The best in price/quality/service. |
Techniek: Lichtpanelen - Zonnepanelen: Detailtreding naar autonome systemen |
1. INLEIDING: autonome systemen - netgekoppelde systemen Stroom opwekken voor mobilhome, boot, buitenverblijf, woning, bedrijf, … kan met o.a. zonnepanelen, windmolens en watermolens gebeuren. Wij gaan het voornamelijk hebben over zonnepanelen en windmolens. Zonnepanelen en windmolens kunnen aan het distributienet gekoppeld worden. De opgewekte energie kan op een later moment gebruikt worden. De terugkoppeling naar het distributienet gebeurt met een netkoppelaar. Autonome energiesystemen zijn energiesystemen die onafhankelijk werken zonder electriciteitsnet. De opwekking gebeurt d.m.v. zonnepanelen, windmolens en waterturbines. Het meest voorkomende zijn zonnepanelen en windmolens. In dit artikel worden verschillende technische aspecten besproken. Dit artikel is een levend artikel. Alle toegekregen informatie, toepassingen, zeer specifieke toepassingen en technieken, opmerkingen zijn welkom. De informatie die wij van u ontvangen zal in deze en andere rubrieken verwerkt worden. Hiertoe kan u ons mailen: janalternatief@skynet.be. Ook foto’s zijn welkom. Wij leggen de nadruk dat Alternative Eco Solutions BVBA niet verantwoordelijk gesteld kan worden of vervolgd kan worden door gebruik van materialen, foto’s, teksten, niet limiterende lijst op deze website. Wij kunnen niet controleren of de geleverde materiaal eigendom zijn van andere personen en/of bedrijven. Bij klachten wordt het materiaal direct verwijderd van onze website zonder enige mogelijke vervolging en/of schadeclaim. Zonne-energie wordt via een fotocel omgezet naar elektriciteit. De opgewekte elektriciteit wordt in batterijen opgeslagen en kan later gebruikt worden door verschillende verbruikers zoals verlichting, radio, TV, stofzuiger, …. Deze energie kan zowel overdag als s’ avonds gebruikt worden.
2.1 Welke componenten heeft men nodig voor een autonome energie toepassing? Er is een onderscheid tussen kleine (camper, tuinhuisjes, boten, …) en zeer grote autonome systemen qua opbouw. AES BVBA heeft zeer veel ervaring met beide. Kleine en grote projecten zijn ons dagdagelijkse bezigheid. Zowel inlandse als buitenlandse projecten zijn ons niet vreemd. In een kleine installatie vinden we de volgende onderdelen terug:
2.1.1. Zonnepanelen - Hybride zonnepanelen: dit zijn panelen met monokristallijne cellen die men dunner maakt en een laagje amorf op dampt. Op deze wijze spaart men Si uit. Voordeel: goedkopere productie waarbij men het vermogen tijdelijk verhoogd. Nadeel: deze panelen kennen een hogere graad van degradatie. Na 10 jaar merkt men een hoge degradatie. De meest gebruikte cellen zijn de polykristallijne cellen wegens kostprijs. Deze typen cellen zijn blauw en vertonen vlekken (breuklijnen). De monokristallijne panelen zijn zeer diep blauw of donkergrijs gekleurd. Amorfe panelen zijn bruin of hebben een donkere tint. Door de hogere opbrengst en langere levensduur maken wij meestal gebruik van monokristallijne panelen. Vooral in het verleden (nog steeds aanwezig bij bepaalde merken) was er veel “ongebruikte” celruimte tussen de verschillende cellen. Hierdoor zegt men dat de polykristallijne panelen meer opbrengen bij diffuus licht dan monokristallijne panelen. Dit argument (vaak aangehaald als verkoopsargument om goedkopere polykristallijne panelen te kunnen aanbieden) is niet meer van toepassing. Integendeel: monokristallijne cellen wekken meer energie op dan polykristallijne panelen bij diffuus licht en lagere lichtintensiteit. De cellen van monokristallijne panelen zijn immers zuiverder en vertonen geen contactbreuken.
