste informatie blijf bijhouden, er word niet buiten deze lader om geladen of ontladen. Meer hierover in de uitleg van het installatieschema.


Plug&Play:
Alles in de keuken en wagenbak heeft een vaste plaats en zijn permanent aan de energiebron(nen) aangesloten. Na aankomst op de camping hoeven alleen externe delen zoals zonnepaneel of stroompaal en bijvoorbeeld het lampje onder de luifel aangesloten te worden. Alle gebruikers zoals koelbox (12V, 230V maar ook gas), kookplaat (vonkontsteking en ook gas), accu, laadregelaar zijn altijd aangesloten, ook tijdens het rijden. Voor de veiligheid gaat tijdens het rijden de gaskraan dicht (en gaat hiermee de koelbox ook van het gas af), voor de elektro wordt automatisch de juiste energiebron gekozen! 


Met een bron-prioriteit circuit wordt automatisch de juiste 12V bron per gebruiker gekozen.
Het circuit schakelt op basis van 4 bronnen:
1: Als 230V aanwezig is gaan alle 12V gebruikers over de omvormer en de koelbox op 230V. Dit gebeurt ongeacht al dan niet aanwezig zijn van andere 12V bronnen.
2: Als de constante 12V vanuit de auto aanwezig (en geen 230V!) dan worden alle 12V gebruikers hieruit gevoed.
3: Als de geschakelde 12V uit de auto aanwezig is dan gaat de koelbox op 12V functioneren EN de lampen en vonkontsteking gaan uit (met draaiende motor ga ik ervan uit dat de keuken en vouwwagen niet in gebruik zijn) EN de 12V acculader gaat aan om tijdens het rijden ook de accu te laden. Het laatste is zinvol omdat tijdens het rijden het zonnepaneel niet opgesteld is. Met energie uit de auto kan je na een reisdag toch met een vol geladen vouwwagen accu op de camping aankomen ;-)
4: Alleen als er geen 230V en geen 12V vanuit de auto komt worden de 12V gebruikers vanuit de accu gevoed. Natuurlijk wordt de acculader ook automatisch afgeschakeld (de accu vanuit de accu opladen levert alleen verliezen op ;-)) en de koelbox blijft ook uit vanwege de keuze van een absorptie koelbox die off-the-grid op gas functioneert.
De accu is de meest schaarse energiebron en heeft de laagste prioriteit, pas er echt geen ander bron beschikbaar is wordt deze gekozen. De 230V heeft de eerste prioriteit, dit zie ik als 'onbeperkte' energiebron ;-).
Het prioriteit circuit bestaat uit slechts enkele dioden en enkele relais, geen rocket-science maar neemt handmatig schakelen op basis van denkwerk met kans op fouten weg. Het prioriteit circuit gebruikt geen energie (geen relais bekrachtigd) als de accu als energiebron gekozen is, dit omdat dit de meest schaarse energiebron is.


230V gebruikers op 12V:
Gebruikers zoals laptops worden standaard geleverd met 230V laadadapters. Een laptop adapter zet meestal 230V AC om in 19V DC. Voor zover mogelijk zijn er 12V adapters voor dit soort gebruikers gekozen die de 12V gelijk in 19V DC omzetten. Omvormen van 12V DC naar 19V DC gaat veel efficiënter dan via de 230V AC omweg en is ook veiliger. Voor het incidentele geval dat er geen passende 12V adapter beschikbaar is, is er een losse compacte 12V naar 230V AC (echte sinus) omvormer aanwezig. Deze omvormer is tot nu toe nog niet nodig gebleken en dus ook nog niet gebruikt.
Er is om onder andere veiligheidsredenen niet gekozen voor integratie van deze omvormer in de 230V installatie van de vouwwagen, dit geeft complicaties met hoe goed met een (zonder paal niet aangesloten) aarde en beveiliging om te gaan.


