Autonoom zonne-energie pompsysteem

Overzicht

Dit project beschrijft een autonoom pompsysteem dat wordt gevoed door een zonnepaneel + laadcontroller + 12 V accu, en dat zelfstandig water wegpompt (bijvoorbeeld van een zwembadzeil of bilge), zonder netspanning. Ideaal voor een vakantiehuis.

Laadt een 12 V accu via zonnepaneel + laadcontroller
Voedt een bilgepomp via relais
Bewaakt de accuspanning met een Arduino
Schakelt de pomp veilig uit bij lage accuspanning
Werkt volledig als gesloten DC-systeem (geen aarde zoals bij netspanning)

Oplaaddeel (zonnepaneel + laadcontroller)

Het oplaaddeel verzorgt het laden van de 12 V accu via zonne-energie en vormt de eerste hardwarebeveiliging. Dit deel werkt autonoom en beschermt de accu tegen overladen en diepe ontlading.

Schema oplaadmodule

Componenten

Zonnepaneel (12 V nominaal)
Solar charge controller (PV+ / PV−, BAT+ / BAT−, LOAD+ / LOAD−)
12 V lood- of AGM-accu
Zekering (10–15 A) in de BAT+ lijn

Werking

Paneel op PV+ / PV−, accu op BAT+ / BAT− (met zekering in BAT+).
Controller regelt laadstroom en voorkomt overladen.
Bij te lage accuspanning kan de controller LOAD uitschakelen.
LOAD voedt pomp en buck (en daarmee de elektronica).

Ontwerpkeuze: de Arduino stuurt het laadproces niet aan. De laadcontroller blijft dus altijd een onafhankelijke beveiliging.

Arduinodeel (besturing & logica)

Het Arduinodeel is het “brein” van het systeem. Het leest sensoren, bewaakt de accuspanning en schakelt de pomp via een relais. De logica is geïmplementeerd als een statemachine met expliciete toestanden en overgangen, wat ongewenst gedrag voorkomt. Bij twijfel of onveilige spanning geldt: pomp uit.

Schema Arduino module

Voeding

De Arduino wordt gevoed via een buck converter die van 12–14 V een stabiele 5 V maakt:

Accu / LOAD → Buck converter → 5V → Arduino + relais + sensoren

I/O-overzicht (typisch)

Signaal	Arduino pin	Functie
Accuspanning	A0	Analoge meting via spanningsdeler
Floatsensor	D4	Water aanwezig (aan/uit)
Relais	D5	Pomp aan/uit
GND	GND	Gezamenlijk referentiepunt

Ontwerpkeuze: hoge pompstromen lopen nooit door de Arduino. De Arduino schakelt alleen het relais (lage stroom).

Spanningsmeterdeel (accubewaking)

Dit deel meet continu de accuspanning met een spanningsdeler en geeft een veilige 0–5 V meetspanning door aan Arduino A0. Zo kan de software beslissen wanneer de pomp veilig kan draaien.

Schema spanningsmeter module

Typische waarden

R1 = 100 kΩ
R2 = 33 kΩ
Meetbereik: 0–15 V → 0–5 V op A0

Principe

De Arduino meet de spanning op A0 en rekent die terug naar de accuspanning:

V_A0 = V_accu × (R2 / (R1 + R2))

Waarom hoge weerstand? Zeer lage stroom → minimale belasting van de accu en veilige meting.

Pompdeel (vermogen & uitvoering)

Het pompdeel is het vermogenspad dat daadwerkelijk water verplaatst. De pomp krijgt 12 V via een relaiscontact en draait alleen als de floatsensor water detecteert én de accuspanning veilig is.

Schema pompmodule

Componenten

Bilgepomp (12 V DC)
(NO relaiscontact – pomp krijgt alleen spanning wanneer het relais actief wordt aangestuurd)
Floatsensor (water detectie)
Dikke bekabeling (14 AWG) voor pompstroom

Werking

Floatsensor detecteert water.
Arduino controleert accuspanning en status.
Arduino activeert relais → pomp krijgt 12 V.
Pomp stopt als water weg is of spanning onder drempel komt.

Fail-safe: bij ongeldige meting, foutstatus of lage accu → relais uit → pomp uit.

Software (Arduino) + statemachine

De software is state-based (statemachine) en voorkomt “spaghetti-logica”. De kern is eenvoudig: alleen pompen als water aanwezig is én spanning veilig is.

State diagram

Ontwerpprincipes

Fail-safe: bij twijfel pomp uit
Deterministisch: vaste states, vaste overgangen
Geen oscillatie: gebruik hysterese of minimale wachttijd bij low-battery

De software is opgezet als een statemachine. Onderstaande states geven een globaal overzicht; de exacte overgangen zijn te zien in het state-diagram.

Typische states (globaal overzicht)

INIT – systeemstart, I/O configuratie, pomp uit
Standby – wachten en monitoren van sensoren en accuspanning
Pompen – relais actief, pomp draait
Afkoelen – pomp gestopt, korte wachttijd voordat opnieuw wordt geëvalueerd
Low Battery – accuspanning te laag, pompen geblokkeerd
Error – fouttoestand (bijv. sensor- of mechanisch probleem)

De state-diagram beschrijft wanneer en onder welke voorwaarden het systeem tussen deze states schakelt.

GND-structuur (één referentiepunt)

Dit systeem heeft geen aarde zoals bij netspanning. Alle GND’s zijn één referentiepunt in de DC-kring: accu −, controller BAT−, buck −, Arduino GND en sensor GND.