Condensator voor opslag in zonneboot

Ik ga er vanuit dat je op het eind van een HAVO-opleiding of hoger zit.
Vraag
Hoeveel kilo condensatoren heb je nodig om 180Wh energie op te slaan?
Hint
Ga naar de natuurkundeleraar, vraag om de grootste condensatoren die hij heeft.
(Doe maar geen Leidsche Flesschen )
Weeg ze en bereken hoeveel energie er in kan.
Dan weet je de energieinhoud van de condensator in Wh/kg.
Dan kan je uitrekenen hoeveel kilo condensatoren je nodig hebt.

Op 30 mei 2017 20:42:41 schreef Msthebest13:
Hallo allemaal,

Hier zijn al onze specificaties en "eisen":
-Opslag van de accu's is 1.32kWh / 4,572 x 10^6 J / 55 Ah
-Spanning over het complete systeem is 24V (2x12V van de 2 accu's)
-Vermogen van de motor = 200W
-Ampere van de motor is 83,333 A (200W / 24V = 83,333A)

Hier gaat het al niet helemaal goed.
De motorstroom moet 8,333 ampere zijn, tenminste als het opgegeven het motorvermogen van 200 watt wel klopt.

Op 30 mei 2017 21:08:50 schreef vergeten:
[...]
Hier gaat het al niet helemaal goed.
De motorstroom moet 8,333 ampere zijn, tenminste als het opgegeven het motorvermogen van 200 watt wel klopt.

Ah super, typfoutje aan onze kant! We zullen het aanpassen in het originele bericht

Op 30 mei 2017 21:06:36 schreef ohm pi:
Ik ga er vanuit dat je op het eind van een HAVO-opleiding of hoger zit.
Vraag
Hoeveel kilo condensatoren heb je nodig om 180Wh energie op te slaan?
Hint
Ga naar de natuurkundeleraar, vraag om de grootste condensatoren die hij heeft.
(Doe maar geen Leidsche Flesschen )
Weeg ze en bereken hoeveel energie er in kan.
Dan weet je de energieinhoud van de condensator in Wh/kg.
Dan kan je uitrekenen hoeveel kilo condensatoren je nodig hebt.

Alright, daar kunnen we wel even aan de gang mee gaan! Als dit heeft gewerkt zullen we het u laten weten.
En ja, onze groep bestaat uit 3Mavo, 4Havo, en 4Vwo

[Bericht gewijzigd door Henry S. op woensdag 31 mei 2017 01:03:12 (51%)

Dan koop je bijvoorbeeld deze... .

Die is 4700uF, en op 24V bevat die dus 1/2 C U₂ = 0.5 * 0.0047 * 24*24 = 1.3 J aan energie.

Dan koop je er dus 480 duizend van, en dan zit je aan die 180Wh.

Als je wat beter zoekt dan ik, omdat je er meer belang in hebt dan ik, dan verwacht ik dat je een factor tien in kosten en gewicht zal kunnen besparen.

En het zou me niet verbazen als het condensator idee dan nog steeds een factor 100 "buiten budget" is.

En stel dat je farnell of multicomp zo ver krijgt om ze te doneren... Dan wordt je boot sneller van het "minder gewicht" als je ze toch thuislaat....

Condensatoren zijn niet zo geschikt voor kWh schaal energie opslaan. Daar heb je accus voor.

Een condensator in de geest van 47000 uF of een bescheiden veelvoud daarvan zal helpen om diverse dingen te verbeteren. Zo vlakt het de accustroom wat af, zodat je minder EMI uitstraalt. Ik heb iets van 4700uF, 50V op m'n fiets (5J?). Dat vonkt al aardig. Ik wil niet weten wat 2000F aan goede condensatoren gaat doen....

In de buurt van je motorcontroller heb je een paar forse condensatoren nodig. Bij 80A moet je denken aan 4000uF. Dat zal wel ongeveer voldoende zijn. Dit om te voorkomen dat je met PWM in je motorcontroller de accu op 20 of 40kHz gaat belasten. De condensator moet dan alle wel-niet stroom leveren.