USB en andere gebruikers op 12V:
Om eenvoud, efficiency en toekomstvastheid redenen heb ik voor een enkelvoudig 12V power distributie systeem gekozen. Om hieronder uitgelegde redenen heb ik gekozen voor waar nodig een spanning omvormer per verbruiker toe te passen. Deze omvormers zijn voor de gebruiker optimaal gedimensioneerd ter minimalisatie van de energie verliezen. De lampen inclusief de omvormers zitten achter de centrale afstand bediende lamp schakelaars en staan ook uit als de lamp uit staat (0% verlies). Op twee foto's is te zien hoe een compacte omvormer in het snoer van twee verschillende lampen is opgenomen; eenvoudig en doeltreffend.
Een USB lader levert standaard 5V aan de USB poorten. De in gebruik zijnde LED lampen hebben ieder hun eigen spanning behoeften; de oudste Ikea Jansjo klem LED spot werkt op 4V, 2 later bijgekochte exemplaren werken op 7V, de Outwell Leonis werkt op 5V en een Ebay lampje op 12V. Deze diversiteit maakt een centrale omvormer niet logisch en omdat deze gebruikers ook tijdens de levensduur van de installatie vervangen kunnen worden ook niet toekomstvast.
Een centrale omvormer van 12V naar bijvoorbeeld 5V moet zodanig groot gedimensioneerd worden dat het voldoende stroom voor alle mogelijke (toekomstige) gebruikers kan leveren. Een omvormer doet dit niet voor niets. (Professioneel heb ik enige tijd schakelende voedingen ontworpen (enkele zijn nog steeds in productie) en ik heb enige ervaring hiermee ;-)) Afhankelijk van de omvormer topologie en belasting zijn de verliezen tussen de 20% en 5%. Deze verliezen zijn deels afhankelijk van de belasting (percentage van de actuele geleverde vermogen) en een ander deel is een statisch (percentage van het maximale vermogen) oftewel altijd aanwezig. In dit voorbeeld ga ik van 5% statisch en 5% belastingafhankelijke verliezen uit. Het venijn zit hem in de statische verliezen, als ik bijvoorbeeld maximaal 100Watt aan 5V gebruikers verwacht dan heb ik met een centrale omvormer 5% hiervan oftewel continu 5Watt verliezen, ook als de gebruikers uit staan!
Voor USB laden vanuit een centrale 5V voeding met lange snoeren tussen omvormer en gebruiker is niet handig. Een typische tablet of telefoon kan in snel laad mode al snel 2 Ampère vragen, reken maar eens uit wat dit betekend met bijvoorbeeld 5 apparaten en 3 meter twee aderig 1mm2 dik snoer; de spanning verliezen zijn dan ruim 1V en dit resulteert in foutmeldingen of afschakelen van snel laad mode door de op te laden toestellen.
Hiernaast is het goed te begrijpen dat een 'standaard' USB poort met maximaal 0.5A belast mag worden (de gebruiker moet zichzelf beperken). Een correcte gebruiker gaat pas meer stroom uit een USB poort trekken nadat deze gebruiker deze USB poort als geschikt voor snel laden heeft herkend. Dit laatste gebeurt niet als je een kale USB contactdoos op de centrale 5V aansluit.
Helaas is de snel laad herkenning door Apple anders opgelost dan Samsung en andere mobiele elektronica bouwers. Tegenwoordig hebben de betere universele multi poort laders intelligentie achter elke USB poort zitten die meest gebruikte snel laad herkenning protocollen emuleert. Zo'n lader gebruik ik in mijn vouwwagen. Omdat ik ook graag wilde zien welke gebruiker welke stroom trekt heb ik een 8 poort uitvoering gekozen met een LCD display met stroommeting per kanaal. Helaas heb ik een apparaat met al deze functies die ook op 12V functioneert niet gevonden, hierom heb ik een uitvoering op 230V gekocht en de 230V naar 5V omvormer vervangen door een 12V naar 5V omvormer. In een aangehechte foto laat de omgebouwde omvormer zien. Als er behoefte aan is (aan te geven in reactie) kan ik over deze ombouw meer over delen.
Tegenwoordig komen er steeds meer apparaten en laders op de markt met 'snel laad technologieën' die een hogere dan 5V spanning aanbieden, bijvoorbeeld de Quick Charge 3.0 en latere versies technologie ondersteund spanningen boven 20V. Voor toekomstvastheid is er gekozen voor een losse vervangbare USB laadunit. Deze unit zal waarschijnlijk in de toekomst vervangen worden door een unit die de dan gewenste nieuwe USB laadmodes ook ondersteund.




