View
32
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Professionele bachelor in de Energietechnologieën
CAMPUS
Geel
Giel Van Goylen
Academiejaar 2012-2013
Maak je eigen energie
Technische en financiële haalbaarheidsstudie van een off-grid solution
3
VOORWOORD
Bij het maken van mijn eindwerk ‘Maak je eigen energie’ zijn er heel wat
personen betrokken geweest, die mij bijstand hebben verleend gedurende mijn
stage periode. Via deze weg hoop ik iedereen te bedanken, die bij dit eindwerk
betrokken waren.
Als eerste wil ik mijn externe begeleider Bjorn Van Haver bedanken voor dit
interessant onderwerp. In dit onderwerp kan ik mij helemaal terug vinden en
uitleven. Ik dien mijn externe begeleider niet alleen te bedanken voor dit
onderwerp, maar ook voor de antwoorden op vragen die ik had en de tijd die hij
heeft vrijgemaakt voor mijn eindwerk te controleren.
In het bijzonder dien ik mijn interne begeleider Gert Hendrickx te bedanken
voor zijn begeleiding en hulp gedurende deze stageperiode. Dankzij zijn tips en
feedback heb ik dit eindwerk tot een goed eindt kunnen brengen.
Verder wil ik heel het bedrijf Solar Spirit bedanken voor deze boeiende stage
plek, de inzet van alle werknemers door mijn vragen te beantwoorden en de tijd
die ze hiervoor vrij maakten. Ik wens Solar Spirit daarom ook het beste toe in
de toekomst.
Ook wil ik mijn dank betuigen aan de docenten van Thomas More Kempen voor
de 3 interessante en leuke jaren die ze me hebben bezorgd.
Tevens dien ik ook iedereen te bedanken die niet genoemd word, maar toch op
de een of andere manier inbreng hebben gehad op dit eindwerk.
Ten slotte dien ik mijn ouders te bedanken die mij gedurende de voorbijen 3
jaren financieel en moreel bij stonden. Zonder hen was deze studie niet mogelijk
geweest en daarvoor ben ik mijn ouders zeer dankbaar
Hartelijk Dank,
Giel Van Goylen
5
SAMENVATTING
Iedereen gebruikt vandaag elektriciteit, zonder er bij stil te staan waar deze
vandaan komt. Als we gaan kijken waar deze vandaan komt, zien we dat er veel
energie wordt verspild door inefficiënte omzettingen. Deze energieverspilling is
slechts een deel van het probleem, het is namelijk ook nog slecht voor het
klimaat en onze portemonnee. Verder wordt de vraag en productie niet goed
afgesteld, omdat dit op grote schaal zeer moeilijk is. Als we al deze punten op
een rijtje zetten, zien we dat het tijd is voor verandering. Mijn stage opdracht
was, hier een oplossing voor te zoeken die de consument meer centraal zet in
onze elektriciteitsmaatschappij.
De oplossing voor dit probleem wist ik direct: decentrale productie. De kunst
van deze oplossing is om een zo groen mogelijk concept uit te werken, dat
zowel technisch als financieel haalbaar is. Tijdens dit eindwerk heb ik eerst
onderzocht welke verschillende decentrale opwekkers er op de markt zijn,
daarna heb ik onderzocht hoe deze werken. Ten slotte heb ik besloten welke
opwekkers ik ga gebruiken, om zo tot een zekere elektriciteitsvoorziening te
komen. Ik heb er voor gekozen om gebruik te maken van een brandstofcel en
een zonnepanelen installatie in combinatie een back-up systeem. Dankzij al
deze componenten is het mogelijk om zich (per 2 woningen) van het bestaande
net los te koppelen.
Ten slotte zal u lezen dat het daadwerkelijk haalbaar is om een dergelijk
concept uit te werken. Hierin zullen verschillende bewijzen aangehaald worden
om aan te duiden dat dit daadwerkelijk mogelijk is, zoals bv. elektrische
schema’s, onderlinge communicatie, prijsberekeningen,… Ik heb de volgende
conclusie gemaakt: het systeem is haalbaar maar spijtig genoeg nog niet
betaalbaar, er zijn echter nog wel enkele probleempjes in verband met
opstarten, stilleggen en defecten in de installatie.
7
LIJST VAN ILLUSTRATIES
Figuur 1: Solar Spirit ............................................................................... 13 Figuur 2: Elektriciteitsproductie België 2012 ............................................... 17 Figuur 3: Evolutie hernieuwbare energiebronnen België ............................... 18 Figuur 4: Decentrale en centrale elektriciteitsproductie België 2012 ............... 19 Figuur 5: CO2-uitstoot in de wereld ........................................................... 20 Figuur 6: Kernafval.................................................................................. 21 Figuur 7: Ontploffing kerncentrales ........................................................... 21 Figuur 8: Evolutie netto import en eigenproductie België .............................. 22 Figuur 9: Evolutie netto import België ........................................................ 23 Figuur 10: Logo kyoto protocol ................................................................. 24 Figuur 11: Kerncentrale ........................................................................... 24 Figuur 12: Transmissie hoe nu? ................................................................ 26 Figuur 13: Import wegen ......................................................................... 27 Figuur 14: Principe tekening autonoom systeem ......................................... 31 Figuur 15: Principe werking ...................................................................... 32 Figuur 16: Principe tekening 1 .................................................................. 33 Figuur 17: Verbruiksprofiel i.v.m. zonneopbrengst + aandeel Bluegen ........... 33 Figuur 18: Principe tekening 2 .................................................................. 34 Figuur 19: Principe tekening 3 .................................................................. 34 Figuur 20: Principe tekening 4 .................................................................. 35 Figuur 21: Principe tekening 5 .................................................................. 35 Figuur 22: Principe tekening 6 .................................................................. 36 Figuur 23: Gebruikt verbruiksprofiel .......................................................... 38 Figuur 24: Opwekkingscurve zonnepanelen en windmolens .......................... 39 Figuur 25: Vergelijking Japan met China .................................................... 41 Figuur 26: Vergelijking Japan en China na druktest ..................................... 41 Figuur 28: Energie omzettingsvergelijking .................................................. 42 Figuur 27: Logo Bluegen .......................................................................... 42 Figuur 29: Werking Bluegen ..................................................................... 44 Figuur 30: Werking brandstofcel ............................................................... 45 Figuur 31: Brandstofcelstack .................................................................... 45 Figuur 32: Vergelijking Bluegen met andere gelijksoortige producten ............ 46 Figuur 33: Verhoogd rendement met Bleugen ............................................. 47 Figuur 34: Nedap power router ................................................................. 48 Figuur 35: Samenhang power router ......................................................... 48 Figuur 37: SMA Sunny Island.................................................................... 49 Figuur 38: Samenhang Sunny Island ......................................................... 49 Figuur 36: SMA ....................................................................................... 49 Figuur 39: SMA Sunny Mini Central en Sunny Boy ....................................... 52 Figuur 40: Principe tekening parallel gebeuren ............................................ 52 Figuur 41: SMA Sunny Island Charger ....................................................... 53 Figuur 42: Principe tekening Sunny Island Charger ...................................... 53 Figuur 43: Lood accu's ............................................................................. 55 Figuur 45: Serieschakeling batterijen ......................................................... 56 Figuur 44: Lithium-ion accu ...................................................................... 56 Figuur 46: Parallelschakeling batterijen ...................................................... 57 Figuur 47: TT-net .................................................................................... 59 Figuur 48: TN-C-net ................................................................................ 60 Figuur 49: TN-S-net ................................................................................ 60 Figuur 50: Verbruiksmeter ....................................................................... 61 Figuur 51: Automaat ............................................................................... 62 Figuur 52: Differentieel schakelaar ............................................................ 62 Figuur 53: Smeltveiligheid ........................................................................ 62 Figuur 55: ESS ....................................................................................... 63 Figuur 54: Temperatuur sensor ................................................................. 63
8
Figuur 56: Principe tekening installatie ....................................................... 64 Figuur 57: Elektrische schema verbruikers ................................................. 64 Figuur 58: Elektrisch schema ESS ............................................................. 65 Figuur 59: Elektrische schema strings ........................................................ 65 Figuur 60:Aansluitschema temperatuursensor ............................................ 65 Figuur 61: Master en slave verband ........................................................... 66 Figuur 62: RJ45 ...................................................................................... 66 Figuur 63: Master en Slave aansluiting ...................................................... 67 Figuur 64: RJ45 Afsluitweerstand .............................................................. 67 Figuur 65:Modulatie principe Bluegen ........................................................ 68 Figuur 66: Weergave principe Sunny Island ................................................ 69 Figuur 67: Communicatie Bluegen en Sunny Island ..................................... 70 Figuur 68: MVP-curve .............................................................................. 71 Figuur 69: Frequency-Shift Power Control (FSPC) ........................................ 72 Figuur 70: Dimensionerings verbruiksprofiel ............................................... 74 Figuur 71: Deel Bluegen Verbruiksprofiel .................................................... 75 Figuur 72: Verbruiksprofiel - Bluegen......................................................... 75 Figuur 73: Tabel van Hespul ..................................................................... 77 Figuur 74: Carport met zonnepanelen ........................................................ 78 Figuur 75: Verbruiksprofiel i.v.m. zonneopbrengst ....................................... 80 Figuur 76: Energie opslag in batterijen ...................................................... 81 Figuur 77: Gewenste batterij configuratie ................................................... 82 Figuur 78: Verbruiksprofiel woning ............................................................ 83 Figuur 79: Batfuse .................................................................................. 84 Figuur 80: Principe tekening ..................................................................... 86
Tabel 1: Vergelijking zonnecellen .............................................................. 40 Tabel 2: Voor- en nadelen Nedap en SMA ................................................... 50 Tabel 3: Vergelijking zonneomvormers ...................................................... 54 Tabel 4: Vergelijking Lood en Lithium-ion ................................................... 58 Tabel 5: Nominale stroom i.v.m. de geleiderdoorsnede volgens het A.R.E.I .... 86 Tabel 6: A.R.E.I toegepast op heel de installatie ......................................... 87 Tabel 7: Bedrag elektriciteitsfactuur na 15 jaar ........................................... 88 Tabel 8: Te betalen bedrag na 15 jaar met een off-grid installatie ................. 89 Tabel 9: Kosten op jaar basis .................................................................... 89 Tabel 10: Prijs per kWh met tweede idee ................................................... 90
9
INHOUDSTAFEL
VOORWOORD ..................................................................................................... 3
SAMENVATTING ................................................................................................. 5
LIJST VAN ILLUSTRATIES................................................................................... 7
INHOUDSTAFEL .................................................................................................. 9
INLEIDING ....................................................................................................... 11
HET STAGE BEDRIJF ......................................................................................... 13
1.1 Actieve sector .................................................................................... 13 1.2 Missie ................................................................................................. 13 1.3 Visie ................................................................................................... 13 1.4 Geschiedenis ...................................................................................... 14 1.5 Mijn functie ........................................................................................ 15
ENERGIE DE DAG VAN VANDAAG ...................................................................... 17
2.1 Impact op het klimaat ........................................................................ 19 2.1.1 CO2-uitstoot .......................................................................................... 19 2.1.2 Waterdampuitstoot door centrales ............................................................ 20 2.1.3 Andere milieu vervuilingen ...................................................................... 21 2.2 Dreigend energie te kort .................................................................... 22 2.2.1 Evolutie in ontwikkelingslanden ............................................................... 23 2.2.2 Kyoto protocol ....................................................................................... 24 2.2.3 Sluiting kerncentrales ............................................................................. 24 2.3 Efficiënt omgaan met energie ............................................................ 25 2.3.1 Betere opslag van overtollige energie ....................................................... 25 2.3.2 Transmissie ........................................................................................... 26 2.3.3 Decentrale systemen .............................................................................. 26 2.4 Economie ........................................................................................... 27
WAT JE ZELF DOET, DOE JE BETER ................................................................... 29
3.1 Hoe dan wel ? .................................................................................... 29 3.1.1 Weg van “grote” elektriciteitscentrales ...................................................... 30 3.1.2 Vraag en aanbod op elkaar afstemmen ..................................................... 30 3.1.3 Op kleinere schaal werken....................................................................... 30 3.2 In groep ............................................................................................. 31 3.3 Principiële werking ............................................................................ 32 3.4 Voordelen .......................................................................................... 36 3.5 Knelpunten ........................................................................................ 37
HOE PAKKEN WE DIT AAN ? ............................................................................. 38
4.1 Verbruiksprofiel ................................................................................. 38 4.2 Elektriciteitsvoorzieningen................................................................. 38 4.2.1 Zonnepanelen ........................................................................................ 39 4.2.1.1 Soorten zonnepanelen ........................................................................................................ 39 4.2.1.2 Fabrikanten ....................................................................................................................... 41 4.2.2 Bluegen ................................................................................................ 42 4.2.2.1 Brandstofcel ...................................................................................................................... 42 4.2.2.2 Hoge en lage temperatuur................................................................................................... 43 4.2.2.3 Werking ............................................................................................................................ 44 4.2.2.4 Brandstofcelstack ............................................................................................................... 45 4.2.2.5 Waarom Bluegen ? ............................................................................................................. 46 4.2.3 Back-up systeem ................................................................................... 47 4.2.3.1 Waarom een back-up systeem ? .......................................................................................... 47 4.2.3.2 Fabrikanten ....................................................................................................................... 48 4.2.3.3 Vergelijking ....................................................................................................................... 50 4.2.4 Zonneomvormer .................................................................................... 51 4.2.4.1 Fabrikanten ....................................................................................................................... 51 4.2.4.2 Welke omvormer ............................................................................................................... 51
10
4.2.4.3 Vergelijking ....................................................................................................................... 54 4.2.5 Batterijen .............................................................................................. 55 4.2.5.1 Achtergrond informatie ....................................................................................................... 55 4.2.5.2 Soorten batterijen .............................................................................................................. 55 4.2.5.3 Schakelen van Batterijen .................................................................................................... 56 4.2.5.4 Vergelijking ....................................................................................................................... 58 4.3 Samenhang ........................................................................................ 59 4.3.1 Elektrisch .............................................................................................. 59 4.3.1.1 Soort net .......................................................................................................................... 59 4.3.1.2 Verbruiksmeter .................................................................................................................. 61 4.3.1.3 Beveiligingen ..................................................................................................................... 61 4.3.1.4 Elektrisch schema .............................................................................................................. 64 4.3.2 Communicatie ....................................................................................... 66 4.3.2.1 Back-up systeem 1 met Back-up systeem 2 .......................................................................... 66 4.3.2.2 Back-up systeem met Bluegen ............................................................................................. 67 4.3.2.3 Zonnepanelen met zonneomvormer ..................................................................................... 71 4.3.2.4 Back-up systeem met zonneomvormer ................................................................................. 71 4.3.2.5 Back-up systeem met Batterijen .......................................................................................... 73 4.3.2.6 Back-up systeem met het elektrisch verbruik ........................................................................ 73 4.4 1 installatie ........................................................................................ 74 4.4.1 Dimensioneren ...................................................................................... 74 4.4.1.1 Bluegen ............................................................................................................................ 74 4.4.1.2 Zonnepanelen .................................................................................................................... 75 4.4.1.3 Zonneomvormer ................................................................................................................ 78 4.4.1.4 Batterijen .......................................................................................................................... 80 4.4.1.5 Back-up systeem ............................................................................................................... 83 4.4.1.6 Beveiligingen ..................................................................................................................... 83 4.4.1.7 Geleiderdoorsnede ............................................................................................................. 85 4.4.2 Prijsberekening ...................................................................................... 87 4.4.2.1 Prijs voor één installatie ...................................................................................................... 87 4.4.2.2 Normale omstandigheden t.o.v. off-grid omstandigheden ........................................................ 87 4.4.2.3 Verbruikstarieven ............................................................................................................... 89 4.4.2.4 Terugverdientijd ................................................................................................................ 90 4.4.2.5 Besparingsmaatregelen ...................................................................................................... 91
BESLUIT…. ....................................................................................................... 92
LITERATUURLIJST ............................................................................................ 93
11
INLEIDING
In dit eindwerk zal u een antwoord krijgen op de vraag, of het mogelijk is om
uw eigen elektriciteit op te wekken en te gebruiken. Er worden zowel technische
als financiële feiten aangehaald, om te bewijzen dat dit effectief mogelijk is.
