Browser information:

This website uses CSS3 & HTML5. It is recommended to use a modern browser with at least the following version number:

  • Chrome 29.0
  • Edge 12.0
  • Explorer 11.0
  • Firefox 28.0
  • Safari 9.0
  • Opera 17.0

Problems? please contact me.

Bij deze voorbeeldinstallatie wil men zelfvoorzienend zijn inzake elektriciteitsverbruik, en men wil goed voorbereid zijn op een eventuele uitval van het lichtnet. Bij uitval van het lichtnet is het acceptabel dat het verbruik flink lager moet worden, maar er moet wel een zekere mate aan autonomie bereikt worden. Om het volledige elektriciteitsverbruik af te dekken wordt er gebruik gemaakt van salderen. Dat wil zeggen dat de overproductie in het voorjaar en de zomer teruggeleverd wordt om zo het tekort aan productie in het najaar en de winter te compenseren. Het schema dat gebruikt zal worden komt uit hoofdstuk 2.4.3:

2_4_3_2_c-Teruglevering_met_langdurige_overbrugging

Energiebudget

Als eerste de vraag: wat is het energiebudget? Deze vraag is tweeledig voor deze installatie: enerzijds de totale behoefte die door de zonnepanelen afgedekt moet worden, en anderzijds de behoefte die er is bij uitval van het lichtnet (noodstroom). Voor dit voorbeeld gaan we uit van een gemiddeld gezin met een energieverbruik van 3.500kWh per jaar. Dit is dus ook de hoeveelheid energie die door de gehele installatie - in een jaar - moet worden opgewekt.

De benodigde energie voor het autonome budget wordt in meer detail uitgewerkt:

  • Verlichting: in totaal 8 LED-lampen van 3W. Deze moeten elk 2 uur per dag kunnen branden. Totale benodigde capaciteit: 8 (lampen) x 3W x 2h = 48Wh.
  • CV: een CV van energieklasse A verbruikt ongeveer 100kWh elektriciteit per jaar. Omgerekend is dat per dag 275Wh. (Opmerking: oude CV’s kunnen wel 4 keer zoveel verbruiken!)
  • Koelkast/Vriezer: een moderne koelkast of vriezer verbruikt ongeveer 500Wh per dag. We gaan er vanuit dat alleen de vriezer moet blijven werken tijdens uitval van het lichtnet.
  • Wasmachine: we gaan uit van 1/3 wasbeurt per dag (1 was per 3 dagen). Maar dan nemen we wel de kookwas: ca 1.600Wh (energie label A). 1.600Wh : 3 = 535Wh per dag (alternatief kunnen we met dezelfde energie 1 wasbeurt per dag op 40 graden doen).
  • Radio: een kleine draagbare wereldontvanger verbruikt 1 set van 4 AA accu’s met elk 2Ah per 3 dagen (4 uur ontvangst per dag). Het rendement van de acculader wordt op 80% aangenomen. De totaal benodigde capaciteit: (4 (accu’s) x 1,2V x 2Ah / 0,8) : 3 = 4Wh.
  • Laptop: de laptop heeft een accu met 5Ah capaciteit en een spanning van 14,4V. Deze moet 1 maal opgeladen kunnen worden. Het rendement van de laptop lader wordt op 80% aangenomen, de benodigde accucapaciteit is dan: (5A x 14,4V) : 0,8 = 90Wh.
  • AA en AAA accu’s: er wordt uitgegaan van één set van 4 accu’s per dag. Elke accu is 2Ah en 1,2V. Het rendement van de lader wordt op 80% aangenomen. De totaal benodigde capaciteit is: 4 (accu’s) x 2Ah x 1,2V / 0,8 = 12Wh.
  • Kleine huishoudelijke apparaten: hier worden niet de inductie kookplaten bedoeld of de oven, maar kleinere verbruikers als de telefoon, mixer, het aquarium, een internetaansluiting etc. Dit verschilt natuurlijk per huishouden. Voor het gemak gaan we uit van 300Wh per dag.

De totale benodigde energie:

B2_a-Energiebudget

Deze energie wordt via een omvormer afgenomen. We nemen aan dat het rendement van de omvormer 80% is. Dan is de energie die uit de accu wordt ontnomen: 1.764Wh : 0,8 = 2.205Wh per dag.

Voor de berekening van de accucapaciteit gaan we uit van drie dagen overbrugging. I.e. de zonnepanelen kunnen 3 dagen lang niet bijladen. Drie dagen van 2.205W betekent dat er in totaal 6.615Wh uit de accu ontnomen moet kunnen worden.