Hoewel bij een boot wat onwaarschijnlijk moet je rekenen met 50% PWM en de volle stroom

I = C dU/dt -> dU = I. dt / C = 80A . 50us / 3000uF = 1.0V.

De spanning op de condensator zit dan nog steeds ongeveer een volt te dansen!....

Op 30 mei 2017 21:16:56 schreef rew:
Die is 4700uF, en op 24V bevat die dus 1/2 C U₂ = 0.5 * 0.0047 * 24*24 = 1.3 J aan energie.

Dan koop je er dus 480 duizend van, en dan zit je aan die 180Wh.

Je moet niet alles voorzeggen. Het moet leuk blijven voor die jongens en meisjes.
Voor de jeugd:
Met een beetje mazzel hoef je die condensatoren niet te kopen maar kan je ze lenen, maar een half miljoen van die krengen is best wel veel. Dan wordt jullie bootje een sleepboot.
En rew, in die condensator kan meer dan 1,3J energie. Denk maar na.

Bekende dikke 'caps'. Vind je in de autohifi. 1 Farad. 12V. Dus 72J energie in ongeveer colaflesformaat. 180Wh gaat niet passen in je boot! (En ik twijfel over het voordeel van condensator boven accu)

Ik als leek zou deze punten bekijken:

1. Lithium accu's, lekker licht
2. Op sommige koersen de boot wat naar de zon laten hellen of zelfs de panelen kantelen als dat mag.
3. Zie punt 2 en daar stiekem wat windkracht benutten.
4. Piloot heel laag laten zitten tbv aerodynamica en zo min mogelijk schaduw.

5. Parcours goed uitpluizen op tegenwind en schaduw, je wil in geen van beide terecht komen.
6. Tienduizend berekeningen maken: kan je beter wat langzamer in de volle zon varen zodat je meer bent opgeladen voor een stuk tegenwind of schaduw.

7. Mag je hydrofoils gebruiken?
8. Koeling van PV panelen kan misschien wat voordeel geven, met al dat water moet dat goed te doen zijn.
9.Misschien heb je sowieso een soort van ruitenwissers nodig om het paneel schoon te houden?

Op 30 mei 2017 21:53:54 schreef ohm pi:
[...]maar een half miljoen van die krengen is best wel veel. Dan wordt jullie bootje een sleepboot.

Ik dacht meer aan een electrische duikboot...

Zo vreselijk zijn condensators nou ook weer niet; in een pakket supercaps te grootte van een fors boek kun je zo'n 5kJ bruikbare energie kwijt. Zo'n pakketje kost je wel een paar honderd euro, en je hebt er "iets" meer dan 1 van nodig...

Gebruik je nu loodaccu's of Lithium? Het cyclisch rendement van loodaccu's is niet bepaald geweldig, en ze zijn natuurlijk erg zwaar. Als je Lithium accu's gebruikt, zou je ook kunnen kiezen voor modelbouw cellen; die zijn licht en goedkoop, en door de handig te kiezen kun je heel dicht bij die 1.5kWh komen.

Pas wel op dat ze de capaciteit echt halen; die Chinezen willen nog wel eens zeer schromelijk overdrijven met de capaciteit van hun accu's, en dat is hier wel heel sterk in je nadeel.

Accu's van Hobbyking schijnen wel echt hun specificaties te halen; die durven niet te liegen, omdat er heel veel mensen in de modelbouwwereld zijn met speciale opladers die de capaciteit kunnen meten.

Wat is je budget?

Dit is verkrijgbaar in de detailhandel bij bijvoorbeeld conrad:

https://www.conrad.nl/nl/supercaps-o0245960.html

Bijvoorbeeld 60F / 16V
https://www.conrad.nl/nl/vinatech-vem16r0606qg-dubbellaagse-condensato…

In de groothandel is er wellicht meer te koop tegen betere prijzen. En voor scholen zijn er vaak nog speciale regelingen.