Uitvoering:
De uitvoering bevat zowel algemene als vouwwagen merk, type en uitrusting specifiek elementen. Voor details hoe het op mijn 3Dog is uitgevoerd zie de eerder gerefereerde post.
Een ontwerpuitdaging was het om vanuit de altijd goed toegankelijke achterklep te allen tijde toegang te hebben tot essentiële zaken als schakelaars, 12V zekeringen en de 230V aardlekautomaten zonder dat dit ten koste gaat van toegankelijkheid van de laadruimte. Dit is opgelost door de wanden van de 'stokkentunnel' een dubbel functie te geven. Het hart van de 230V installatie zit in de linker wand en het hart van de 12V elektrische installatie zit in de rechterwand. De anders loze ruimte boven de geleiderails is hiermee benut en het was tijdens de uitvoering ideaal dat ik (in huis op de werktafel) alles kon aansluiten en het geheel als prefab unit in de wagenbak kon vastzetten.
Alle zekeringen, schakelaars en gewenst toegankelijke zaken zitten in een naar achteren gericht paneeltjes in de wanden, afgeschermd door het afdekluikje van de stokkentunnel en de aluminium standers links en rechts hiervan. Ze staan iets naar voren zodat ze voldoende zichtbaar te zijn en hierdoor ook te beschermt tegen regen. In de toegevoegde foto met zicht in de stokkentunnel zijn links de 2 aardlekautomaten zichtbaar (daarachter zit de 230V naar 12V omvormer en enkele wandcontactdozen). Rechts zit de 12V unit met daarin het bronprioriteit circuit, afstandsbesturing voor lampen en in het smalle frontpaneel de 4 zekeringen (onderaan, onder de afdekkapjes), 2 schakelaars, 6 indicatielampen en 2 12V aansluitpunten.
Hierdoor kan te alle tijde (bijvoorbeeld bij een tussenstop of als de vouwwagen voor de deur staat) de status gezien worden, de zekeringen gecontroleerd of vervangen worden en ook functies in of uitgeschakeld worden.
De 3 afstandsbedieningen van de lampen zitten tijdens het reizen in een hoekje van de besteklade. Na het opbouwen worden 2 van de 3 afstandsbedieningen op strategisch gekozen vaste plekken (in tent aanwezige opberg zakken) geplaatst waardoor alle lampen zonder zoeken naar de afstandsbediening eenvoudig bediend kunnen worden.
Een bijzondere LED lamp zit vast aan de te openen bedbodem/bagageklep van de vouwwagen. Als deze klep geopend wordt gaat deze lamp automatisch aan doordat er een in de lamp ingebouwde kwikcontact de verandering van hoek (zwaartekracht) detecteert en gesloten wordt. Als de klep dicht gaat de lamp weer uit, heel praktisch en het uitzetten van de lamp kan nooit vergeten worden ;-)

[Hemertje]

Top, prachtig klusproject!   

[FriedelP]

Zeer interessant en boeiend.
Wij gebruiken de installatie ook alleen maar voor opladen van mobiele toestellen, zeer af en toe een laptop, maar die word gewoon zeer zelden opgezet, om niet te zeggen meestal nooit, en verder batterijen van fototoestellen. Bij jou is dat wel wat meer maar lijkt me nu ook niet overdreven veel meer denk ik. Ik heb het nooit gemeten moet ik eerlijk zijn.


De mobiele toestellen worden bij ons opgeladen in de auto terwijl we rijden. We gaan veel wandelen en meestal kan dat dus van en naar de wandeling of andere uitstap. Dat is in veel gevallen voldoende. Maar om de paar dagen moeten we extra bij laden omdat het opladen onvoldoende is tegenover verbruik.


Dus wij hebben maar om de paar dagen extra stroom nodig om batterijen van bijvoorbeeld fototoestellen op te laden en dan komen we eigenlijk toe met een omvormer die we aansluiten op de batterij van de wagen via de stekker van de aanhangwagen. Dat doe je ook zie ik als back-up. Kom jij daar niet mee toe, is dat omdat je minder verplaatsing doet als wij?