Ter controle: een verbruik van 6.615Wh per drie dagen is een verbruik van ongeveer 805kWh per jaar. Dit is slechts ca. 1/5 van het gemiddelde elektriciteitsverbruik van een gezin. Het mag dan ook duidelijk zijn dat het bovenstaande verbruik een absoluut minimum is. Het zal een behoorlijke beperking opleggen in het dagelijks leven. (Maar een beetje elektriciteit is veel beter dan geen elektriciteit.)

Componentenkeuze

De volgende componenten zijn uitgezocht via het internet.

Let op: dit is geen aanbeveling voor de gekozen componenten en geen aanbeveling voor de gekozen leverancier.

De keuzes zijn in oktober 2012 gemaakt. Er is geen testinstallatie met deze componenten gebouwd en er kan dan ook geen garantie worden afgegeven dat de gekozen componenten inderdaad samenwerken. De verantwoordelijkheid voor het kiezen van componenten ligt geheel bij de lezer.

Accu

Omdat alle verbruikers via een omvormer aan de accu worden aangesloten is een 24V accu in het voordeel. Dit halveert de laad- en ontlaadstromen zodat er minder verliezen in de kabels en aansluitingen optreden.

Een accu die tot 50% ontladen mag worden heeft dan een capaciteit nodig van: 6.615Wh / 0,5 = 13.230Wh. Bij 24V betekent dit een Ah waarde van: 13.230Wh / 24V = 551Ah.

Dit is een zeer grote accu. Dit soort capaciteiten zijn niet gangbaar in normale starteraccu’s. Het ligt daarom voor de hand om hiervoor semi-tractie of tractie-accu’s te nemen.

Een tractie-accu mag tot ca. 70 a 80% ontladen worden. De accu moet dan de volgende capaciteit hebben: 6.615Wh : 0,8 = 8.269Wh. Bij de keuze voor een 24V accu moet het aantal Ah zijn: 8.269Wh / 24V = 345Ah.

Zelfs voor tractie-accu’s is dit soort capaciteiten niet standaard leverbaar. Wel voor de OPzS. Die moeten dan per 2V cel gekocht worden. Voor een 24V accu heeft men 12 cellen nodig. De kosten lopen dan hoog op (tot ca. 2.500 Euro). Een goedkopere oplossing is het om semi-tractie-accu’s te gebruiken en deze serie/parallel te schakelen. In totaal zijn er dan 4 12V accu’s nodig (zie hoofdstuk 6.4 “Accu’s samenstellen”):

B2_b-Accu-tabel

Motivatie: deze gel-accu is onderhoudsvrij en mag meer dan 500 maal zeer diep ontladen worden. Omdat het bij deze installatie om incidenteel gebruik gaat is dit meer dan voldoende. Bij een goede plaatsing zouden deze accu’s zelfs tot 20 jaar mee kunnen gaan. De accu-capaciteit is iets lager dan berekend, maar omdat er zelfs op zonloze dagen toch een kleine laadstroom zal zijn is dat acceptabel.

Zonnepaneel

Het is de intentie om zelfvoorzienend te zijn inzake stroomverbruik. De zonnepanelen moeten dan de 3.500kWh per jaar verzorgen. Per 100Wp geïnstalleerd vermogen wordt er over een geheel jaar ongeveer 85kWh aan elektriciteit opgewekt mits de panelen de ideale opstelling hebben. Laten we er in dit voorbeeld vanuit gaan dat er 85% van het ideaal bereikt wordt: 72kWh per 100Wp geïnstalleerd.

Dan moeten er in totaal 3.500kWh : 72kWh x 100Wp = 4.861Wp aan zonnepanelen geïnstalleerd worden. Bij 150Wp per vierkante meter is dat een oppervlak van 32,4 vierkante meter. Ongeveer 8 bij 4 meter. Dat is een flink stuk dak maar op een vrijstaand huis niet onmogelijk.

4.861Wp en een 24V accu betekenen een laadstroom van ca. 4.861Wp : 24V = 203A. Dit is veel te veel voor de gekozen accu’s. De laadstroom mag maximaal 1/5 van 330Ah = 66A zijn. De goedkoopste oplossing is om de panelen in twee groepen te verdelen. De ene groep wordt alleen op een netinverter aangesloten. De andere groep wordt soms op een netinverter, soms op een acculader aangesloten. Voor deze laatste groep wordt dan per paneel een netinverter gebruikt zoals in hoofdstuk 2.4.3 “Teruglevering met langdurige overbrugging” is beschreven.