Het goede type condensator is een ultracapacitor (ook wel supercap of gold cap genoemd) Deze condensator is minder goed in snel laden en ontladen dan andere typen condensatoren, maar dat geeft niet, want in vergelijking tot de meeste soorten accu's is het nog steeds erg snel.

De ultracondensator kan veel meer energie opslaan dan een gewone condensator (en dan bedoel ik eentje van vergelijkbare prijs, formaat en gewicht).

Of het haalbaar is, ga ik niet in één keer zeggen. dat mag denk ik ook niet van de forumbazen. Je moet zelf dingen zoeken en dan weer de juiste vraag stellen. Maar ik wil ook niet streng of vervelend zijn en ik vind je project erg leuk. Daarom help ik je verder, althans voor zover ik dat kan.

wat wedervragen en hints:
1: Kijk eens naar deze condensatoren (het zijn er meerdere aanelkaar) kan proberen uit te rekenen. Zoek de formule op voor de energieinhoud van een condensator

opmerking: je hebt eigenlijk een veiligheidsmarge nodig, deze condensatoren kunnen maximaal tot 24v, je kan bijvoorbeeld beter 36v aannemen. Maar dat is iets voor later. Of je zoekt iets vergelijkbaars. Ik heb niet heel lang gezocht dus misschien is dit niet eens de beste deal.

2
hoe snel moet je energie maximaal kunnen opslaan? Misschien kan een accu dit wel zo snel opslaan? Komt de energie alleen van de zonnepanelen?

Hoe snel neem je energie maximaal af als je gaat 'boosten'? Kom je hier niet uit, doe dan een aanname. Bijvoorbeeld: 10x zoveel vermogen als normaal.

3
wat gebeurt er met de spanning van een accu als je die ontlaad? En wat gebeurt er met de spanning van een condensator?

Opmerking: hier is wel iets tegen te doen hoor. Daar heb je gewoon een extra kastje voor . Oke, dat is wel wat optimistisch maar je hoeft een condensator daardoor niet persé af te schrijven.

Waar ga je dat kastje inkopen dan? Ik heb, voor een soortgelijke toepassing met supercaps, wel eens een bidirectionele buck/boost converter gemaakt, maar heb ik geen idee waar je dat als product zou kunnen inkopen.

Ik weet dat TI een development board heeft dat het kan met beperkte stromen, en ook dat is niet bepaald plug-and-play.

Op 30 mei 2017 20:42:41 schreef Msthebest13:
-Vermogen van de motor = 2000W
-Ampere van de motor is 83,333 A (2000W / 24V = 83,333A)

Als die 2000W op de motor staat zal dit in de meeste gevallen asvermogen betekenen! Dat is namelijk voor een constructeur het enig belangrijke gegeven. Dat houd wel in dat je met een behoorlijk hogere nominale stroom te maken krijgt.

Aan het voltage en amperage te zien, (12V en 55Ah) zijn het waarschijnlijk lood accu's. Die zou ik persoonlijk niet gebruiken, ik ga met SparkyGSX mee. Ik zou ook voor Lithium gaan, is veel lichter en je komt inderdaad veel makkelijker bij je max 1.5KWh die je mag opslaan.

Wat nacessartevil aanhaalt, daar kun je misschien ook iets mee. Zeker het gedeelte over het koelen van de panelen. Ik weet alleen niet of dat is toegestaan.

Wel een heel leuk project trouwens, hadden wij dat maar gehad vroeger.

Edit:
Voor de liefhebbers.

Solar Challenge.pdf

Op 30 mei 2017 22:03:54 schreef K7Jz:
Bekende dikke 'caps'. Vind je in de autohifi. 1 Farad. 12V. Dus 72J energie in ongeveer colaflesformaat. 180Wh gaat niet passen in je boot! (En ik twijfel over het voordeel van condensator boven accu)

Ik als leek zou deze punten bekijken:

1. Lithium accu's, lekker licht
2. Op sommige koersen de boot wat naar de zon laten hellen of zelfs de panelen kantelen als dat mag.
3. Zie punt 2 en daar stiekem wat windkracht benutten.
4. Piloot heel laag laten zitten tbv aerodynamica en zo min mogelijk schaduw.