Dit onderwerp vond ik interessant, omdat het dringend tijd is voor verandering
in België. België heeft de duurste elektriciteitsprijzen van heel Europa. Deze
prijzen blijven maar stijgen. Verder vond ik het heel boeiend, om mee te mogen
werken aan een systeem dat helemaal nieuw is voor België.
Door dit project wil ik aanduiden, dat het mogelijk is om efficiënter om te gaan
met elektriciteit, zonder afbraak te doen aan comfort. Ook wil ik aanstippen dat
het mogelijk is, om de consument meer centraal te zetten in onze
elektriciteitsmaatschappij.
Mijn stageopdracht bestond uit, het bekijken van welke duurzame technologieën
er aanwezig zijn, om zo tot een elektrische efficiënte off-grid installatie te
komen. Eveneens bekijk ik wat de technische mogelijkheden en knelpunten zijn.
Als laatste moet ik bepalen of dit ook financieel haalbaar is.
Dit eindwerk is opgebouwd uit 4 grote delen. Eerst zal u lezen hoe de
elektriciteitsproductie vandaag in België gebeurt. Hier zullen verschillende cijfers
aangehaald worden, om zo te illustreren dat het dringend tijd is voor
verandering. Als we dit allemaal duidelijk hebben geschetst, zal u een besluit
vinden van de knelpunten van deze productie. Daarna zal ik mijn idee schetsen,
zodat u een versie hebt van het voorgestelde concept. Als u weet hoe het
concept er uitziet, kunnen we verder gaan met de keuze en het technisch
bestuderen van de opwekkers, het uitwerken van een proefinstallatie, een
dimensionering van een installatie en de uiteindelijke prijsberekening.
Als we kijken naar andere onderzoeken, zien we dat bijna elke duurzame
opwekker apart werd onderzocht. Maar het geheel van duurzame opwekkers om
tot een efficiënte elektriciteitsvoorziening te komen, wordt veel te weinig
aangehaald. Met dit project geef ik mijn oplossing en mijn visie, waardoor we
duurzaam en volledig onafhankelijk kunnen zijn.
13
HET STAGE BEDRIJF
In dit hoofdstuk zal ik uitleggen in welke sector mijn
stage bedrijf “Solar Spirit” actief is, wanneer het is
opgericht, hoe het bedrijf geëvolueerd is en wat mijn
bijdrage is voor het bedrijf gedurende mijn stage
periode.
1.1 Actieve sector
In dit deel zal ik uitleggen waar mijn stage bedrijf zich dagdagelijks mee bezig
houdt. Solar Spirit is actief in alle sectoren die te maken hebben met
hernieuwbare energie en energiebesparingen voor: particulieren en bedrijven.
Solar Spirit zal ook zo snel mogelijk nieuwe technologieën op dit gebied
implementeren om zo steeds energie zuinigere en betere energetische
oplossingen te bieden aan de klanten. Voor de volgende zaken kan je bij Solar
Spirit te recht:
- Zonne-energie voor particulieren en bedrijven,
- Brandstofcellen voor particulieren en bedrijven,
- Warmte pompen voor particulieren en bedrijven,
- Natuurlijke woningbouw voor particulieren.
Voor verdere uitleg over hoe het bedrijf in de tijd geëvolueerd is, moet ik
verwijzen naar “1.4 Geschiedenis”.
1.2 Missie
De missie van Solar Spirit is de volgende:
Tijd voor een Nieuwe tijd! Want wij willen als mensen op onze aarde kunnen
blijven overleven. Daarom draait het bij Solar Spirit allemaal om een evenwicht
tussen mens en milieu. We zijn begonnen als een plaatsingsbedrijf van
zonnepanelen, maar in tien jaar zijn we uit gegroeid tot een trendsetter op het
vlak van zelfvoorzienend en duurzame energie.
Deze missie beschrijft dat Solar Spirit niet alleen bezig is met energie
besparingen voor mensen, maar ook met het milieu. Solar Spirit weet als geen
ander wat de impact is van ons verbruik op het milieu en dat er dringend iets
moet gebeuren als we willen dat onze aarde kan blijven voort bestaan. Dit is de
drijfveer voor Solar Spirit, iets betekenen voor de mensheid en voor de dag van
morgen.
1.3 Visie
De visie van Solar Spirit is de volgende:
Solar Spirit breidt de komende jaren zijn activiteiten uit met ervaren
medewerkers met de juiste spirit om mee te werken aan de creatie van een
nieuwe wereld. In deze wereld maken we gebruik van technieken en natuurlijke
materialen om onafhankelijk en zelfvoorzienend te leven. Dit op een gezonde en
efficiënte manier, in evenwicht met mens en milieu.
Figuur 1: Solar Spirit
14
Deze visie beschrijft dat Solar Spirit de komende jaren wil uitbreiden en dat ze
mee aan de nieuwe energie-efficiënte en milieu vriendelijke wereld willen
bouwen. Iedereen weet dat we op de dag van vandaag te maken hebben met
energie verspilling, wat in de toekomst kan leiden tot een energie tekort.
Vandaag de dag gebruiken we al hernieuwbare energie en energie efficiënte
bronnen, alhoewel deze nog niet optimaal gebruikt worden. Als voorbeeld
verwijs ik naar de zonnepanelen hype van een paar jaar geleden. Wat alleen
maar de dag van vandaag problemen op levert voor de netbeheerders, deze
energie die op het net wordt gezet, wordt namelijk niet allemaal optimaal
gebruikt. Dit geeft Solar Spirit de mogelijkheid om hier oplossingen voor te
zoeken, om zo tot een zo energie efficiënt mogelijke oplossing te komen.
1.4 Geschiedenis
In dit deel zal ik uitleggen wanneer Solar Spirit is opgericht en waar ze de dag
van vandaag staan.
Solar Spirit is in 2007 opgericht door de zaakvoerder Bjorn Van Haver, hij is niet
altijd zaakvoerder geweest van Solar Spirit. Vanaf 2000 tot 2007 was hij
ingenieur bij één van de eerste duurzame energie bedrijven op de Belgische
markt, hierna is hij ook tewerkgesteld geweest bij Schüco (een Duitse specialist
in zonne-energie).
In 2007 Starten Bjorn Van Haver zijn eigen zaak Solar Spirit in Waasland met 3
medewerkers, met als hoofdactiviteit het plaatsen van zonnepanelen voor
bedrijven en particulieren. Dit team bestond uit 2 plaatsingsmedewerkers, 1
projectleider/verkoper en de zaakvoerder Bjorn Van Haver.
In 2008 verhuisde heel het bedrijf naar Putte, alhoewel het filiaal in Waasland
bleef bestaan, werden de hoofdactiviteiten verhuisd naar Putte. Met deze
verhuis groeide het aantal medewerkers tot 8 en werden de activiteiten van
Solar Spirit uitgebreid tot het plaatsen van warmtepompen.
In 2009 werd de populariteit van Solar Spirit zo groot dat de zaakvoerder wel
stappen moest ondernemen, hierop reageerde hij door het plaatsingsteam uit te
breiden tot 4 ploegen, hierdoor groeide ze uit tot een bedrijf met 25
medewerkers.
Van 2009 tot de dag van vandaag is het bedrijf verder uitgegroeid tot 35
medewerkers, gedurende deze tijd zijn er ook nog een paar evoluties in het
bedrijf geweest. Deze worden in de volgende paragraven toegelicht.
Vanaf 2012 behoort het bedrijf Solar Spirit tot de Spirit Group, deze Spirit Group
is een groep die bestaat uit verschillende mensen. Iedereen is er welkom om
vragen en oplossingen aan te bieden rond duurzaam en gezond leven. Het doel
hiervan is mensen inspireren en samen brengen door te innoveren, open te
communiceren en door kwalitatieve en duurzame oplossingen aan te bieden via
Solar Spirit, RA6 (groothandel zonne-energie materiaal) en Stro Spirit
(natuurlijke woningbouw).
In 2013 is het eerste nulenergie gebouw door Stro Spirit in gebruik genomen,
met dit eerste succesvolle project rond nulenergie woningen breidt Spirit Groep
zijn activiteiten verder uit door dit ook aan te bieden aan de klanten.
15
1.5 Mijn functie
In dit deel zal ik toelichten wat mijn functie zal zijn binnen het bedrijf.
Mijn bijdrage aan het bedrijf is de studie van een beter en efficiënter
elektriciteitsnet door decentrale productie.
Vandaag de dag bestaat bijna heel het elektriciteitsnet uit centrale productie
eenheden wat heel wat problemen met zich mee brengt, deze problemen zijn
voor mensen zonder energetische kennis niet zichtbaar. Maar voor ons zijn dit
echte ergernissen hoe er energie verspild wordt, door verkeerd omspringen met
omzettingen, transport, enz.. Voor deze energie verspillingen is op het eerste
zicht geen oplossing voor.
Door decentrale productie zijn we minder afhankelijk van onze energie
leveranciers, vallen we bij eventuele pannes niet zonder elektriciteit en zijn we
voor altijd verlost van de stijgende energie prijzen. Aan de decentrale productie
van nu zijn nog wel wat aanpassingen aan vereist vooraleer we een echt
efficiënt en optimaal rendeerbaar systeem hebben.
Solar spirit heeft mij een stage opdracht aangeboden om hier een studie over te
maken en aan te duiden dat er dringend tijd is voor verandering in onze energie
samenleving. Deze studie zal aantonen dat dit technisch, maar niet financieel
haalbaar is om alles decentraal te gaan produceren.
17
ENERGIE DE DAG VAN VANDAAG
Vandaag springen we verkeerd om met energie en dit zorgt voor ernstige
problemen in onze samenleving, deze problemen hebben impact op 4
verschillende gebieden:
- het klimaat,
- dreigend energietekort,
- verspilling van energie,
- economie.
Deze 4 problemen zijn ernstig en moeten dringend aangepakt worden om een
energie efficiënter wereld te bouwen met een leefbaar klimaat voor mens en
dier. Door deze problemen staan we aan de rand van een nieuwe revolutie: de
energie revolutie.
Eerst kijken we hoe België het vandaag doet, in het taartdiagram hieronder ziet
u de elektriciteitsproductie in België in het jaar 2012. Zoals je ziet, wordt België
voor ¾ (80,3%) van elektriciteit voorzien door gascentrales en kerncentrales,
en meer dan ½ (54,1%) van onze elektriciteitsvoorziening is afhankelijk van
kerncentrales. U ziet ook dat onze elektriciteitsproductie uit hernieuwbare
bronnen zo’n 13% bedraagt van onze totale productie.