De groep panelen die ook voor het acculaden gebruikt zal worden moeten dan een laadstroom van 66A leveren bij 24V. Dit staat gelijk aan ongeveer 66A x 24V = 1.584Wp. Omdat we voor deze groep een netinverter per paneel willen gaan gebruiken is het raadzaam om hiervoor een paneel met een hoge Wp te kiezen.

Als er een PWM-lader gebruikt wordt moet de paneelspanning niet hoger zijn dan ca. 36V. Dit legt een flinke beperking op aan het aanbod van panelen waaruit we kunnen kiezen. Ook de keuze van 1 netinverter per paneel maakt de netinverterkeuze lastig.

Als er een MPPT-lader gebruikt wordt is er een ruimere keuze aan panelen. Hoewel de lader dan duurder is, is het wel mogelijk om op het aantal netinverters te besparen door 2, 3 of mogelijk zelfs 4 panelen per netinverter te gebruiken. De totale kosten blijven dan vergelijkbaar met die van een PWM-lader.

In dit voorbeeld wordt voor een MPPT-lader gekozen.

Om aan de ingangspanningseisen van de lader en de netinverters te voldoen wordt voor de groep van 1.584Wp het paneel HJ Solar Mono 260Wp gekozen. In totaal komt deze groep dan op 6 x 260Wp = 1.560Wp. Dit paneel heeft de volgende eigenschappen:

B2_c-Zonnepaneel

Voor de groep panelen die alleen op een netinverter worden aangesloten blijft er over: 4.861Wp - 1.560Wp = 3.301Wp. Omdat hier de spanning niet belangrijk is kiezen we een paneel dat in oktober 2012 in de aanbieding is: HJ-Solar 250Wp poly voor € 196. Dat is een zeer scherpe prijs. (Opmerking: dit paneel is blauw in plaats van zwart zoals het voorgaande.) Het paneel heeft een Vp van 30,1V en een Vo van 37,2V. Van deze panelen zijn er in totaal 3.301Wp : 250Wp = 13,2 panelen nodig. Dit ronden we af naar boven op 14 panelen. Het vermogen wordt dan 3.500Wp. Dat is nog net binnen de grens van het mogelijke vermogen dat per 16A zekering kan worden teruggeleverd. Mocht de lichtnetspanning ter plekke erg laag zijn dan zou het kunnen gebeuren dat de 16A overschreden wordt. Het aantal panelen moet dan iets gereduceerd worden.

B2_d-Zonnepaneel

Er zijn bij deze panelen geen bypassdiodes aanwezig. Het is dus belangrijk om geen schaduwval op de panelen te hebben, of bij schaduwval externe bypassdioden aan te brengen.

Acculader

De acculader moet 1.560W in 24V kunnen laden. Hieruit volgt een laadstroom van 1.560W : 24V = 65A. Het selecteren van de acculader moet tegelijk met de selectie van de netinverter voor deze groep panelen gebeuren. De ingangspanning van de acculader en die van de netinverter moeten hetzelfde (optimale) spanningsbereik hebben. Hierbij moet ook rekening gehouden worden met het aantal panelen dat in serie kan worden geschakeld. Dit is geen gemakkelijke opgave en moet met de nodige zorgvuldigheid gebeuren.

Uiteindelijk is de Victron BlueSolar charge controller MPPT 150/70 gekozen. De gegevens voor deze lader zijn:

B2_e-Acculader

Netinverter

Er zijn meerdere netinverters nodig, van twee verschillende types. Het eerste type is de netinverter die samen met de acculader gekozen wordt en het tweede type is een netinverter voor de overige panelen.

Bij de keuze van de acculader/netinverter is gekozen voor een ingangspanning tot 150V. Dit betekent dat er twee van de gekozen panelen in serie geschakeld kunnen worden. Hieruit volgt dat voor de 6 panelen die de accu’s moeten laden er drie netinverters nodig zijn.

De groep van 14 panelen kan in 1 string worden geplaatst. Dan is er ook maar 1 netinverter nodig.

De selectiecriteria voor de keuze zijn:

B2_f-Netinverter

Voor de string met 14 panelen is de Omniksol-4.0k-TL een goede keuze. De gegevens van deze netinverter zijn:

B2_g-Netinverter

Indien gewenst kan ook de Omniksolar-3.0k-TL genomen worden, deze is ca. € 100 goedkoper, en het maximale vermogen is 3.500W. Het is onwaarschijnlijk dat deze 3.500W overschreden zal worden.