5. Parcours goed uitpluizen op tegenwind en schaduw, je wil in geen van beide terecht komen.
6. Tienduizend berekeningen maken: kan je beter wat langzamer in de volle zon varen zodat je meer bent opgeladen voor een stuk tegenwind of schaduw.

7. Mag je hydrofoils gebruiken?
8. Koeling van PV panelen kan misschien wat voordeel geven, met al dat water moet dat goed te doen zijn.
9.Misschien heb je sowieso een soort van ruitenwissers nodig om het paneel schoon te houden?

Hallo, bedankt voor uw antwoord!
1.Helaas mogen we volgens de regelementen van de race geen extra accu's toevoegen. Wel andere soorten opslag zoals de zogenoemde condensatoren
2.Jaa! We zijn manieren aan het onderzoeken om dat voor elkaar te krijgen zodat we zoveel mogelijk licht op kunnen vangen
3.hehe, gaan we zeker proberen
4.Daar gaan we ook proberen aan te werken, helaas is de romp van de boot niet heel diep
5.Ja, vorige race hebben we de parkours nog niet goed kunnen verkennen, maar deze keer gaan we dat zeker doen!
6.Goed punt, daar gaan we naar onderzoeken!
7.Daar staat niets in over de regelementen voor zover wij weten, mijn vader (Schrijver van de reactie en post) vertelde mij er ook al over. Daar zullen we komende dagen mee aan de gang gaan.
8.Zal het koelen van de panelen effect hebben? En zo ja, hoe dan?
9.Dat wilden we ook gaan maken ja! Kunt u onze gedachten lezen soms? haha

Op 30 mei 2017 21:16:56 schreef rew:
Dan koop je bijvoorbeeld deze... .

Die is 4700uF, en op 24V bevat die dus 1/2 C U₂ = 0.5 * 0.0047 * 24*24 = 1.3 J aan energie.

Dan koop je er dus 480 duizend van, en dan zit je aan die 180Wh.

Als je wat beter zoekt dan ik, omdat je er meer belang in hebt dan ik, dan verwacht ik dat je een factor tien in kosten en gewicht zal kunnen besparen.

En het zou me niet verbazen als het condensator idee dan nog steeds een factor 100 "buiten budget" is.

En stel dat je farnell of multicomp zo ver krijgt om ze te doneren... Dan wordt je boot sneller van het "minder gewicht" als je ze toch thuislaat....

Condensatoren zijn niet zo geschikt voor kWh schaal energie opslaan. Daar heb je accus voor.

Een condensator in de geest van 47000 uF of een bescheiden veelvoud daarvan zal helpen om diverse dingen te verbeteren. Zo vlakt het de accustroom wat af, zodat je minder EMI uitstraalt. Ik heb iets van 4700uF, 50V op m'n fiets (5J?). Dat vonkt al aardig. Ik wil niet weten wat 2000F aan goede condensatoren gaat doen....

In de buurt van je motorcontroller heb je een paar forse condensatoren nodig. Bij 80A moet je denken aan 4000uF. Dat zal wel ongeveer voldoende zijn. Dit om te voorkomen dat je met PWM in je motorcontroller de accu op 20 of 40kHz gaat belasten. De condensator moet dan alle wel-niet stroom leveren.

Hoewel bij een boot wat onwaarschijnlijk moet je rekenen met 50% PWM en de volle stroom

I = C dU/dt -> dU = I. dt / C = 80A . 50us / 3000uF = 1.0V.

De spanning op de condensator zit dan nog steeds ongeveer een volt te dansen!....