De installatie van zonnepanelen kost uiteraard ook heel wat geld en ruimte om mee te nemen. Weegt dat op tegen de winsten die je er zowel ecologisch als financieel mee realiseert?
Ik vermoed in mijn geval niet, en het verwonderd me dat dit bij jou het geval is gezien de dingen die je opgeeft waar het verbruik naar gaat, maar zoals gezegd, ik heb nooit uitgerekend en verder uit gezocht dus de kans dat ik me vergis daarin is meer dan reëel, en ook vandaar de vraag. Ik ben benieuwd naar hoe je die afweging maakt en of het toch niet interessanter kan zijn om het toch te doen zoals jij het aanpakt.

[g11ling]

Dit wordt ongetwijfeld een veel-gelezen topic.
Super beschreven, mooi project.

Wij hebben t iets simpeler gedaan... alleen een klein opvouwbaar zonnepaneeltje, volstaat voor t laden van de telefoons. De lampen zijn ofwel oplaadbaar (1 keer in de 3 dagen) of solar (dagelijks). De koelbox kan op gas, koken ook. Veel licht hebben we niet nodig, dus dat kleine opvouwbare paneeltje helpt ons een korte periode door. Ik denk een dag of 5, daarna is t wel fijn om alles met 220 goed op te laden.

[spikehome]

Heel interessant.
Je hebt er flink tijd ingestopt.
Ook gedacht aan een kleine wind turbine dan haal je in de nacht ook nog wat naar binnen.
Nadeel van de kleine turbines is dat ze vaak meer wind nodig hebben.

[JanJD]

Dus wij hebben maar om de paar dagen extra stroom nodig om batterijen van bijvoorbeeld fototoestellen op te laden en dan komen we eigenlijk toe met een omvormer die we aansluiten op de batterij van de wagen via de stekker van de aanhangwagen. Dat doe je ook zie ik als back-up. Kom jij daar niet mee toe, is dat omdat je minder verplaatsing doet als wij?

De installatie van zonnepanelen kost uiteraard ook heel wat geld en ruimte om mee te nemen. Weegt dat op tegen de winsten die je er zowel ecologisch als financieel mee realiseert?
Ik vermoed in mijn geval niet, en het verwonderd me dat dit bij jou het geval is gezien de dingen die je opgeeft waar het verbruik naar gaat, maar zoals gezegd, ik heb nooit uitgerekend en verder uit gezocht dus de kans dat ik me vergis daarin is meer dan reëel, en ook vandaar de vraag. Ik ben benieuwd naar hoe je die afweging maakt en of het toch niet interessanter kan zijn om het toch te doen zoals jij het aanpakt.

Toen wij met z'n 2-en of met jonge kinderen kampeerden deden wij het precies zoals jullie: Gewoon alles, inclusief batterijen voor de lampen laden in de auto (al dan niet tijdens het rijden) en hiermee kwamen wij uit. Nu met tieners lukt dit helaas echt niet meer, kijk naar de het gemeten verbruik en gewenste autonomie (zolang wordt de auto soms ook niet gestart), een normale startaccu in een auto kan dit niet leveren. Ik heb trouwens vanwege dit gebruik al een iets grotere (start)accu in de auto geplaatst. Grote verbruikers zijn laptops en ook wat andere hobbies zoals de genoemde modelvliegtuigen. In de project topic waarna in de 1e post gelinkt wordt staat in een van de latere posts mijn ervaring met verbruik. Het eerste jaar off-the-grid kwamen wij soms net niet helemaal uit en toen 'sprong' de auto ook weer bij. Nu is dit naar ik verwacht niet meer nodig.

De kosten zijn al meer dan volledig terugverdiend; het eerste seizoen (met een voordelig paneel en regelaar van Ebay samen met een voor een elektrisch aangedreven boot al aanwezige accu) was de investering gering. Met de bespaarde elektro kosten van de campings hebben wij al geld 'overgehouden'. Voor het tweede jaar is de regelaar en het paneel verkocht en betere en ook duurder materiaal teruggekocht. De besparing op kampeerkosten was tekort om dit in 1 jaar terug te verdienen maar met de 'winst' van het eerste jaar erbij zijn wij weer uit de kosten. Dit jaar is dus alles wat wij uitsparen winst.