2.1.2. De laadregelaar of controller
2.1.3. De Batterij Meestal worden lood-zwavelzuur accu's gebruikt in PV-installaties maar gel– of AGM batterijen zijn beter geschikt voor vaak laden en ontladen. De batterijcapaciteit moet in de juiste verhouding staan met de capaciteit van de zonnepanelen en de te verwachten energieverbruikers. Kiezen we een, in verhouding, een te kleine batterijcapaciteit dan zal de batterij met een te grote stroom geladen worden. Hierdoor wordt de levensduur van de batterij beperkter. Kiezen we de batterijcapaciteit te groot, dan kan het zijn dat deze batterijcapaciteit misschien nooit vol geladen wordt, waardoor sulfatatie van de accu optreedt en deze aan capaciteit verliest en zelfs defect kan geraken.
2.1.4. Bekabeling tussen zonnepaneel, laadregelaar, batterij en omvormer Hou ook de kabels zo kort mogelijk om verliezen te beperken.
2.1.5. Bekabeling batterij naar laagspanningsverbruikers.
2.1.5. De omvorming naar 230V
2.2. Hoe een installatie opbouwen? 2.2.1. Plaatsing van de zonnepanelen
2.2.2 Bepaling van de bedrading tussen de verschillende onderdelen
- Lichtpaneel van 120Wp met een laadstroom van 7,12A voor een 12V systeem. - Afstand tussen lichtpaneel en laadregelaar = 10m - Sektie van de kabel = 4mm² - De weerstand van een koperdraad = 0,0175 ohm bij een dikte van 1mm² en per 1m lengte
Weerstand van de gebruikte kabel = 0,0175 ohm/1mm2/1m/4mm²x10m = 0,0438 ohm Uitwerking: U = R x I = 0,0438 ohm x 7,12A = 0,31V
Het spanningsverlies/val is dus belangrijk voor uw laadsysteem. Wij zien dus duidelijk dat het zeer belangrijk is om uw laadregelaar zo dicht mogelijk bij de batterij te plaatsen. Hetzelfde kan men berekenen voor uw verbruikers die men op gelijkspanning wenst aan te sluiten.
2.2.3. De laadregelaar
2.2.4. Capaciteitsberekening
1.Welke stroomverbruikers willen we met de PV-installatie voeden? 4. Hoe groot is het gevraagde piekvermogen? 6. Hebben we een 230 Volt omvormer nodig, of kunnen alle verbruikers op laagspanning werken?
Enige realiteitszin is geboden als we de eerste vraag gaan beantwoorden. Wilt u het complete huishouden op zonne-energie laten werken, dan zult u waarschijnlijk heel diep in de buidel moeten tasten? Men moet een zeer energiezuinige huishouding voeren om dit te verwezenlijken. Verlichting, de audio installatie, micro-golf oven, een TV- toestel en een kleine koelkast zijn meer realistische keuzes. Gaan we vervolgens naar het energieverbruik kijken, dan zal men al snel beseffen dat een hoop gangbare apparatuur in ons huis aanzienlijk meer energie verbruikt dan we misschien in eerste instantie gedacht hadden. Een koelkast is daarvan een goed voorbeeld. Met een gemiddeld verbruik van 1000 Watt uur, of meer, per dag behoort de koelkast al snel tot de 'grootverbruikers' binnen ons huishouden! Zelfs een wasmachine met een verwarmingselement van 2,4kW tot 3kW zal niet zo snel tot een dergelijk dagverbruik komen aangezien het enorme verbruik van het verwarmingselement maar gedurende zo'n 15 minuten per wasbeurt zal optreden. Hebben we bovenstaande vragen beantwoord en de daarbij behorende berekeningen gedaan, dan hebben we een inzicht in de capaciteit van de zonnepanelen. Bij een permanent verbruik zullen de panelen gedurende een etmaal de verbruikte energie in maximaal een dag weer moeten kunnen aanvullen. Is er een tussenperiode dan kan men de aanvulling – energie opwekking – spreiden over meerdere etmalen waardoor minder er minder capaciteit aan zonnepanelen moeten zijn. De beantwoording van de laatste vraag (8) bepaalt voor een groot deel de totale batterijcapaciteit die we moeten gebruiken in onze installatie.