Bedankt voor uw reactie, we waarderen het!
We hebben uitgevonden dat we grotere en mechanische condensatoren kunnen gebruiken om de energie op te slaan. Dan moet je denken aan 2250F. Deze condensatoren gaan wij vandaag nog bestellen en hopelijk vrijdag mee testen! Als we ergens mee zitten waar we zelf niet uitkomen zullen we een nieuwe post maken op het forum

Op 31 mei 2017 09:26:32 schreef Lambiek:
Aan het voltage en amperage te zien, (12V en 55Ah) zijn het waarschijnlijk lood accu's. Die zou ik persoonlijk niet gebruiken, ik ga met SparkyGSX mee. Ik zou ook voor Lithium gaan, is veel lichter en je komt inderdaad veel makkelijker bij je max 1.5KWh die je mag opslaan.

Wat nacessartevil aanhaalt, daar kun je misschien ook iets mee. Zeker het gedeelte over het koelen van de panelen. Ik weet alleen niet of dat is toegestaan.

Wel een heel leuk project trouwens, hadden wij dat maar gehad vroeger.

Edit:
Voor de liefhebbers.

[bijlage]

Helaas... We moeten de accu's gebruiken die we hebben toegewezen gekregen van het race committee, en we zullen kijken naar de aanbevelingen van Nacessartevil. Bedankt voor uw response!!

Op 30 mei 2017 22:50:21 schreef necessaryevil:
Het goede type condensator is een ultracapacitor (ook wel supercap of gold cap genoemd) Deze condensator is minder goed in snel laden en ontladen dan andere typen condensatoren, maar dat geeft niet, want in vergelijking tot de meeste soorten accu's is het nog steeds erg snel.

De ultracondensator kan veel meer energie opslaan dan een gewone condensator (en dan bedoel ik eentje van vergelijkbare prijs, formaat en gewicht).

Of het haalbaar is, ga ik niet in één keer zeggen. dat mag denk ik ook niet van de forumbazen. Je moet zelf dingen zoeken en dan weer de juiste vraag stellen. Maar ik wil ook niet streng of vervelend zijn en ik vind je project erg leuk. Daarom help ik je verder, althans voor zover ik dat kan.

wat wedervragen en hints:
1: Kijk eens naar deze condensatoren (het zijn er meerdere aanelkaar) kan proberen uit te rekenen. Zoek de formule op voor de energieinhoud van een condensator

opmerking: je hebt eigenlijk een veiligheidsmarge nodig, deze condensatoren kunnen maximaal tot 24v, je kan bijvoorbeeld beter 36v aannemen. Maar dat is iets voor later. Of je zoekt iets vergelijkbaars. Ik heb niet heel lang gezocht dus misschien is dit niet eens de beste deal.

2
hoe snel moet je energie maximaal kunnen opslaan? Misschien kan een accu dit wel zo snel opslaan? Komt de energie alleen van de zonnepanelen?

Hoe snel neem je energie maximaal af als je gaat 'boosten'? Kom je hier niet uit, doe dan een aanname. Bijvoorbeeld: 10x zoveel vermogen als normaal.

3
wat gebeurt er met de spanning van een accu als je die ontlaad? En wat gebeurt er met de spanning van een condensator?

Opmerking: hier is wel iets tegen te doen hoor. Daar heb je gewoon een extra kastje voor . Oke, dat is wel wat optimistisch maar je hoeft een condensator daardoor niet persé af te schrijven.

We hebben vandaag berekent dat we 2250F aan opslag nodig hebben in de condensators, we hebben hiervoor ook rondgekeken op het internet en hebben een set gevonden van 11 condensatoren van elk 200F. Met deze gaan wij vrijdag aan de gang, als we ergens vast komen te zitten zullen we een nieuwe post plaatsen.

En wat de spanning betreft moeten we maar even testen, we hebben namelijk ook iets gelezen over dat bij een gelijkstroom de condensatoren de stroom niet goed doorlaten. Dus dat wordt nog even goed testen deze vrijdag!

We hebben vandaag berekent dat we 2250F aan opslag nodig hebben in de condensators, we hebben hiervoor ook rondgekeken op het internet en hebben een set gevonden van 11 condensatoren van elk 200F.

Ben nu heel benieuwd welke condensatoren dat zijn, ik neem aan dat ze geschikt zijn voor 24V.
Kun je vertellen welke dat zijn? (of is dit geheim).