Qua ruimte gaat alleen voor de accu en laadregelaar bagageruimte verloren. De extra massa van 20kg gaat natuurlijk niet voor niets mee, al verwacht ik dat dit met een totale treinmassa van een kleine 3000kg niet waarneembaar is.

Ecologisch gaat het 'm niet worden, het paneel produceert met alleen kamperen gewoon te weinig in een jaar (6 weken met als het verbruik laag is slechts enkele uren per dag productie), het ziet er groen uit zo'n paneel maar dit gaat alleen zo uitwerken als het paneel bijvoorbeeld thuis ook opgesteld wordt en de energie nuttig gebruikt. (Soms speel ik met de gedachten met deze installatie mijn NAS-en en netwerk te voeden (heb ik gelijk krachtige UPS), tijd ontbreekt helaas nog steeds hiervoor.)

Waar wij het voor doen is om meer vrijheid te hebben; wij trekken altijd op de bonnefooi rond en soms zijn er gewoon leukere plaatsen beschikbaar zonder elektriciteit of (natuur)campings zonder elektriciteitsvoorziening. Hiernaast is het tijdens de vakantie niet meer werk, het paneeltje wordt net zo gemakkelijk neergezet als een 230V snoer uitgerold en aangesloten, dus ook als er elektro beschikbaar is nemen wij dit niet (behalve als het in de prijs inclusief is, dan gaat ook de waterkoker in gebruik ;-)) Hiernaast vind ik het leuk om dit soort projecten uit te zoeken en uit te voeren, is voor mij al wat vakantie voorpret en mijn kennis groeit ook hiervan. 

[FriedelP]

Bedankt voor de reactie en ik hou het zeker bij!
Mijn dochters zijn momenteel 11 en 13 en zal me dus stillaan moeten voorbereiden op het meerverbruik dat je aangeeft in de komende jaren en dan kijk ik er zeker nog een keer naar!


Weet niet wat je thuis situatie is maar mogelijk heb je interesse in een robot grasmaaier en dan kan je zo mogelijk het laadstation voeden? En dan is de ecologische kost mogelijk ook interessanter. Het is zeker zo dat een paneel behoorlijk goed moet gebruikt worden eer het ecologisch ook iets gaat opleveren.


In ieder geval bedankt om het topic te delen!

[JanJD]

Je hebt er flink tijd ingestopt.
Ook gedacht aan een kleine wind turbine dan haal je in de nacht ook nog wat naar binnen.
Nadeel van de kleine turbines is dat ze vaak meer wind nodig hebben.

Inderdaad zit er wel (behoorlijk) wat tijd in


In mijn tienerjaren (lang geleden, toen ik nog midden in een open polder woonde) had ik als hobby windmolentjes (tot 2 meter rotor diameter) te bouwen. Dit met oude auto en wasmachine onderdelen en wieken van in profiel geschaafd hout. Leuk en leerzaam maar wat ik hieruit geleerd heb is: 1) De molens zijn niet stil. 2) Er is behoorlijk wat wind nodig voor productie, de opbrengst neemt meer dan linear op de windsnelheid toe. 3) De achterwaartse kracht op een molen is gigantisch (bij mij is er weleens een omgewaaid .
Nu wil het geval dat ik waarde hecht aan het welzijn van mijn gezin en ook camping buren, geluid draagt hier negatief aan bij. Wij kamperen graag in de bergen en meestal ben ik blij met de afwezigheid van wind oftewel door een windluwe plaats te hebben of gewoon goed weer te hebben. Daarnaast moet er nogal wat mee, stevige af te schoren mast, wieken en generatorhuis. Dit gaat niet zoals het zonnepaneel in een verloren hoekje en zie ik als niet reëel.
Leuk om de gedachten over te laten gaan (wij hebben naast de vouwwagen ook een camper, misschien is het hier iets beter haalbaar), maar zoals beschreven overbruggen wij de donkere perioden met de energievoorraad in de accu en lukt het tot nu toe prima met het zonnepaneel of tijdens de reis met de auto de verbruikt energie weer te winnen ;-) Lees ook mijn ervaringen in een reactie in het gerefereerde topic, juist s'nachts als de zon weg is blijkt het verbruik hoog.