Figuur 2: Elektriciteitsproductie België 2012
U ziet dat het dringend tijd is voor verandering, omdat België vandaag de dag
hoofdzakelijk gebruik maakt van 1 van de slechtste (schadelijkst voor het
milieu) elektriciteitsopwekkingvormen die er zijn: kernenergie. En met de
dreigende sluiting van deze centrales is het tijd voor verandering, om in de
toekomst niet in elektriciteitsnood te komen.
54%
26%
6%
7%
3% 2% 1% 1%
Elektriciteitsproductie België 2012
nucleair
gas
Steenkool
Biomassa
Wind
hydro
zon
olie
18
Als we gaan kijken op de grafiek hieronder zie de evolutie van de hernieuwbare
energiebronnen in België.
Figuur 3: Evolutie hernieuwbare energiebronnen België
Hier zien we dat er de laatste jaren vooral wordt geïnvesteerd in zon- en
windenergie, dit omdat zonne-energie heel sterk gesubsidieerd werd door de
overheid. Door de bouw aan het windmolenpark aan de haven van ZeeBrugge
dat in 2007 van start ging, hierdoor komen er elk jaar meer en meer
windmolens die in bedrijf zijn. Als we zien, blijft deze stijging sterk toenemen,
de stijging van de zonnepanelen neemt nog sterker toe. Dit omwille van de
sterke subsidiëring van de overheid voor particulieren. Verder zien we dat Hydro
energie ± hetzelfde blijft en dat biomassa slechts een sterke toename kreeg in
2007, dit omwille van dat het een nieuwe technologie is en veel boeren deze
manier van produceren zeer efficiënt vonden voor hun mest-verwerking.
Als we gaan kijken naar centrale of decentrale productie zien we dat volgende
elektriciteitsproductievormen vooral decentrale productie-eenheden zijn: zon,
biomassa en andere bronnen. Dit betekend dat bijna 12% van ons
elektriciteitsverbruik word opgewekt door decentrale productie-eenheden en
88% door centrale productie-eenheden. Op de volgende pagina zie je een taart-
diagram met een duidelijke verdeling tussen centrale en decentrale productie-
eenheden van 2012.
19
Figuur 4: Decentrale en centrale elektriciteitsproductie België 2012
Uit deze grafiek blijkt dat we sterk afhankelijk zijn van “grote”
elektriciteitscentrales van de maatschappijen. Dit brengt enkele nadelen met
zich mee:
- je bent afhankelijk van elektriciteitspannes,
- je weet niet waar je elektriciteit vandaan komt (of je nu daadwerkelijk
“groene” stroom gebruikt of niet),
- het net wordt vervuild door andere gebruikers,
- door het vervuild net kunnen elektrische toestellen sneller stuk gaan of
problemen ondervinden.
2.1 Impact op het klimaat
Door onze methode van elektriciteitsproductie die vandaag wordt gebruikt, zijn
er ernstige risico’s voor de fauna en flora over de hele wereld. Deze impact op
ons milieu is zelfs zo erg aan het worden dat het moeilijker en moeilijker voor
de mens wordt om hierin te overleven. De manier waarop ze impact hebben
zijn, onder te verdelen in 3 grote punten:
- CO2-uitstoot door centrales,
- Waterdampuitstoot door centralens,
- Andere milieu-vervuilingen bv. kernafval
2.1.1 CO2-uitstoot
Broeikasgassen zijn schadelijk voor het milieu en voor de aarde. In het eerste
stuk wordt gesproken over de CO2-uitstoot en in het tweede stuk wordt er
gepraat over de waterdamp, omdat deze 2 de belangrijkste broeikasgassen zijn
die onze centralens uitstoten.
CO2 is een natuurlijk gas dat in de natuur vrijkomt, deze gassen worden door
planten met behulp van fotosynthese omgezet in zuurstof. Deze gassen komen
vrij wanneer er een verbranding plaatsvindt van een koolstofhoudende stof,
wanneer wij als mens uitademen, enz.… Het probleem van vandaag is dat we
teveel CO2 de atmosfeer insturen, waardoor de planten dit niet meer krijgen
verwerkt waardoor er steeds meer CO2 in onze atmosfeer terecht komt.
12%
88%
Decentrale en centrale elektriciteitsopwekking België 2012
Decentraal
Centraal
20
CO2 vormt dus geen rechtstreeks gevaar voor de mens en voor ons milieu. Wat
is het probleem dan wel? Het grote probleem bevindt zich in de eigenschap van
dit soort gas, CO2 heeft namelijk de eigenschap van warmtestralingen (van de
zon, de aarde) goed te absorberen. Dit is deels wenselijk, anders zou de
gemiddelde temperatuur op de aarde steeds onder het vriespunt liggen. Maar
als de CO2 concentratie op de aarde te groot word, warmt de aarde steeds
verder en verder op met allerlei gevolgen van dien.
Enkele gevolgen van de CO2-uitstoot die zijn vastgesteld in 2007:
- de laatste 11 jaren waren de warmste sinds 1850,
- de afgelopen eeuw is de temperatuur van de aarde met 0,76 °C
toegenomen,
- 80% van de toegenomen warmte is geabsorbeerd door de oceanen,
- de zeespiegel is in de 20ste eeuw 17 cm gestegen,
- volgende eeuw zal de zeespiegel van 18 tot 59 cm stijgen,
- stijging van de zeespiegel kan nog verder toenemen door het smelten
van ijskappen,
- de CO2-concentratie is de hoogste in 650.000 jaar,
- CO2-concentratie is met 35% toegenomen ten opzichte van 1750.
Uit recenter onderzoek blijkt dat er een reductie van 50% CO2-uitstoot nodig is
om de komende 100 jaar onze temperatuur groei van de aarde te beperken tot
2 à 2,4 °C.
Wat heeft dit te maken met energie productie hoor ik jullie al vragen, energie
productie is verantwoordelijk voor 37 % van al de CO2-uitstoot over heel de
wereld. Hieronder zie je een taartdiagram met de verdelingen van de CO2-
uitstoot over heel de wereld.
Figuur 5: CO2-uitstoot in de wereld
2.1.2 Waterdampuitstoot door centrales
Ik hoor jullie al denken: Hoe kan waterdamp nu schadelijk zijn? Het is toch
maar water, desondanks is dit het voornaamste broeikasgas op de aarde (goed
voor 2/3 van de totale broeikasgassen). Het is bijna hetzelfde als CO2. De damp
is niet giftig maar het zijn de eigenschappen van de waterdamp die schadelijk
zijn voor ons milieu.
Hoe komt deze waterdamp er? Dit is eigenlijk een oorzaak van de andere
broeikasgassen, deze zorgen immers voor de opwarming van de aarde. Door
deze intensere opwarming verdampt er meer water, waardoor het broeikaseffect
21
van de andere gassen alleen maar wordt versterkt. Met andere woorden telkens
als het warmer wordt, wordt er meer water verdampt en gaat het effect sneller
verlopen.
2.1.3 Andere milieu vervuilingen
Dit deel zal hoofdzakelijk gaan over de andere vervuilingen die
centrales kunnen te weeg brengen, ik denk dan hoofdzakelijk
aan kerncentrales die geen CO2-uitstoot hebben maar wel
nog een ander heel groot nadeel: kernafval.
Hier zijn er 2 grote gevaren:
- kernramp in 1 van onze centrales,
- kernafval verwerken of opslagen.
Als eerste gaan we even terug in de tijd naar de kernrampen van Tsjernobyl en
Fukushima, deze rampen waren gigantisch en doen overal een belletje rinkelen.
Deze rampen zijn er gekomen omdat er een verkeerde meltdown was
veroorzaakt waardoor ze de overschot aan warmte niet meer kregen
weggevoerd. Met als gevolg: een straal van 30 km rond de kerncentrale is
vandaag nog steeds onbewoonbaar, en tot hier toe zijn er al 3100 mensen
omgekomen door de kernramp.
In België zijn we zeer afhankelijk van kernenergie (voor 53,6%) We hebben in
totaal 7 kernreactoren: 4 in Doel en 3 in Tihange. Kan u voorstellen dat 1 van
deze 2 locaties of beide zouden ontploffen, dit zou een catastrofe zijn voor ons
land. We zijn namelijk al niet een van de grootste landen en als we dan nog een
bewoonbare oppervlakte van elk 2800 km² moeten afgeven, dit zou betekenen
dat we nog een oppervlakte van 27 000 km² hebben. Dit betekent dat wanneer
er een kerncentrale ontploft, België 1/10 van zijn grondgebied verliest waarop
geleefd kan worden. Verder zou onze economische draaischijf (de haven van
Antwerpen) volledig weggevaagd zijn, wat ons land ten onder zou brengen.
Hieronder ziet u een voorstelling van hoeveel oppervlakte we zouden verliezen
als er een kerncentrale zou ontploffen.
Figuur 7: Ontploffing kerncentrales
De rode gebieden zijn dan nog enkel de gevaren voor kerncentrales in ons land,
aan de grenzen van onze buurlanden (Frankrijk, Nederland en Duitsland) staan
namelijk ook 2 van zulke centrales. Als deze ooit zouden ontploffen, zou dit ook
verlies aan bewoonbaar gebied voor België betekenen. De groene gebieden zijn
de situaties als er één kerncentrale ontploft in een van onze buurlanden. Als
laatste hebben we nog de proefcentra voor kernenergie, hier zijn er 2 in België.
Figuur 6: Kernafval
22
Zij zouden een minder zware impact hebben dan bij de kerncentrales.
Desondanks betekend dit toch een verlies aan bewoonbare oppervlakte. Dit zijn
de gele gebieden.
Als 2de grote gevaar hebben we het kernafval dat verwerkt of opgeslagen moet
worden. Kerncentrales zijn hier belangrijke bronnen van omdat men met
gebruikt splijtstof niets meer mee is wordt dit beschouwd als afval. Kernafval uit
kerncentrales wordt beschouwd als zeer radioactief afval en kernafval uit
bijvoorbeeld ziekenhuizen wordt beschouwd als licht radioactief afval.
In het verleden werd kernafval gedumpt, dit mag gelukkig niet meer omdat men
hier internationale regels heeft uitgebouwd. Vandaag is er al een soort
alternatief voor opslag en verwerking, deze opslagmethodes zijn zeker niet
ideaal maar zijn tussentijdse oplossingen in afwachting van een daadwerkelijke
oplossing. Men doet het volgende: het afval wordt opgeslagen in een tijdelijke
opslag tot er een permanente opslag mogelijk is. Het afval bewerken tot het niet
meer schadelijk is, is dus nog niet mogelijk met de techniek die voorhanden is.
2.2 Dreigend energie te kort
De beschikbare elektriciteit in de wereld wordt dag na dag kleiner en kleiner dit
is het gevolg van het uitsterven van fossielenbrandstoffen, de evolutie van
andere volkeren, het kyoto protocol en niet te vergeten de dreigende sluiting
van de kerncentrales in België.
De oplossing die vele politici voor handen hadden, was import. Dit is in de
toekomst ook niet mogelijk omdat onze lijnen zo goed als verzadigd zijn.
Kortom er moet meer productie in België komen, om iedereen in België van
elektriciteit te voorzien.
Eerst gaan we eens een kijkje nemen in België hoeveel energie we produceren,
hoeveel we netto importeren (netto import = import – export). Hieronder zie je
in een staafdiagram hoeveel elektriciteit België moet importeren en hoeveel
België zelf produceerde door de jaren heen.
Figuur 8: Evolutie netto import en eigenproductie België
-20
0
20
40
60
80
100
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Evolutie netto import en eigenproductie België (in TWh)
Netto import
Eigenproductie
23
Zoals we zien, was België tot in 2009 bezig om het netto import aandeel te
verminderen, daarna is dit terug gestegen. Waarom?
In België staan hoofdzakelijk gascentrales, de gasprijzen waren in 2010 en 2011
hoger dan de steenkoolprijzen. De oplossing die de overheid voor handen had,
was elektriciteit importeren van landen met steenkoolcentrales om zo onze
elektriciteitsprijzen te laten dalen.
Verder zien we dat we minder elektriciteit importeren dan exporteren in 2009,
dit omwille van de crisis die er heerste in ons land (waardoor er minder vraag
was naar elektriciteit) en het opkomen van de trend van de zonnepanelen.
In 2012 zien we dan weer een spectaculaire stijging van de import van onze
elektriciteit, dit omwille van het stilleggen van Doel 3 en Tihange 2. Deze zijn
vorige zomer stilgelegd, omdat er scheurtjes in de reactorwanden aanwezig
waren. Uit deze cijfers blijkt dat er dringend veranderingen moeten gebeuren
om een volledige kernuitstap in 2025 mogelijk te maken.
Als laatste ziet u hieronder een grafiek van het aandeel dat wij netto importeren
van ons totaal verbruik door de jaren heen, dit schets een duidelijker beeld van
de situatie in België.
Figuur 9: Evolutie netto import België
Nu ik heb besproken hoe het energietekort in België er uitziet, ga ik verder met
volgende punten en hun effect op onze elektriciteitsproductie: Evolutie in
ontwikkelingslanden, het kyoto-protocol en de sluiting van de kerncentrales.
2.2.1 Evolutie in ontwikkelingslanden
Ontwikkelingslanden zijn ook aan het evolueren en dit brengt met zich mee dat
deze landen elektriciteit gaan gebruiken of meer elektriciteit gaan gebruiken als
voordien. Een studie heeft uitgewezen dat ontwikkelingslanden tegen 2030
meer dan de helft van de wereldvraag naar energie op zich nemen. Met andere
woorden: er is nu al een schaarste aan primaire brandstoffen en deze zal er niet
beter op worden.