Wow, dat is nog eens 'n capaciteit. Wel een foto posten hè! Van de condensatoren en de boot...

_{Ik heb wel een mooie nickname gekregen.}

Op 31 mei 2017 21:26:11 schreef necessaryevil:
Wow, dat is nog eens 'n capaciteit. Wel een foto posten hè! Van de condensatoren en de boot...

_{Ik heb wel een mooie nickname gekregen.}

Zullen we zeker doen!!

Gelijkstroom kan niet "door" een condensator, als in, de ene poot in, en de andere poot uit. Dat is in dit geval niet relevant; een condensator kan prima een gelijkstroom opslaan en weer terug geven. De truc is dan dat de stroom die de condensator in ging precies even groot is als de stroom die er weer uitgekomen is, als je met een lege condensator begint en eindigt, en dan is de netto stroom "door" de condensator dus 0.

Ik zou denken dat die 200F condensators geschikt zijn voor 2.7V, zoals de meeste dergelijke supercaps. Die mag je dus niet opladen tot 24V. Nu kun je ze wel in serie zetten om op een pakket te komen dat je tot 24V mag opladen, maar als je ze in serie zet, neemt de capaciteit af. Uiteindelijk blijft de opgeslagen energie per condensator hetzelfde; in een 200F condensator op 2.7V kun je 729J kwijt. Voor 180Wh heb je dus minimaal 889 dergelijke condensators nodig.

Aangezien je loodaccu's gebruikt, moet je niet rekenen met 24V, maar met de maximale laadspanning, 28.8V.

Zelfs als je genoeg condensators zou hebben om die energie theoretisch op te slaan, kun je die capaciteit alleen gebruiken als je ze helemaal kunt ontladen tot 0V. Dat gaat dus niet als ze parallel staan met de accu's.

Zelfs als je ze tot de halve werkspanning zou kunnen ontladen, zou je driekwart van de opgeslagen energie kunnen benutten, maar dat kan dus niet als je ze parallel zet met de accu's.

we hebben namelijk ook iets gelezen over dat bij een gelijkstroom de condensatoren de stroom niet goed doorlaten.

Dat klopt, een condensator is voor wisselspanning een lage impedantie. Hoe hoger de freqentie hoe lager de impedantie (weerstand)

Echter geld dit niet voor jullie de condensator moet hier geen stroom doorlaten maar gewoon opgeladen worden en daarbij geld voor gelijkstroom dat het meer op een accu lijkt.

Een Tip zet er een goede zekering tussen want deze condensator bank kan echt enorme stroom leveren en dat is veel meer dan wat je accu kan leveren denk dan aan een stroom van 2000A of meer. Dus goede zekeringen gebruiken en liefst per 200F 1 plaatsen.

De grote van de zekering bepaal je voornamelijk op basis van kabel dikte want die moet de stroom immers aankunnen. En iets minder belangrijk is dan de max motor stroom.

...namelijk ook iets gelezen over dat bij een gelijkstroom de condensatoren de stroom niet goed doorlaten.

Dat zou ik nog maar eens goed nalezen dan, want dat effect wil je nu juist gebruiken.

200 Farad bij 24 volt (liever iets meer) is wel heel erg bijzonder om dat te vinden voor minder dan een paar honderd euro per stuk. Weet je zeker dat het niet gaat om microfarad, of een veel lagere werkspanning?

Bij 24V klopt de gegeven capaciteit.
Het is zoals SparkyGSX zegt: de 180Wh krijg je er alleen uit als je de condensator van 24V naar 0V ontlaad. Domweg parallel zetten aan de accu gaat waarschijnlijk niet echt helpen, want dan ga je van 24V naar bv 20V. De condensator levert dan wel een piekstroom, maar voor korte tijd. De piekstroom kunnen jullie ook wel uitrekenen. Dat hangt af van dU/dt.
Ik ben ook benieuwd naar de ruwe prijs, volume en gewicht van de condensatoren.