[sanderv]

De uitgebreide variant van ons systeem. Ik heb er ooit voor gekozen om de auto accu zelf als buffer te gebruiken. Werkt uitstekend, vanzelfsprekend zonder koelkast. Ook een victron omvormer (zuivere sinus) en een mppt lader als regelaar en accu bescherming. Werkt al jaren en belangrijker: veel vaker toch nog plek op de camping.

[Hemertje]

Heel interessant.
Je hebt er flink tijd ingestopt.
Ook gedacht aan een kleine wind turbine dan haal je in de nacht ook nog wat naar binnen.
Nadeel van de kleine turbines is dat ze vaak meer wind nodig hebben.

Let op:

een kleine windmolen gebruikt een klein beetje stroom om de generator een zetje te geven omdat hij niet uit zichzelf start.
Met een beetje pech kost de windmolen een groot deel van het jaar dus stroom ipv dat ie opwekt!

https://larsboelen.nl/2020/05/de-kleine-windmolen-de-natuurkunde/

[GertjanA]

Ik zou het niet kunnen, maar ik vind het prachtig.
Off-Grid kamperen vinden de dames thuis niet heel geweldig, dus dat doen we maar niet dan..
Mooie foto's, en duidelijke beschrijving. Ik denk dat een (iets) technischer aangelgd persoon hier goed mee uit de voeten kan!

[Johan]

Ik vind het prachtig mooi.Het heeft mijn interesse. Maar aan de andere kant ben ik blij dat ik het niet kan, want je bent nooit klaar en of je de investering er uit haalt vraag ik me af. Maar ze zeggen wel eens: je moet niet naar geld kijken als het echt je hobby is.

[peter123456]

Technische keuzes en uitvoering:


Als deze klep geopend wordt gaat deze lamp automatisch aan doordat er een in de lamp ingebouwde kwikcontact de verandering van hoek (zwaartekracht) detecteert en gesloten wordt. Als de klep dicht gaat de lamp weer uit, heel praktisch en het uitzetten van de lamp kan nooit vergeten worden ;-)

en als je de bocht om gaat?? 
nou ja, je ziet het dan toch niet.....

[JanJD]

Ik vind het prachtig mooi.Het heeft mijn interesse. Maar aan de andere kant ben ik blij dat ik het niet kan, want je bent nooit klaar en of je de investering er uit haalt vraag ik me af. Maar ze zeggen wel eens: je moet niet naar geld kijken als het echt je hobby is.

Als je het wel kan heb je nog steeds de keuze het niet te doen    Ik heb de indruk dat veel mensen de vrijwillige keuze maken iets niet te kunnen    Ik neem aan dat je je ook minder ergert aan de beschikbare sub-optimale oplossingen; als productontwikkelaar zie ik niet zelden mogelijkheden voor verbetering en soms zoals hier voer ik mijn ideeën ook uit ;-) Je hebt wel een punt dat een doe-het-zelver nooit klaar is, tot op zekere hoogte is dit ook een keuze; tijdens vakanties kies ik ervoor met de vouwwagen recreatief weg te zijn. Dit soort klussen worden in principe buiten de vakanties gedaan en is een deel van mijn voorpret.
De investering is er al dik uit, de kosten blijven laag door zelf met betaalbare losse componenten de oplossing te bouwen. Meer kant en klare oplossingen (zoals bijvoorbeeld een YETI PORTABLE (SOLAR) POWER STATION) kosten een veelvoud en bieden op systeem niveau minder functionaliteit. Zie ook mijn eerdere reactie:

De kosten zijn al meer dan volledig terugverdiend; het eerste seizoen (met een voordelig paneel en regelaar van Ebay samen met een voor een elektrisch aangedreven boot al aanwezige accu) was de investering gering. Met de bespaarde elektro kosten van de campings hebben wij al geld 'overgehouden'. Voor het tweede jaar is de regelaar en het paneel verkocht en betere en ook duurder materiaal teruggekocht. De besparing op kampeerkosten was tekort om dit in 1 jaar terug te verdienen maar met de 'winst' van het eerste jaar erbij zijn wij alweer uit de kosten. Dit jaar is dus alles wat wij uitsparen winst.
...
Hiernaast vind ik het leuk om dit soort projecten uit te zoeken en uit te voeren, is voor mij al wat vakantie voorpret en mijn kennis groeit ook hiervan.