Vandaag is er een planning om 1200 steenkoolcentrales te bouwen in 59
ontwikkelingslanden (onder andere arme gebieden in China en India). Energie is
namelijk een noodzaak om mensen uit de armoede te halen en ze een betere
levenskwaliteit te geven. Deze ontwikkelingslanden geven vaak de voorkeur aan
de goedkoopste oplossingen omdat zij niet de technologie noch het geld hebben
om voor hernieuwbare bronnen te kiezen. Één van de goedkoopste oplossingen
-5,00%
0,00%
5,00%
10,00%
15,00%
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Evolutie netto import België
Netto import
24
is hierbij steenkool omdat steenkool in deze landen zelf voorhanden is en niet
dient geïmporteerd te worden.
2.2.2 Kyoto protocol
Het kyoto protocol is genoemd naar de Japanse stad waar deze
voor het eerst werd opgesteld in 1997 en regelt de vermindering
van uitstoot van broeikasgassen, door intern beleid en maatregelen
(bv isolatienormen voor huizen, productie van groene stroom). Dit
protocol valt onder het klimaatverdrag en bevat 170 deelnemende
landen (waaronder België) die het verdrag op 29 april 1998
ondertekenden. Het verdrag werd pas van toepassing nadat
55 deelnemende landen die goed waren voor 55 % van de
globale CO2-uitstoot het verdrag hadden ondertekend.
Het laatste verdrag is in 2012 opgesteld en is “Kyoto II” genoemd, dit verdrag
zal vanaf 2013 van toepassing zijn. Dit is bindend voor volgende gebieden:
Europese Unie, Australië en tientallen andere industrielanden, deze zijn goed
voor een globale CO2-uitstoot van 15%. De grote vervuilers zoals Japan,
Verenigde Staten en Canada stappen niet mee in dit akkoord. Een klimaat-
verdrag dat alle landen bindt zal er wellicht na 2020 komen. Dit akkoord legt
vast dat de Europese Unie 20% minder CO2 moet uitstoten ten opzichte van
1990.
“kyoto II” wordt voor Europa ook het 20-20-20 plan genoemd, dit omwille van
de 3 doelstellingen die Europa dient te behalen:
- CO2- uitstoot met 20% verminderen,
- het energie verbruik met 20% verminderen,
- de opwekking door hernieuwbare energie van 20% van onze totale
elektriciteitsproductie.
Desondanks deze eisen wil Europa proberen om zijn CO2-uitstoot te reduceren
tot 30%.
2.2.3 Sluiting kerncentrales
Als laatste en belangrijkste punt voor ons land komen we bij de
dreigende sluiting van de kerncentrales in ons land voor 2025.
Als we gaan kijken in één van de voorafgaande hoofdstukken
zien we dat België voor 53,6% afhankelijk is van kernenergie
voor elektriciteitsproductie. Aangezien tegen 2025 alle
kerncentrales moeten sluiten, is de tijd aangebroken voor
ernstige aanpassingen in onze elektriciteitsinfrastructuur om aan
onze elektriciteitsvraag te blijven voldoen.
De laatste conclusie is er gekomen in 2012, die zegt dat er toch een sluiting
vereist is van de 2 oudste kerncentrales in België: Doel 1 en Doel 2. Deze
zouden volgens de recente data sluiten in 2015. De overige centrales zouden in
2025 in aanraking komen met een sluiting.
De vraag die we ons moeten stellen is:
Waar gaan we deze energie vandaan halen als we deze energievraag willen
opvullen met hernieuwbare technologieën?
We weten dat al onze kerncentrales zorgen voor een elektrische vermogen van
5.824 MW. Hieronder zijn enkele vergelijkingen opgesteld hoe we deze
energievraag zouden kunnen invullen:
- Een oppervlakte van ongeveer 355 km² zonnepanelen,
Figuur 10: Logo kyoto protocol
Figuur 11: Kerncentrale
25
- Een plaatsing van ongeveer 9135 windmolen op een oppervlakte van
ongeveer 1720 km².
Zoals u ziet, zijn dit voorstellen om een centrale productie-eenheden te maken,
dit is niet haalbaar om alles op centrale plaatsen te zetten. Evenals zijn deze
productie-eenheden afhankelijk van de zonnestraling en de wind. Bij deze
productie-eenheden is het dus niet mogelijk om een constant vermogen van
elektriciteit te leveren op elk moment. De oplossing hiervoor is decentrale
productie, verder in dit eindwerk zal u een alternatief vinden van deze
decentrale productie dat ik heb uitgewerkt. Zo hopen we niet in energienood te
komen bij de sluiting van de kerncentrales in 2025.
2.3 Efficiënt omgaan met energie
Vandaag wordt er overal energie verspild of niet optimaal gebruikt, aan
sommige problemen kan de mens niets rechtstreeks doen maar aan andere
problemen zijn er wel aanpassingen mogelijk. De mens kan bijvoorbeeld niet
helpen hoe ze dagelijks met energie omgaan. We doen het al eeuwen zo, onze
grootouders, die hun ouders en die daarvoor zelfs ook al. Desondanks ons
gebruikspatroon zijn er nog heel wat problemen op ons elektriciteitsnet die op
het eerste zicht niet rechtstreeks opgelost kunnen worden, tenzij we onze
elektriciteitsproductie en transmissie drastisch veranderen. Volgende problemen
zijn vandaag de dag aanwezig op onze elektriciteitsnetten:
- betere opslag van overtollige energie,
- transmissie,
- decentrale systemen.
Deze problemen worden besproken in dit deel.
2.3.1 Betere opslag van overtollige energie
Ons elektriciteitsnet is vandaag de dag niet goed voorzien voor de opslag van
overtollige elektriciteit Ons net is voorzien om elektriciteit te transporteren en
niet om elektriciteit op te slagen. Dit zou in de toekomst moeten veranderen.
We kunnen bijvoorbeeld de overtollige elektriciteit van zonnepanelen (die we in
de dag niet gebruiken) stockeren om deze s’nachts te gebruiken.
Vergis u niet dat enkel de elektriciteitsmaatschappijen hier hun steentje moeten
bijdragen, de grootste steen kan door ons gelegd worden. Als iedereen in huis
een intelligent systeem zou gebruiken die de overtollige energie opslaagt en
deze in dal momenten terug gebruikt. Hierdoor zouden we veel efficiënter
gebruik maken van onze elektriciteit en zouden we bijna volledig afhankelijk zijn
van elektriciteitsmaatschappijen.
26
2.3.2 Transmissie
Één van de grootste verliezen van vandaag zijn nog altijd de transmissie
verliezen. Wist je dat over een hoogspanningslijn van 1 km, er een verlies van 1
kW is. Aan deze verliezen is weinig te verhelpen met de structuur zoals ze er
vandaag uitziet, als we deze verliezen willen aanpakken moeten we heel de
infrastructuur van vandaag aanpakken wat een immense taak is. Op de
volgende pagina zie je een afbeelding van de situatie van hoe die nu is.
Figuur 12: Transmissie hoe nu?
De verliezen zijn nog maar een deel van de problemen, ons net heeft dringend
een aanpassing nodig om onze verbruiksbehoefte te kunnen behouden. De
verbruiksbehoeften van België wordt namelijk elk jaar maar groter en groter,
waardoor er meer productie-eenheden moeten komen. Dit klinkt makkelijk, we
bouwen gewoon een paar centrales bij en het is opgelost. Maar zo eenvoudig is
het niet, als we meer willen produceren moeten we zien dat ons net dit ook kan
houden.
Dit is vandaag het grootste probleem voor België. Zo zijn er vandaag al tal van
problemen aan de Belgische kust, daar moeten grote installaties zonnepanelen
van het net gekoppeld worden als het windmolen park te veel elektriciteit
opwekt. Waarom moeten de zonnepanelen afgekoppeld worden en niet de
windmolens?
Omdat de windmolens er eerst stonden en dus meer recht hebben. Dit zorgt
voor een groot probleem in België, we kunnen namelijk niet onze volle capaciteit
aan elektriciteitproductie gebruiken die we hebben.
2.3.3 Decentrale systemen
Vandaag zijn decentrale systemen de toekomst. Dergelijke systemen die op de
markt zijn, zijn al een goede stap naar een groenere toekomst en een beter
leefmilieu. Alleen zijn deze systemen nog niet perfect en dienen er nog wel wat
aanpassingen aan te gebeuren vooraleer deze systemen echt efficiënt zijn.
De systemen van vandaag werken met het net als buffervat. In het verleden is
gebleken dat dit niet zo’n goede oplossing is en dit tot overlast kan leiden van
ons bestaand net.
De systemen die echt van belang zijn, zijn hernieuwbare systemen die efficiënt
gebruik maken van de energie die ze opwekken. Hier bedoel ik mee dat ze niet
steeds elektriciteit op het net dienen te leveren als het niet nodig is, men moet
27
een mogelijkheid hebben om deze energie op te slagen en te gebruiken wanneer
het wel nodig is. Via deze methode hoopt men een beter gebruik, overzicht en
controle te krijgen over de energie die deze hernieuwbare bronnen opwekken.
2.4 Economie
Ik hoor je al denken: Wat heeft dit met de Belgische economie te maken?
Desondanks deelt onze elektriciteitsverdeling en -productie zware klappen uit
aan bedrijven die hier in België actief zijn.
Hoe komt dit?
Ons land zit met een ernstig energietekort. Vanaf 2009 zijn er veel centrales
(gas en steenkool) gesloten omdat deze te oud werden. Hierdoor is ons land in
plaats van exporteur importeur geworden.
Op zich is dit geen probleem, maar waar situeert zich het probleem dan wel?
Dit situeert zich in onze verbindingen met onze buurlanden. Zoals u hieronder
ziet, zijn er hier 4 beschikbaar.
Het eerste probleem is dat we geen rechtstreekse verbinding hebben met
landen die een grote hoeveelheid elektriciteit produceren om te exporteren,
bijvoorbeeld Duitsland. Als ons land elektriciteit wil importeren vanuit Duitsland
zijn er 2 mogelijke wegen, via Nederland of via Luxemburg.
Figuur 13: Import wegen
Het tweede probleem schuilt is dat onze importnetten zo goed als verzadigd zijn
en dus op hun volle vermogen gebruikt worden. Met als resultaat dat bedrijven
op piekmomenten schandalig hoge prijzen moeten betalen voor energie dat ons
land extra moet importeren.
Als voorbeeld ga ik een paar cijfers gebruiken uit de panorama reportage: Watt
een kluwen, hier kwamen volgende cijfers van de belpex markt uit:
- In de dal uren constateerde men een energieprijs van rond de 35 euro
per Mwh,
- Rond 8 uur s’morgens ( rond de piekmomenten) stijgt de energieprijs
naar 80 euro per Mwh,
- Rond de middag stijgt deze energieprijs verder tot een 100 euro per
Mwh,
- Rond 6 uur s’avonds stijgt deze energieprijs naar 850 euro per Mwh.
28
Hoe komt deze stijging er?
Tot s’middags kan België de tekorten opvangen door energie uit het buitenland
in te voeren. Rond 6 uur s’avonds zijn deze lijnen verzadigd en kunnen deze
lijnen geen extra energie meer transporteren. De enige oplossing die dan nog
voorhanden is, is om piekcentrales aan teleggen. Deze piekcentrales zijn zeer
duur op basis van energiekost, waardoor de prijs hier spectaculair omhoog gaat.
Door deze dure energieprijzen wordt het voor een bedrijf duurder en duurder
om een product te maken, waardoor deze bedrijven niet meer kunnen
concurreren met andere bedrijven die zich in landen bevinden met lage
energieprijzen. Als deze bedrijven in de toekomst willen verder blijven bestaan
(en kunnen concurreren met bedrijven uit lage energie prijzen) zijn ze
genoodzaakt om België te verlaten.
29
WAT JE ZELF DOET, DOE JE BETER
Zoals ik in vorig hoofdstuk heb vermeld, is de elektriciteitsproductie van
vandaag zeker niet optimaal en zijn er dringend aanpassingen nodig. We
kunnen de tijd niet terug draaien, maar we kunnen wel proberen om terug een
optimaal leefbaar klimaat op te bouwen voor mens en dier. Vandaag de dag zijn
er al dergelijke milieu “vriendelijke” installaties, maar met deze installaties
wordt niet goed omgesprongen. Waardoor de energie die deze installaties
opbrengen, niet optimaal gebruikt wordt. In dit hoofdstuk wordt mijn idee in
grote lijnen geschetst. Voor een gedetailleerde beschrijving van alles verwijs ik
naar het volgende hoofdstuk “Hoe pakken we dit aan?”.
De problemen die onze elektriciteitsmaatschappij van vandaag meebrengt zijn
de volgende:
- productietekort, de laatste jaren is onze import van elektriciteit als maar
gestegen en vorige zomer is gebleken dat we niet zonder onze
kerncentrales kunnen;
- duurdere elektriciteit dan in andere landen, wij moeten deze elektriciteit
namelijk importeren van onze buurlanden;
- veel verlies in zowel omzetting van energie- vormen, als in de
transmissie er van;
- de elektriciteitscentrale eenheden hebben vandaag de dag een veel te
laag rendement (in België is het rendement van de nucleaire centrales
die voortdurend draaien 33%);
- te afhankelijk van “grote” milieu onvriendelijke centrales, de
maatschappijen hebben te veel macht. Dit moet veranderen, de mens
moet meer centraal gaan staan en de macht in eigen handen nemen;
- de centrales die vandaag in België worden gebruikt zijn zeer milieu
vervuilend, maken het moeilijker om mens en dier te laten samenleven;
- Overschotten worden vandaag geëxporteerd naar het buitenland, dit is
volgens ons niet de juiste oplossing. Moeten nuttige gebruikt worden,
met andere woorden vraag en aanbod moet beter afgestemd worden op
elkaar en als er dan toch overschotten zijn, moeten deze binnen onze
landgrenzen kunnen opgeslagen worden;
- Decentrale systemen worden niet optimaal gebruikt waardoor er wel
hernieuwbare energie wordt aangewend, maar hier wordt nog niet alles
optimaal gebruikt.