Voor de drie strings met 2 panelen is de Steca 500 een goede match. De gegevens van deze netinverter zijn:

B2_h-Netinverter

Uiteraard zijn er van deze netinverter 3 stuks nodig.

Er kleeft echter een nadeel aan de Steca 500. Deze netinverter heeft geen galvanische scheiding. Dat wil zeggen dat de panelen via de Steca 500 met het lichtnet zijn verbonden. Het is belangrijk om er voor te zorgen dat alle drie de Steca’s op dezelfde manier aangesloten worden op het lichtnet. Zie hiertoe ook hoofdstuk 3.9. Voor de veiligheid moet er zo wie zo op gelet worden dat de nul-leiding en niet de fase met de panelen wordt verbonden.

Omvormer

Om de capaciteit van de omvormer te bepalen moet een keuze gemaakt worden: hoeveel van de verbruikers moeten gelijktijdig aangezet kunnen worden? Voor sommige toepassingen is het mogelijk een goede schatting te maken. Maar bij algemeen huishoudelijk gebruik is het vaak omgekeerd: de beschikbare capaciteit wordt verdeeld over de gebruikers, en de gebruikers worden in de gewenste volgorde gebruikt. Met andere woorden, het zal vaak zo gaan dat men de apparaten na elkaar gebruikt of samen voor zover de omvormer het toelaat. Huishoudelijke apparaten verbruiken zelden meer 2.000W. Dit heeft natuurlijk alles te maken met de maximale belasting per groep die niet boven de 3.600W mag uitkomen. Zware verbruikers zijn vaak verwarmingen. En die hebben we uitgesloten van de noodstroom. Een omvormer die 1.500W continue kan leveren en voor korte perioden daar boven is dan ook voor normaal huishoudelijk gebruik voldoende.

De Victron Phoenix Compact 24/2000 voldoet aan deze eisen. De gegevens van deze omvormer zijn:

B2_i-Omvormer

Complete installatie

Het schematische overzicht van de installatie:

B2_j-Complete_installatie

De rode draad is voor de plus-aansluitingen, hierin bevinden zich ook de diodes. De blauwe draad is voor de min-aansluitingen. De oranje draad is voor de 230V wisselspanning.

De schakelaars S1 en S3 worden gebruikt voor het schakelen tussen teruglevering aan het lichtnet of acculaden. De schakelaar S2 wordt gebruikt om de verbruikers van groep B (de noodstroomverbruikers) uit het lichtnet of via de omvormer te voeden. De verbruikers uit groep A worden bij afwezigheid van het lichtnet nooit gebruikt.

De dioden bij de panelen zijn er voor om te zorgen dat de panelen onderling geen stroom aan elkaar gaan leveren. Deze moeten de kortsluitstroom van 1 paneel kunnen verdragen, in dit geval 5,1A. (De serieschakeling verhoogt niet de stroom, alleen de spanning.) Deze dioden met een doorlaatstroom van >5,1A en een sperspanning van > 122V (de Vo spanning van de beide panelen in serie) zijn verkrijgbaar vanaf 5 euro per stuk. Ze zijn bij elektronicazaken als bijvoorbeeld www.conrad.nl goed verkrijgbaar.

De totale kosten aan componenten voor deze installatie zijn:

B2_k-Complete_installatie-tabel

Natuurlijk komen hier nog kosten bij. Zoals verzendkosten, montagemateriaal, kabels, stekkers, schakelaars etc. Deze extra kosten zijn sterk afhankelijk van wat er al voorhanden is, de locatie waar de installatie geplaatst moet worden en de vindingrijkheid van de bouwer. Ook is de bliksembeveiliging weggelaten. Voordat deze installatie compleet is zullen de totale kosten wel in de richting van de 12.000 tot 13.000 euro gaan. Maar dat is dan ook gelijk de elektriciteitsrekening voor de komende 10+ jaar. Na ca. 10 jaar moeten er eventueel componenten vervangen worden. Indien de complete kosten van de installatie over 10 jaar afgeschreven worden zijn de kosten 1.300 euro per jaar. Bij een jaarlijks verbruik van 3.500kWh is dat een kostprijs van ongeveer 37 cent per kWh. Bij afschrijving over 20 jaar, inclusief reparaties ter waarde van 5.000 euro, zijn de kosten 755 euro per jaar, voor een tarief van ca. 22 cent per kWh.

Browser information:

This website uses CSS3 & HTML5. It is recommended to use a modern browser with at least the following version number:

  • Chrome 29.0
  • Edge 12.0
  • Explorer 11.0
  • Firefox 28.0
  • Safari 9.0
  • Opera 17.0

Problems? please contact me.