3. Veiligheid 3.1. Zekeringen
3.2. Ventilatie
4. In de praktijk 5. Uitgewerkt voorbeeld Wij volgen de te nemen stappen zoals beschreven in 2.2.4. Capaciteitsberekening
1.Welke stroomverbruikers willen we met de PV-installatie voeden? - 1 x TL-lamp - TV - waterpomp - microgolf
2. Hoeveel energie verbruiken deze verbruikers? - 2 x LED-lamp Philips: 2 x 7W - 1 x TL-lamp: 16W - TV: 60W - waterpomp: 50W - microgolf: 800W
3. Hoeveel uur per dag staan deze verbruikers gemiddeld per dag aan? - 2 x LED-lamp Philips: 2 x 7W x 5 uur - 1 x TL-lamp: 16W x 3 uur - TV: 60W x 3 uur - waterpomp: 50W x 1 uur - microgolf: 800W x 1/4 uur
4. Hoe groot is het gevraagde piekvermogen? In dit voorbeeld nemen wij het gezamenlijk vermogen: 940W
5. Wat is de verbruiksperiodiciteit (aantal dagen per week bvb.)? - Het gebruik is 7 dagen per week. Men kan ook het voorbeeld uitwerken op verblijfbasis van 4 dagen per week.
6. Hebben we een 230 Volt omvormer nodig, of kunnen alle verbruikers op laagspanning werken? - Alle verbruikers worden op 230V geschakeld.
7. Hoeveel zon(ne-energie) mogen we verwachten? - 4 uur per dag vollicht
8. Hoeveel dagen zonder zon wenst men te kunnen overbruggen? - 2 dagen
Wij berekenen nu het aantal Watt uur die wij nodig hebben als totaal verbruik. Hiertoe nemen wij de gegevens uit punt 2. over: - 2 x LED-lamp Philips: 2 x 7W x 5 uur = 70 Watt uur of 70Wh - 1 x TL-lamp: 16W x 3 uur = 48Wh - TV: 60W x 3 uur = 180Wh - waterpomp: 50W x 1 uur = 50Wh - microgolf: 800W x 1/4 uur = 200Wh
In totaal hebben wij 548Wh nodig.
Anders gezegd: er dient 548Wh aan energie opgewekt te worden.
Vervolgens berekenen wij de nodige batterijcapaciteit (12V systeem): 548Wh gedeeld door 12V is ongeveer 46Ah. Wij wensen 2 dagen te overbruggen waardoor wij 92Ah aan energie nodig hebben. Uit een gel– of AGM batterij kan men maximaal ongeveer 75% energie uithalen. Dit betekent dat men een minimale batterijcapaciteit van 123Ah dient te kiezen. Verkiest men een halftractie batterij dan is de minimale batterijcapaciteit = 184Ah.
In de praktijk kiezen wij voor een 150Ah AGM batterij.
Vervolgens gaan wij de zonnepanelen bepalen: - 548Wh/4h = 137Wp paneel. - om verliezen op te vangen wordt dit getal vermenigvuldigd met 1,5 (minimaal 1,25) om verliezen op te vangen. Voor kritischere systemen kan men een factor x2 gebruiken. Wij kiezen uiteindelijk voor een capaciteit van 206Wp. Uiteindelijk installeren wij een paneel van 2 x 120Wp. Bij een verblijfsperiode van 4 dagen per week delen wij de capaciteitswaarde van het zonnepaneel door 7*4 = 206Wp/7*4 = 118Wp. In dit geval installeren wij een paneel van 120Wp.
Voor het aansluiten van het lichtpaneel op de batterijcapaciteit hebben wij een laadregelaar nodig. Deze dienen wij voldoende zwaar te nemen om piekmomenten op te vangen. Bvb. laadregelaar van 12A. (Ter info: in de praktijk wordt de laadregelaar vaak te licht gekozen: op termijn brandt deze door).
Als omvormer van 12V naar 230V dienen wij minimaal een omvormer van 1000W te kiezen. Daar wij graag een reserve hebben nemen wij uiteindelijk een omvormer van 1.500W. Bij voorkeur een sinusomvormer.
Eindresultaat van het berekende autonome systeem: · 150Ah/12V gelbatterij capaciteit of 200Ah halftractie batterijcapaciteit · 2 x 120Wp voor permanent verblijf of 120Wp lichtpaneel (4 dagen per week, in dit laatste geval dient men de batterijcapaciteit te verdubbelen) · Laadregelaar 20A (voldoende reserve capaciteit), bij gebruik van 1 x 120Wp lichtpaneel kan men een laadregelaar van 12A nemen. · Sinusomvormer 1.500W · Beveiligingen
|