Voor een gedetailleerde beschrijving van deze problemen, verwijs ik naar het
hoofdstuk “Energie de dag van vandaag”.
3.1 Hoe dan wel ?
Om onze elektriciteitsproductie effecienter, milieuveriendelijker en goedkoper te
maken, moeten volgende stappen doorlopen worden en bekeken worden:
- zijn “grote” elektriciteitscentrales wel daadwerkelijk nodig?,
- kan over- en onderproductie vermeden worden?,
- moet er wel op landelijke schaal gewerkt worden?
In de volgende stukken zal dit bekeken worden of dit echt broodnodig is. Als dit
niet broodnodig is, wordt er ook nog uitgelegd waarom al dan niet.
30
3.1.1 Weg van “grote” elektriciteitscentrales
Zijn deze “grote” elektriciteitscentrales wel daadwerkelijk nodig? Dat is de vraag
die ik mij stel. Deze elektriciteitsproductie is de ruggengraat van heel onze
elektriciteitsmaatschappij van vandaag. In het verleden is gebleken dat dit toch
niet de efficiëntste manier is om dit te doen.
De vraag die we daarna dienen te stellen is de volgende: zijn er voldoende
technologieën om deze maatschappij voorgoed te veranderen?
Er zijn voldoende technologieën aanwezig om deze elektriciteitsproductie op te
vangen. De productie zelf zal wel compleet veranderen omdat we van centrale
productie gaan overstappen naar decentrale productie. Hier gaan natuurlijk
zowel infrastructurele als politieke aanpassingen moeten gebeuren in onze
samenleving.
Is het haalbaar?
Aan de hand van studie is het zeker mogelijk, maar dat we op kleinere schaal
moeten werken in plaats van landelijke schaal is een feit. Als we toch blijven
werken op landelijke schalen blijven we steeds in hetzelfde schuitje zitten. We
hebben namelijk dan nog bijna al de nadelige punten van centrale productie
(verliezen, minder controle, enz.). Verder zal deze overschakeling er niet komen
op 1,2,3 maar zal dit enige tijd duren voor heel België werkt op dit systeem. Ik
zelf denk over een tijdspanne van 20 tot 30 jaar als we nu beginnen met
aanpassingen.
De grote vraag is niet of het haalbaar is, maar of het aanvaard wordt door zowel
de samenleving, als de overheid, als de elektriciteitsproducenten. Persoonlijk
denk ik dat de samenleving er direct mee gaat instemmen, omdat iedereen de
voordurend stijgende energieprijzen meer dan beu is.
Voor de verdere uitleg van hoe we dit gaan doen, verwijs ik naar “Hoe pakken
we dit aan?”.
3.1.2 Vraag en aanbod op elkaar afstemmen
Vandaag is een groot probleem in onze energiemaatschappij, hoe we aanbod en
productie zo goed mogelijk op elkaar kunnen afstemmen. Vandaag worden er
steeds ruwe schattingen gemaakt hoeveel elektriciteit we vandaag zullen
verbruiken en wanneer de pieken zullen plaats vinden. Dit zorgt voordurend
voor problemen. Zo hebben we bijvoorbeeld veel last van
spanningschommelingen en netschommelingen, wat extreme gevolgen kan
hebben voor bepaalde elektrische toestellen.
Hier zijn er 2 mogelijkheden: ofwel gaan we onze productie afstemmen op ons
verbruik. Anders kunnen we ook ons verbruik gaan afstemmen op onze
productie. Ik heb beslist om voor het eerste te kiezen om zo maximaal comfort
te kunnen benaderen.
In de toekomst zouden we betere afstemmingen kunnen gebruiken door gebruik
te maken van “kleinere en compactere” productie-eenheden. Deze productie-
eenheden zijn veel eenvoudiger te regelen en veel eenvoudiger aan en uit te
zetten dan grotere productie eenheden. Hierdoor is er een betere productie
mogelijk naargelang de vraag.
3.1.3 Op kleinere schaal werken
Zoals ik al deels heb laten horen in de vorige stukken, kan een groot deel van
onze problemen opgelost worden door kleinere productie-eenheden te
gebruiken.
31
Door gebruik te maken van kleinere productie-eenheden hebben we volgende
voordelen t.o.v. grote productie eenheden:
- snellere opstarttijden,
- minder CO2-uitstoot,
- beter regelbare eenheden.
Als we gaan kijken, moeten we eerst zien op welke schaal het haalbaar is en
uiteraard betaalbaar is. Zoals we weten wordt de productie van elektriciteit
vandaag landelijk bekeken en zelfs buiten de grenzen. Nu is gebleken dat dit
niet echt een goede manier is om volgende redenen:
- vraag en aanbod is moeilijk af te stellen,
- elektriciteitsmaatschappijen willen zoveel mogelijk geld verdienen,
- de prijzen blijven duur en continue stijgen,
- er worden lage rendementen behaald,
- er worden immens grote transmissieverliezen behaald.
Op welke schaal dan wel? Dat is de grote vraag. Landelijk gaat het niet meer en
op huiselijk niveau komt een heel autonoom systeem veel te duur uit voor
iemand uit de middenklasse. Bovendien zou men meer energie produceren dan
men zelf nodig heeft. Voor het idee dat ik graag zou uitvoeren verwijs ik naar
het volgende hoofdstuk “3.2 In groep”
3.2 In groep
Het idee dat ik voor ogen heb, is dat u een volledig autonoom systeem aankoopt
samen met een paar gezinnen die in uw nabijheid wonen (bv buren). Deze
gezinnen maken dan gebruik van dit systeem. Door het in groep te gebruiken,
wordt het systeem per gezin goedkoper en maakt men bovendien een socialere
groep mensen die meer met elkaar omgaan. Hieronder ziet u een afbeelding van
het idee dat ik voor ogen heb.
Figuur 14: Principe tekening autonoom systeem
32
Zoals u op de vorige pagina ziet, zal de basis van dit systeem werken op twee
opwekkers: de Bluegen (Brandstofcel) en de zonnepanelen. Dit vormt enkel de
basis. Hier zullen met andere woorden nog wel wat andere dingen moeten
voorzien worden om echt volledig “off-grid” te kunnen gaan.
De basiswerking van het systeem zal als volgt werken. Iemand in de buurt of
uzelf koopt of de Bluegen of de zonnepanelen aan en laat deze plaatsen. Nu heb
je of een opwekker die de baseload kan opvangen en ingeschakeld kan worden
in noodsituaties (Bluegen) of je hebt een opwekker die de pieken kan dekken
(zonnepanelen en batterijen). Het idee is dus om meerdere huizen aan elkaar te
koppelen die elk verschillende opwekkers gebruiken om zo een “off-grid” te
creëren met een groep huizen.
Het gevaar dat hierin schuilt, is dat de ene persoon meer elektriciteit verbruikt
dan de andere. Dit kan leiden tot conflicten met de buren. Daarom heb ik er
voor gekozen om met slimme meters te werken. Zodat er toch een manier van
controle is voor de mensen “dat ze zeker zijn dat hij niet met te veel elektriciteit
gaat lopen”. Iedereen krijgt één meter bij hun thuis, waarbij je op kan zien
hoeveel elektriciteit je geproduceerd hebt en hoeveel je verbruikt heb van de
andere. Naar gelang deze metingen krijg je op jaarbasis een bedrag van de
buren die uw elektriciteit verbruikt hebben, maar u zal ook moeten betalen voor
de elektriciteit die u verbruikt hebt van de buren.
Dit is enkel een ruwe schets van het idee dat ik voor ogen heb. Voor een
gedetailleerde beschrijving verwijs ik naar het hoofdstuk “Hoe pakken we dit
aan?”.
3.3 Principiële werking
Nu we hebben gesproken over hoe het er uit zal zien, gaan we nu over tot de
principiële werking tussen de verschillende opwekkers. Hier zal in grote lijnen
uitgelegd worden hoe alles werkt. Voor een gedetailleerde werking verwijs ik
naar “Hoe pakken we dit aan?”
Figuur 15: Principe werking
Zoals je kan zien op de principe tekening wordt alles vanuit het back-up
systeem geregeld. Het back-up systeem is met andere woorden het “hart” van
33
het systeem. Er is een vorm van communicatie nodig tussen de verschillende
opwekkers, om te weten hoeveel deze produceren.
Ten eerste is het belangrijk om te weten dat de Bluegen regelbaar is van 30 tot
100 %, De Bluegen heeft dus een minimum uitgangsvermogen van 30 % van
zijn nominaal vermogen. Met dit minimum uitgangsvermogen kunnen we de
baseload opvangen voor twee woningen. De situatie die zich hier voordoet, is
hieronder afgebeeld.
Figuur 16: Principe tekening 1
De baseload van de twee woningen is nu opgevuld door de Bleugen. Als we hier
een kijkje nemen naar het doorsnee verbruiksprofiel van een woning zien we
dat de baseload vooral heerst op momenten wanneer er geen of weinig zon is
(bv. s’nachts). Hieronder zie je een afbeelding van het verbruiksprofiel van een
doorsnee woning i.v.m. de zonneopbrengst. Dit is enkel een voorbeeld om de
werking uit te leggen. Het echte verbruiksprofiel waar ik mij op gebaseerd heb,
vindt u in het deel “Verbruiksprofiel”.
Opgelet: dit verbruiksprofiel is van één woning. Hier heb ik mij dan ook verder
op gebaseerd bij het uitleggen van deze principiële werking. Hiermee bedoel ik
dat alle waardes die hier gebruikt worden in realiteit twee keer zo groot zijn,
omdat we in de realiteit te maken hebben met twee woningen.
Figuur 17: Verbruiksprofiel i.v.m. zonneopbrengst + aandeel Bluegen
34
Op de afbeelding op de vorige pagina ziet u dat de Bluegen de baseload kan
opvangen (rood gebied). Desondanks zien we dat er nog pieken aanwezig zijn,
die buiten de zonneopbrengst vallen. Deze tekorten gaan we opvullen door
batterijen te gebruiken die kunnen opgeladen worden door de zon. Hierdoor
krijgen we volgende situatie die hieronder is afgebeeld.
Figuur 18: Principe tekening 2
Na deze stappen weten we hoe we ons verbruiksprofiel volledig kunnen opvullen
op momenten wanneer de zon niet schijnt. Nu hebben we natuurlijk ook nog de
momenten wanneer de zon wel schijnt (grijs gebied in vorige grafiek). Op dit
moment worden de batterijen losgekoppeld van het systeem en gaat de
zonnepaneleninstallatie dit voor zijn rekening nemen. De
zonnepaneleninstallatie gaat alle pieken die zich in dat gebied bevinden voor zijn
rekening nemen. Hierdoor krijgen we volgende afgebeelde situatie.
Figuur 19: Principe tekening 3
35
Wanneer vorige situatie tot stand is gekomen, is er meestal een
elektriciteitsoverschot in de productie van de zonnepanelen. Op dit moment
worden de batterijen terug aan het systeem gekoppeld, waardoor ze opladen.
Als deze batterijen volledig zijn opgeladen, hebben deze genoeg elektriciteit
voor de pieken op te vangen, die zich buiten de opwekkingscurve van de
zonnepanelen bevinden. Dergelijke situatie is hieronder afgebeeld.
Figuur 20: Principe tekening 4
Nu kan het ook voorvallen dat het verbruik zo klein is dat de Bluegen deze
alleen kan bolwerken, en dat er tegelijkertijd veel zon schijnt. In deze situatie
gaat de zonnepanelen installatie alleen de batterijen opladen, zodat de
batterijen hier later pieken kunnen mee opvangen. Deze situatie is hieronder
afgebeeld.
Figuur 21: Principe tekening 5
36
Als laatste situatie ga ik de noodprocedure voorstellen. De noodprocedure treedt
op als de volgende situatie zich voordoet: wanneer de batterijen op een bepaald
uur (bv. 3 uur) nog steeds niet voor een bepaald percentage (bv. 60 %) zijn
opgeladen, treedt de noodprocedure in werking. Deze noodprocedure zorgt er
voor dat de Bluegen zijn productie van 30 %(actueel uitgangsvermogen t.o.v
van zijn nominaal vermogen) gaat opvoeren naar 100 %, om zo de baseload te
kunnen blijven opvangen en de batterijen op te laden. De situatie die zich hier
voordoet, is hieronder afgebeeld.
Figuur 22: Principe tekening 6
3.4 Voordelen
Als we dit systeem implementeren in onze samenleving heeft dit volgende
voordelen voor de samenleving:
- We zijn volledig onafhankelijk van grote centrales, de mens staat meer
centraal in deze energie-maatschappij,
- De energie-prijzen zullen niet meer voordurend stijgen, en daarentegen
zullen ze meer stabiel blijven;
- Men meet nu daadwerkelijk waar de energie vandaan komt, en dat dit
“echte” groene stroom is;
- Er ontstaat een socialere gemeenschap waar buren meer geneigd zijn om
met elkaar te praten, omdat ze nu iets gemeen hebben:
elektriciteitsproductie;
- Een milieu bewustere elektriciteitsamenleving, zodat we onze wereld
terug “leefbaar” voor mens en dier kunnen maken;
- De systemen zijn goedkoper, men moet namelijk bijvoorbeeld geen
netvergoeding betalen voor het injecteren van “groene stroom”;
- Echt elke vorm van energie wordt efficiënt omgezet en daadwerkelijk
gebruikt, met andere woorden de energieverspilling verdwijnt;
- Door de lancering van dit systeem zouden er tal van nieuwe jobs
gecreëerd worden in een hernieuwbare en groene sector;
Zoals je ziet, zijn hier tal van voordelen aan verbonden, desondanks deze
aanzienlijke voordelen zullen er toch enkele problemen zijn in verband met de
implementatie van deze systemen.
37
3.5 Knelpunten
In dit deel zal je een opsomming krijgen van al de knelpunten, die ervoor
kunnen zorgen dat het systeem geen succes wordt:
- Mensen die bang zijn om onafhankelijk te zijn en die vast zitten in de
oude routine van onze elektriciteitsproductie in ons land;
- De overheid zal deze manier van energieopwekking altijd steunen, maar
of ze deze manier van energie opwekking financieel gaan steunen is
natuurlijk een andere vraag. Als deze manier van energieopwekking niet
financieel ondersteund wordt door de overheid, kan dit ernstige
concurrentieproblemen leveren tegen over systemen die wel subsidies
ontvangen.
- Er zijn geen immense grote infrastructurele aanpassingen nodig, er moet
alleen de wil en de inspanning zijn om het van de eerste keer juist te
doen. Heel de manier van denken moet omgedraaid worden: Vandaag
produceren ze maar, en ze zien wel waar het heen gaat. In de toekomst
zou er niet in het wilde weg mogen geproduceerd worden, er zou maar
geproduceerd mogen worden wat er gevraagd wordt.
- Een andere dreiging van het “off-grid” gaan, is het realistischer worden
van een black-out, omdat men hier met name maar 1 of 2 producenten
hebt per “off-grid net”. Dit is een van de grootse problemen van dit
systeem.
Verder moet er veel beter nagedacht worden hoe vraag en aanbod op elkaar af
te stemmen, de manier van denken moet veel gedetailleerder worden en beter
uitgedacht.
De eerste dreiging is niet echt een dreiging omdat iedereen vandaag de dag de
stijgende energie prijzen meer dan beu is, kan dit als een voordeel werken op
dit systeem.
Ik denk dat de laatste dreiging ook niet echt een dreiging is aangezien we
vandaag de dag steeds te maken hebben met dreigende black-outs bij zonnige
dagen.
38
HOE PAKKEN WE DIT AAN ?
Dit hoofdstuk gaat over hoe alles zal aangepakt worden om dit te realiseren.
Hier komen de verschillende opwekkers aan bod, hoe ze communiceren, een
elektrisch schema van hoe alles samenhang, uiteindelijk een dimensionering van
een installatie en de prijs er van en als laatste de terugverdientijd van een
dergelijke installatie.
4.1 Verbruiksprofiel
Vooraleer we kunnen starten met het kiezen van al onze componenten en
opwekkers, moeten we vertrekken vanuit een verbruiksprofiel van een persoon
uit de middenklassen. Hiermee bedoel ik dat hij geen speciale elektrische
verbruikers heeft (bv. warmtepomp voor zwembaden) en geen enorm groot
huis.
Als voorbeeld heb ik het verbruiksprofiel opgemeten, gedurende vijf dagen bij
mij thuis. Daarna heb ik de dag gekozen, waarop het meest verbruikt werd. Dit
verbruiksprofiel heb ik dan twee keer zo groot genomen omdat we niet mogen
vergeten dat we twee huishoudens off-grid moeten realiseren. Op de afbeelding
hieronder zie je het verbruiksprofiel dat ik gekozen heb om mee verder te
werken. In “Bijlage – 14 tem. 15” vind u de gegevens over de exacte metingen
die er zijn uitgevoerd.
Figuur 23: Gebruikt verbruiksprofiel
Zoals u kunt zien zijn er twee grote delen, de baseload (alles onder de rode lijn)
en de pieken (alles boven de rode lijn). Met deze twee delen heb ik verder ook
rekening gehouden bij de dimensionering en de keuze van de opwekkers.
4.2 Elektriciteitsvoorzieningen
Nu we weten hoe een “normaal” verbruiksprofiel eruit ziet, kunnen we dit op
delen in 2 zones (de baseload en de pieken). We kunnen nu onze elektrische
voorzieningen kiezen. Ik heb gekozen voor de Bluegen en voor de
zonnepanelen. Maar alleen met de elektrische opwekkers hebben we zeker nog
geen betrouwbare elektriciteitsvoorziening. Hier komen nog wel wat andere
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
10000
0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00
Verbruiksprofiel
Verbruiksprofiel 2 woningen
baseload
39
componenten bij kijken, voordat dit systeem kan werken. In de volgende delen
wordt elk component van de installatie besproken.
4.2.1 Zonnepanelen
Ik heb voor zonnepanelen gekozen omdat deze technologie al veel gebruikt
wordt in België en dus geen onbekende is voor ons land.
Waarom zonnepanelen?
Omdat dit nog altijd de laagste investeringskost vergt en bekend is bij de
mensen. Als men dan kijkt naar andere elektrische opwekkers zien we dat
windmolens ook in aanmerking zouden komen voor deze opwekking.
Toch hebben deze windmolens enkele belangrijke nadelen die in conflict komen
met ons oorspronkelijk idee. Ten eerste is een windmolen veel duurder en het
vermogen veel te groot (enkele 100 kW) om het op kleine schaal te realiseren.
Het tweede grote nadeel is de elektriciteitsopwekkingcurve zoals je hieronder
ziet. Deze verloopt dit omgekeerd dan bij de zonnepanelen en de zonnepanelen
kunnen over een langere tijdsspanne optimaal werken. Conclusie: het gebruik
van zonnepanelen is veel toegankelijker in onze situatie.
Figuur 24: Opwekkingscurve zonnepanelen en windmolens
4.2.1.1 Soorten zonnepanelen
Nu we weten welke elektriciteitsopwekker we gaan gebruiken, kunnen we voort
gaan naar de volgende stap: welke soort zonnepanelen zijn er op de markt en
van welke gaan wij gebruik maken. Hier zijn er verschillende soorten panelen en
fabrikanten.
Eerst kiezen we welke soort zonnepanelen we nemen. Hier zijn er weer 2
onderverdelingen. Er zijn namelijk verschillende types zonnecellen en
verschillende types modules om deze te monteren.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Zon
Wind
40
Er zijn 3 verschillende types van zonnecellen: Monokristalijnen, Polykristalijnen
en Amorfen; met elk een ander rendement en elk een ander uitzicht. Hieronder
ziet u een samenvatting van deze 3 soorten cellen.
Soort zonnecel foto Rendement
Amorfen
zonnecellen
6 – 7 %
Monokristalijnen
zonnecellen
+/- 15 %
Polykristalijnen
zonnecellen
+/- 14,5 %
Tabel 1: Vergelijking zonnecellen
Zoals we zien is de monokristalijnen zonnecel degene met het meeste
rendement, met dit rendement wordt de verhouding van de opbrengst van een
zonnecel t.o.v. de totale invallende zonnestraling bedoeld. Dit zal dan ook
uiteindelijk onze keuze worden. Dit is niet enkel gebaseerd op het rendement
maar ook op de prijs.
De prijs tussen al deze zonnecellen zitten in dezelfde prijsklasse. De amorfen
zijn eigenlijk bedoeld voor meer speciale toepassingen (bv. daken met een
ronde boog). Amorfen vallen dus al buiten de kwestie. Deze zonnecellen zijn
namelijk veel moeilijker te plaatsen dan de andere en ze hebben bovendien
maar een rendement dat de helft kleiner is dan deze van de andere zonnecellen.
De tweede keuze die we moeten maken is welke soort module we gaan
gebruiken. Hier zijn er 5 types aanwezig:
- Standaard modules,
- Kaderloze modules (ook laminaten genoemd),
- Semi-transparante modules,
- Dunnefilm modules,
- Dak zonnecellen.
Zoals u ziet, is er een grote variatie om het uiterlijk zicht van de zonnepanelen
op een dak aantrekkelijker te maken. Voor de toepassing in deze context heb ik
gekozen voor de modulen die we het meest tegenkomen en die het meest
gebruikt worden: de standaard modulen.
41
4.2.1.2 Fabrikanten
Nu we weten dat we standaard monokristalijnen modules gaan gebruiken,
kunnen we gaan kijken welke fabrikanten deze panelen kunnen leveren.
Tijdens mijn stage heb ik geleerd dat kwaliteit belangrijk is en dat men hierbij
zeker moet opletten bij de keuze van panelen. Op de volgende pagina ziet u een
afbeelding met het verschil tussen kwaliteitsvolle en andere panelen.
Figuur 25: Vergelijking Japan met China
Zoals u hierboven ziet, zijn er bij Japanse panelen 2 draagbaren voorzien en bij
Chinese modules geen. Ik hoor jullie al denken.
Wat voor verschil maakt dit nu uit?
Als we gaan kijken naar de volgende afbeelding zien we dat na een druktest op
de zonnepanelen we een duidelijk verschil zien in de cellen die nog intact zijn en
welke niet.
Figuur 26: Vergelijking Japan en China na druktest
42
4.2.2 Bluegen
Ik heb hier voor de Bluegen gekozen omdat dit
apparaat momenteel het enigste is dat in aanraking
komt om aan de baseload van een verbruiksprofiel te
voldoen op kleine schaal. In dit deel zal uitgelegd worden wat de Bluegen juist
is, hoe deze werkt enz.. Kortom na het lezen van dit hoofdstuk zal u duidelijk
worden wat de Bluegen juist is.
4.2.2.1 Brandstofcel
Vooraleer we voort gaan met de Bluegen, moeten we weten welk component de
basis is voor de werking van de Bluegen. Heel het apparaat is gebaseerd op een
brandstofcel.
Wat is een brandstofcel?
Een brandstofcel is een elektrochemisch toestel dat chemische energie omzet in
elektrische energie. Men kan hier een vergelijking maken met een batterij.
Enkel wordt er hier continue chemische energie toegevoerd in plaats van
opgeslagen en terug gebruikt. Hierdoor hoeft de chemische energie niet in
verschillende stappen omgezet te worden (verloop van de carnot cyclus), maar
slechts in één stap. Hieronder zie je een vergelijking van hoe het gebeurt bij een
klassieke installatie en bij een brandstofcel.
Figuur 28: Energie omzettingsvergelijking
Zoals we zien op de afbeelding hierboven zijn er 2 omzettingen meer nodig bij
een klassieke installatie dan bij een brandstofcel. Omdat er in de tweede situatie
minder omzettingen zijn, zijn er veel minder verliezen in deze toepassingen wat
het rendement van de brandstofcel bijna verdubbeld dan bij de klassieke
installaties.
Bij het verder doornemen van dit deel van mijn eindwerk zal u duidelijk worden
waarom ik met mijn stagebegeleider heb gekozen voor een brandstofcel en niet
voor soortgelijke opwekkers.
Figuur 27: Logo Bluegen
43
4.2.2.2 Hoge en lage temperatuur
Nu we weten wat een brandstof cel is, kunnen we voort gaan met het kiezen
van het type brandstofcel. Hier zijn er 2 grote onderverdelingen: lage
temperatuur en hoge temperatuur brandstofcellen.
Lage temperatuur brandstofcellen hebben een werkingstemperatuur van 50 tot
80° en hebben pure waterstof nodig als brandstof. Deze brandstofcellen hebben
vooral een toepassingsgebied in de auto sector, omwille van hun efficiëntie bij
start/stop applicatie en kortstondig gebruik. De meest gebruikte lage
temperatuurbrandstofcel is de PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell).
Hoge temperatuur brandstofcellen hebben een werkingstemperatuur van 500 tot
800 °C en kunnen werken op een grote verscheidenheid van brandstoffen zoals
bv. aardgas, waterstof, biogas,…. Deze brandstofcellen zijn vooral geschikt voor
toepassingen met als doel continue opwekking, omwille van hun hoge
elektrische efficiëntie. De meest gebruikte hoge temperatuurbrandstofcel is de
SOFC (Solid Oxide Feul Cell).
Als we nu moeten kiezen zien we dat de hoge temperatuursbrandstofcellen hier
eerder in aanmerking voor komen dan de lage temperatuurbrandstofcellen
omwille van 2 redenen.
Ten eerste hebben we bij lage temperatuursbrandstofcellen waterstof nodig. Nu
is de vraag die we ons stellen: “Waar gaan we die waterstof vandaan halen?” Dit
vraagt een immense aanpassing van onze infrastructuur die er vandaag is.
Uiteindelijk heb ik dan besloten om gebruik te maken van een hoge
temperatuurbrandstofcel omdat deze bijkomend een universele toepasbaarheid
heeft omwille van zijn universeel brandstof gebruik. Dit universeel
brandstofgebruik maakt het ons mogelijk om in de toekomst van aardgas over
te stappen naar andere milieuvriendelijkere gassen.
Ten tweede hebben we het rendement van de twee types. Hier zien we dat bij
de hoge temperatuurbrandstofcel een veel hoger rendement heeft bij continue
productie dan een lage temperatuurbrandstofcel.
44
4.2.2.3 Werking
Nu we weten wat een brandstofcel is en welke soort brandstofcel we gaan
gebruiken, kunnen we een beetje meer vertellen van hoe de brandstofcel in de
Bluegen juist werkt. Dit ga ik uitleggen met behulp van onderstaande tekening.
Hier staan al de stappen die moeten doorlopen worden om elektriciteit uit de
Bluegen te kunnen opwekken.
Figuur 29: Werking Bluegen
In deze werking zijn er twee hoofdzakelijke delen: Wat er in de brandstofcel zelf
gebeurd en waar de andere componenten in de Bluegen voor zorgen. Het rode
omcirkelde gedeelte is wat er in de brandstofcel gebeurd, de andere stappen
gebeuren door andere componenten in de Bluegen.
Vooraleer men in de brandstofcel gaat werken moeten we zien dat we van water
en aardgas, waterstof kunnen maken. Als we het schema doorlopen, zien we dat
we het aardgas eerst gaan ontzwavelen. Dit is nodig omdat het zwavel in
aardgas enkele slechte eigenschappen met zich meebrengt.
In de volgende stap zien we dat al de overige bestandsdelen van het gas
worden verwijderd. Behalve het methaan wat nodig is voor het vormen van
waterstof. In deze stap wordt ook waterdamp toegevoegd, uit de waterleiding
die wordt aangesloten op de Bluegen. Later komt de eigenlijke vorming van
deze waterdamp aan bod.
Deze waterdamp en methaan bevinden zich op een hoge temperatuur (zo’n
750°C). Dit zijn de perfecte voorwaarden om waterstof te maken. Als resultaat
krijgen we waterstof met een kleine hoeveelheid kooldioxide.
Nu we waterstof hebben kunnen we verder met de eigenlijke werking van een
brandstofcel uit te leggen. Dit ga ik doen met behulp van een tekening die je op
de volgende pagina ziet.
45
Figuur 30: Werking brandstofcel
De waterstofmoleculen worden door de anode en het elektrolyt gesplitst in een
elektron en in een proton. Deze protonen kunnen door het elektrolyt gestuurd
worden. De elektronen daarentegen dienen een ommetje te maken door een
elektrisch circuit om terug te keren naar de kathode van de brandstofcel. Als de
elektronen samenkomen met de zuurstof ontstaat er een chemisch proces
waardoor er afval ontstaat onder de vorm van zuurstof en afvalwater.
Nu we weten hoe de brandstofcel werkt, weten we natuurlijk nog niet hoe we de
waterdamp gaan creëren nodig om waterstof te maken. Bij de eerste opstart
van de Bluegen wordt er de eerste paar uur gas verbrand om dit water om te
zetten naar waterdamp. Als de temperatuur van de damp een grens van 350 °C
heeft bereikt, stopt de verbranding. Vanaf hier kan de thermodynamische cyclus
zichzelf onderhouden en wordt het gas enkel gebruikt voor het maken van
waterstof.
4.2.2.4 Brandstofcelstack
Een brandstofcel alleen levert niet genoeg vermogen om
individueel te gebruiken: namelijk zo’n 0,7 V per cel. Deze
cellen worden dan op elkaar gestapeld om zo het gewenste
vermogen te bekomen. Zo’n opstapeling van
brandstofcellen noemt men dan een brandstofcelstack. Bij
de Bluegen zijn er verschillende kleine brandstofcellen op
elkaar geplaatst om de gewenste elektrische
output te verkrijgen.
Figuur 31: Brandstofcelstack
46
4.2.2.5 Waarom Bluegen ?
Ik heb samen met mijn stage promotor gekozen voor de fabrikant Ceramic Feul
Cells omdat deze fabrikant de hoogste elektrische efficiëntie heeft. Andere
fabrikanten leveren meer warmte dan elektriciteit. Bij de Bluegen is dit
omgekeerd. Aangezien in mijn project het hoofdzakelijk gaat over elektriciteit,
heb ik gekozen voor een toestel met de hoogste elektrische efficiëntie.
Waarom juist een Bluegen van Ceramic Feul Cells?
Dit ga ik u aantonen met onderstaande grafiek.
Figuur 32: Vergelijking Bluegen met andere gelijksoortige producten
Op de X-as ziet u het elektrisch vermogen van de feul cells en op de Y-as ziet u
het elektrische rendement van de feul cells. Dit elektrisch rendement betekent
het volgende: de verhouding van de energie die de feul cell levert t.o.v. de
calorische onderwaarde van het gas dat men naar de feul cel toevoert.
Zoals u ziet, is de Bluegen één van de enigste apparaten dat een hoog
rendement kan leveren en toepasbaar is bij zulke kleine vermogens. Als we naar
de rendementen zien voor kleine vermogens, zien we dat andere rendementen
van andere technologieën veel lager zijn in vergelijking met de Bluegen.
Dit rendement is het hoogste zoals we hierboven hebben besproken. Dit ligt
namelijk op +/- 60 % als we het toestel alleen voor elektrische productie
gebruiken. Het toestel is namelijk nog voorzien van een warmtewisselaar in de
rookafvoer, wat ons toelaat om een deel van de warmte van de rookafvoer te
gebruiken voor bv. warm water. Op de volgende pagina zie je een
verduidelijking van hoe dit mogelijk is. Hier zie je ook dat we hierdoor een
rendement van 85 % kunnen halen.
47
Figuur 33: Verhoogd rendement met Bleugen
4.2.3 Back-up systeem
Nu we al de opwekkers uitgelegd hebben, kan er een beetje meer verteld
worden over enkele componenten die nodig zijn om alles aan elkaar te
koppelen. Ten eerste ga ik hier iets vertellen over het Back-up systeem dat we
gaan gebruiken.
4.2.3.1 Waarom een back-up systeem ?
Dit back-up systeem gaat ons toelaten om de zonne-energie die we opwekken
te regelen. Zoals iedereen weet, gaat dit niet met een gewone installatie met
een standaard zonneomvormer omdat de zon niet continue aanwezig is.
Hiervoor gaan we een regel systeem gebruiken genaamd “een back-up
systeem”.
Dit back-up systeem dient niet enkel voor het opslagen van de zonne-energie.
Dit systeem doet veel meer, het is het hart van onze installatie. Vanuit hier
wordt gekeken hoeveel elektriciteit er gevraagd wordt, hoeveel energie er
geleverd kan worden, bepaling aanschakelen batterijen enz.. Verder zorgt dit
systeem ook voor een standaard spanning die op het net wordt gezet, enkel een
spanning geen stroom. Dit is nodig om de Bluegen goed te laten draaien, en
ervoor te zorgen dat deze niet in alarm modus gaat. Voor een samenvatting van
wat dit back-up systeem juist doet, dien ik te verwijzen naar het hoofdstuk “3.3
Principiële werking”. Verder zal er in dit hoofdstuk uitgelegd worden hoe dit
gebeurt.
48
4.2.3.2 Fabrikanten
Er zijn verschillende fabrikanten van deze back-up systemen. Hier heb ik in
samenspraak met mijn stage bedrijf 2 verschillende fabrikanten gekozen.
Als eerste fabrikant heeft mijn stage bedrijf “Nedap” voorgesteld. De sector
waar ik mij in toegespitst heb is Energy systems, hier bieden zij volgende
omvormer aan: de Nedap power router. Hieronder zie je een afbeelding van dit
back up systeem.
Figuur 34: Nedap power router
Het grote voordeel van deze omvormer is dat alles er in zit. Hiermee bedoel ik
dat deze voorzien is van een rechtstreekse aansluiting voor alles, op de
afbeelding hieronder ziet u hier een verduidelijking van. Er is met andere
woorden één systeem nodig om alles te kunnen aan sturen. Dit heeft impact op
allerlei zaken zoals bv. rendementen, koopprijs enz. …. Op de afbeelding
hieronder ziet u een verduidelijking van de samenhang van alle opwekkers met
de batterij en het net. U ziet dat alles kan aangesloten worden en dat er een DC
power Backbone is. Deze DC Backbone is doorgetrokken in heel de omvormer
om zo minder omzettingsverliezen te krijgen en een beter rendement te
bekomen. De DC spanning wordt omgezet in wisselspanning als deze naar het
net wordt geleid.
Figuur 35: Samenhang power router
Het hoofddoel van deze omvormer is niet een off-grid creëren maar uw eigen
verbruik optimaliseren. Door het gebruik van batterijen die een deel van de
opgewekte zonne-energie opslaan, kan het eigen verbruik tot 70 %
geoptimaliseerd worden.
49
Ondanks deze verschillende voordelen heeft de Nedap power router toch enkele
doorslaggevende nadelen waardoor deze niet past in de context waar ik hem wil
voor gebruiken.
Als Tweede fabrikant hebben we gekozen voor SMA. Deze is
het bekendst in het maken van omvormers en mijn stage
bedrijf heeft deze ook aanbevolen. Het gaat over het back-
up systeem genaamd de Sunny Island.
Deze Sunny Island heeft wel als hoofdzakelijk doel een off-
grid creëren. Het nadeel ten opzichte van de andere omvormer is wel dat deze
enkel en alleen instaat voor de regeling van het laden van de batterijen en te
voldoen aan het gevraagde verbruikspatroon. Hieronder ziet u een foto van zo’n
back-upsysteem, die ook in aanmerking komt voor gebruik in dit project.
Figuur 37: SMA Sunny Island
Op de afbeelding hieronder ziet u dat er steeds een andere omvormer nodig is
om deze te kunnen laten werken met de Sunny Island. Het groot voordeel is dat
SMA al deze omvormers zelf maakt. Waardoor het eenvoudiger maakt om deze
af elkaar of te stellen. Ze zijn met andere woorden zeker compatibel met elkaar.
Figuur 38: Samenhang Sunny Island
Figuur 36: SMA
50
4.2.3.3 Vergelijking
Nu we weten welke twee Back-up systemen er in aanmerking komen voor mijn
project kunnen we een keuze gaan maken. Dit ga ik doen aan de hand van een
samenvattingtabel met de voor- en nadelen van elk systeem. Hieronder ziet u
deze tabel.
Nedap Power router SMA Sunny island
Voordelen Nadelen Voordelen Nadelen
Compact Enkel DC ingang Groot assortiment Prijs
Alles in Beperkt
vermogen
Grote vermogens Weinig standaard
“opties”
Prijs Geen off-grid
gebeuren
AC ingang Rendement
Rendement Beperkte
expertise op dit
gebied
Voor hele
installatie veel
plaats vereist
Tabel 2: Voor- en nadelen Nedap en SMA
Nu u deze korte samenvatting hebt gezien, heeft u waarschijnlijk enkele vragen
over de criteria. Hieronder zijn al deze criteria afzonderlijk opgesomd en
uitgelegd.
Als eerste criteria heb ik bij Nedap “Compact” en bij SMA “Voor hele installatie
veel plaats vereist”. Dit is zo omdat men bij SMA verschillende omvormers nodig
heeft en bij Nedap slechts één. Het verschil zie je beter bij een van de vorige
tekeningen in dit hoofdstuk.
Als tweede criteria heb ik bij Nedap “All in” en bij SMA “Weinig standaard
opties”. Dit heeft ondermeer te maken met vorig punt maar ook met de
internettoegang van de componenten. Bij Nedap zit deze internettoegang er
standaard bij en bij SMA dient er nog één component bij te komen om de Sunny
Island van internet te voorzien.
Als derde criteria hebben we de prijs. Voor een gehele installatie komt de Nedap
power router er goedkoper uit dan die van SMA. Dit omdat men slechts één
component dien te kopen en bij SMA verschillende.
Als vierde criteria hebben we het rendement. Het rendement van de Nedap
omvormer is groter dan deze van SMA. Dit omdat de elektriciteit hier maar één
keer wordt omgezet van DC naar AC en geen 2 keer.
Als vijfde criteria hebben we dan de DC ingang van Nedap. Dit is een groot
nadeel bij het gebruik Bluegen. Deze wekt immers een AC spanning op.
Als zesde criteria heb ik gezegd dat er veel grotere vermogens mogelijk zijn bij
SMA (1 tot 300 kWAC) dan bij Nedap (3 tot 5 kWAC)
Als zevende criteria heb ik dan gekozen voor het nadeel: geen off grid
mogelijkheid van Nedap. Dit is niet mogelijk omdat de technologie, die hierin
aanwezig is, zich baseert op een aanwezige netspanning en netfrequentie voor
de DC spanning om te vormen naar een AC spanning.
Als laatste criteria heb ik gekozen voor de expertise in hun gebied. Voor Nedap
is dit hun tweede product op deze markt. SMA heeft daarentegen al tientalle
jaren ervaring in deze sector en heeft ook verscheidende producten in deze
sector.
51
Uiteindelijk heb ik gekozen voor het back-up systeem van SMA omdat dit
compatibel is met het hele systeem. Als eerste punt hebben we een AC ingang
nodig om de Bluegen te koppelen aan het back-up systeem. Bij Nedap is dit niet
beschikbaar. Als laatste en doorslaggevend punt is dat Nedap een toestel heeft
voor het energieverbruik te optimaliseren en niet voor off grid te gaan.
Op het kasteel seminarie van RA6 heb ik gesproken met vertegenwoordigers
van Nedap en Ceramic Feul Cell. Met deze mensen heb ik een gesprek gevoerd
en zij hebben mij iets meer informatie verschaft over hun producten.
Nedap heeft mij meegedeeld dat er binnenkort een software update komt van
de Nedap omvormer waardoor deze het verbruiksprofiel nog nauwkeuriger kan
bepalen. Verder zijn ze niet direct van plan om een AC ingang aan te bieden in
hun omvormer, of om hun interne logica te wijzigen om toch een mogelijkheid
te bieden om off-grid te gaan.
Ceramic Feul Cell heeft mij meegedeeld dat er binnen een dik jaar een variant
van dit type uitkomt welke voorzien is van een DC uitgang. Er zullen dus twee
types verkrijgbaar zijn: één met een AC uitgang en één met DC uitgang. Door
deze feature blijft de Bluegen niet meer gebonden aan één bepaald merk (SMA)
maar hierdoor is hij compatibel voor meerdere systemen. Deze hebben mij ook
het volgende uitgelegd. Bij AC is er een communicatie protocol nodig om te zien
hoeveel de Bluegen op een bepaald moment opwekt. Bij DC is er geen
communicatie protocol nodig. Hierbij volstaat het om spanning en stroom te
meten. Verdere uitleg heb ik hierover niet gekregen omdat dit bedrijfsgebonden
geheime zijn.
4.2.4 Zonneomvormer
Nu weten we welk back-up systeem we gaan gebruiken moet er echter nog een
systeem aanwezig zijn, dat kan nagaan hoeveel de zonnepanelen opwekken en
de spanning van de zonnepanelen kan omvormen tot een bruikbare spanning.
Hiervoor hebben we een omvormer voor zonnepanelen nodig, of een
zonneomvormer.
4.2.4.1 Fabrikanten
Er zijn verschillende fabrikanten die deze omvormers aanbieden. Ik heb in
samenspraak met mijn stage promotor besloten om gebruik te maken van de
fabrikant SMA. Door het aanwenden van dezelfde fabrikant als van het back-up
systeem is het makkelijker compatibel met elkaar. Hierdoor zullen er zich geen
ongewenste situaties voordoen in verband met compatibiliteit.
4.2.4.2 Welke omvormer
Als we kijken naar de omvormers die SMA beschikbaar stelt, zijn er drie die in
aanmerking komen, om te gebruiken in mijn project. Ik spreek dan over de
Sunny Mini Central, de Sunny Boy en de Sunny Island Charger. Eerst ga ik deze
omvormers ruw schetsen, dan een keuze maken en de gemaakte keuze verder
uitwerken.
52
De eerste omvormers die ons in het oog sprongen, zijn de “Sunny Mini Central”
en de “Sunny boy”. Deze omvormers zijn beschikbaar in een groot assortiment
van vermogens (tot 11 kW). De “Sunny Boy” en de “Sunny Mini Central” werken
op dezelfde basis. De “Sunny Boy” is eigenlijk de kleine broer van de “Sunny
Mini Central”. Waarom twee? Omdat het vermogen waarschijnlijk te groot is om
deze door 1 omvormer te laten omvormen. De exacte berekeningen vind u in
het deel “4.4.1 Dimensioneren”. Hieronder ziet u een afbeelding van de
omvormers.
Figuur 39: SMA Sunny Mini Central en Sunny Boy
Welk is de functie van deze omvormer?
Deze omvormer gaat na, hoeveel elektriciteit er opgewekt wordt door de
zonnepanelen en vormt deze elektriciteit om tot een bruikbare spanning, om te
gebruiken op het net. De zonneomvormer zet de elektriciteit om die opgewekt
wordt door de zonnepanelen en wordt ook door de omvormer. Dit wordt ook
doorgegeven aan het back-up systeem. Zo weet het back-up systeem wanneer
het de batterijen al dan niet moet aanleggen aan de zonnepanelen of het de
gebruikslast rechtstreeks aan de zonnepanelen moet aanleggen enz.
Verder zijn deze een DC/AC omvormers. Dit wil zeggen dat deze omvormers van
de DC spanning van de zonnepanelen direct een bruikbare AC spanning kan
maken. Een ander positief punt van deze omvormers is, dat (omdat hij een
bruikbare spanning levert), het zeer gemakkelijk aansluitbaar is, voor de
configuratie van ander toestellen in het circuit. Men kan het dankzij dit feature,
eenvoudig parallel aansluiten op het net, waardoor het systeem makkelijk
uitbreidbaar en eenvoudig te installeren is. Zoals u op de afbeelding hieronder
kunt zien, kan u opwekkers parallel op elkaar aansluiten. Dit is een afbeelding
van een soortgelijke installatie die ik wil uitbouwen.
Figuur 40: Principe tekening parallel gebeuren
53
De tweede omvormer die in aanmerking kwam voor het gebruik in mijn project,
was de Sunny Island Charger. Dit is een “nieuw” toestel van SMA en heeft als
hoofddoel de batterijopslag van de zonnepanelen te regelen. Deze omvormer
kan enkel de batterijen opladen. Dit is een groot nadeel. Hieronder ziet u een
afbeelding van de omvormer.
Figuur 41: SMA Sunny Island Charger
Een ander nadeel is dat deze omvormer maar een MPP-tracking bereik van 60 V
heeft terwijl de andere omvormers een bereik heeft van 400 V à 500 V. Dit
komt overeen met ongeveer 2 panelen per string in tegenstelling tot ongeveer
10 panelen per string bij de andere omvormers. Hiermee kan ik besluiten dat
men 5 keer zoveel kabels nodig heeft, omdat men telkens 5 keer naar de
omvormer moet gaan in plaats van 1 keer met de Sunny Mini Central en de
Sunny Boy. Verder heeft de oorspronkelijke regelaar de “Sunny Island” veel
minder controle over het gehele systeem. Hij wordt als het ware overbrugd door
deze omvormer. Hieronder zie je een afbeelding van het systeem, hoe het
eruitziet met een Sunny Island Charger.
Figuur 42: Principe tekening Sunny Island Charger
54
4.2.4.3 Vergelijking
Hieronder vindt u een tabel met een vergelijking van de Sunny Mini Central, de
Sunny Boy en de Sunny Island Charger. Ik heb hier gewerkt met de voor- en
nadelen van elk systeem.
SMA Sunny Mini Central en Sunny Boy SMA Sunny Island Charger
Voordelen Nadelen Voordelen Nadelen
Groot assortiment
van vermogens (tot
11 kW)
Minder goede
omvorming
Efficiëntere
omvorming
Beperkt
vermogen (tot 2,4
kW)
Levert een bruikbare
AC spanning
Levert een DC
spanning
Automatische
communicatie
Manuele
communicatie
vereist
Eenvoudige parallel
configuratie
Complexe
bedrading
Groot aantal panelen
per string
Beperkt aantal
panelen per string
Kan zowel de
baterijen als het net
voeden
Kan enkel
Batterijen opladen
Tabel 3: Vergelijking zonneomvormers
Bij het afwegen van de voor- en nadelen, zien we dat de Sunny Mini Central en
de Sunny Boy meer toegankelijk zijn voor deze context. Ik ga nu enkele punten
overlopen, die in deze tabel worden aangehaald, maar misschien nog een beetje
vaag zijn.
Ten eerste hebben we de omvorming. Dit heeft vooral te maken met de DC/AC
omzetting. Bij de Sunny Mini Central en de Sunny Boy wordt de DC-spanning
van de zonnepanelen eerst omgevormd naar een bruikbare AC-spanning, om
daarna deze AC-spanning terug om te vormen naar een DC-spanning. Dit
gebeurt om de batterijen op te laden. Bij een Sunny Island Charger wordt de
DC-spanning van de zonnepanelen rechtstreeks omgevormd naar een DC-
spanning eveneens om de batterijen op te laden. Hier gebeurt de omzetting
rechtstreeks en zijn er geen tussenstappen nodig zoals bij de Sunny Mini Central
en de Sunny Boy.
Verder hebben we bij een Sunny Mini Central en de Sunny Boy een
automatische communicatie met de Sunny Island. Dit gebeurt op basis van
frequentie modulatie. Bij de Sunny Island Charger is er een bijkomende
communicatie kabel vereist tussen de Sunny Island en de Sunny Island Charger.
Een groot nadeel van de Sunny Island Charger is het beperkt aantal panelen per
string. Dit is te wijten aan zijn beperkt MPP-tracking. Bij een Sunny Island
Charger kan men 2 panelen per string leggen. Bij de Sunny Mini Central en de
Sunny Boy daarentegen kan men er ongeveer 10 of meer per string leggen.
55
4.2.5 Batterijen
De laatste component, die instaat voor onze opwekking zijn de batterijen. Deze
batterijen dienen de opgewekte elektriciteit van de zonnepanelen regelbaar te
maken, deze elektriciteit is namelijk momenteel afhankelijk van
weersomstandigheden. Om deze regelbaar te maken gaan we deze energie
opslagen in batterijen om later te kunnen gebruiken bij piekmomenten in ons
verbruikspatroon. Hier zijn natuurlijk verschillende types van batterijen enz.. In
dit stuk zal u lezen welk type batterijen ik wil gebruiken en waarom.
4.2.5.1 Achtergrond informatie
Vooraleer we verder gaan met de keuze van de batterijen, ga ik u eerst een
beetje informatie meegeven over de batterijen. Hier kan u lezen wat belangrijk
is en waar je op moet letten bij het dimensioneren van deze batterijen.
Ten eerste gaan we iets vertellen over de eenheid waarin de batterijen worden
uitgedrukt, dit is Ah (Ampère-uur). Deze eenheid geeft aan hoeveel capaciteit
de batterij kan leveren als hij volledig opgeladen is, of de capaciteit dat de
batterij kan opslagen als hij leeg is. Dit wil dus zeggen dat een volgeladen
batterij van 250 Ah 10 h een stroom van 25 A kan leveren, of gedurende 5 h
een stroom van 50 A kan leveren.
Opgelet: Meestal mag men de batterij maar voor een bepaald percentage
ontladen. De juiste ontlaadgegevens hangen af van type tot type. Deze
percentages zullen later aan bod komen als ik spreek over de “soorten
batterijen” die in aanmerking komen voor dit project. Als men dit niet doet,
verminderd dit de levensduur van de batterij drastisch.
4.2.5.2 Soorten batterijen
Batterijen zijn er in verschillende soorten en maten. Nu gaan we het hebben
over de voornaamste soorten batterijen die in aanmerking komen voor gebruik
in dit project. Eerst moeten we een onderscheid maken tussen oplaadbare
batterijen en niet oplaadbare batterijen. De soort die het meest gebruikt wordt
en diegene die wij ook in dit project gaan gebruiken zijn de oplaadbare
batterijen. Hier zijn er 2 soorten die veel gebruikt worden en ook in aanmerking
komen voor gebruik in dit project: dit zijn de Lood batterijen en Lithium-ion
batterijen.
Eerst gaan we de loodbatterijen bekijken. Dit zijn vrijwel één
van de oudste oplaadbare technologieën die er vandaag op
de markt zijn. Ondanks zijn ouderdom, worden de
loodbatterijen veel gebruikt (voornaamste toepassing in de
auto sector).
Bij loodbatterijen dienen we een onderscheid te maken
tussen de verschillende types. Deze verschillende types
wijzen op de gebruiksmanier van de batterijen. Hier zijn er
3 verschillende types:
- Startbatterijen: kunnen een korte tijd een hoge stroom leveren, mogen
niet verder dan 20 % ontladen worden;
- Stationaire batterijen: leveren een lagere stroom dan startaccu’s, mogen
tot 50 % ontlaad worden;
- (vol-)tractiebatterijen: hebben een langere levensduur dan vorige types,
kunnen tot 80 % ontladen worden.
Figuur 43: Lood accu's
56
In onze context is het gebruik van stationaire batterijen het beste. Dit heeft te
maken met de capaciteit in verhouding tot de prijs.
Nu we weten wat een loodbatterij is ga, ik u iets meer vertellen over de lithium-
ion batterijen. Voor een vergelijking van de kenmerken van deze batterijen dien
ik u te verwijzen naar het volgende hoofdstuk “vergelijking”.
Een lithium-ion batterij is een batterij van de 21ste
eeuw en wordt vaak gebruikt in consumenten
elektronica, dus beperkte vermogens. De laatste
tijd zijn hier steeds grotere en grotere vermogens
beschikbaar. Het enige nadeel van deze grotere
vermogens is de kostprijs in vergelijking met de
loodbatterij. Verder heeft een batterij van deze
soort een regelsysteem nodig, hierdoor zijn de
batterijen vaak gemaakt voor een specifieke
toepassing en niet zo universeel als
loodbatterijen. Dit regelsysteem heeft als doel te diepe ontlading te voorkomen,
om zo interne beschadiging te voorkomen.
Verder heeft deze batterij een grotere ontladingscapaciteit dan de
loodbatterijen. Een lithium-ion batterij kan tot 80% ontladen worden en een
loodbatterij maar tot 50 %. Voor grotere vermogens kan dit een ernstige
plaatsbesparing betekenen. Men kan namelijk bij een batterij van 100 Ah, 80 Ah
gebruiken bij lithium-ion en 50 Ah bij loodbatterij. Als we dan een capaciteit van
800 Ah nodig hebben, betekent dit dat we 10 lithium-ion batterijen nodig
hebben of 16 loodbatterijen.
4.2.5.3 Schakelen van Batterijen
Batterijen kunnen met elkaar gekoppeld worden op 2 manieren: in serie of in
parallel. Deze twee schakelingen hebben verschillende gevolgen op de
uiteindelijke batterij spanning of capaciteit.
Waarom is dit belangrijk? Omdat men meestal verschillende batterijen met
elkaar dient te koppelen. Dit om de gewenste capaciteit of een bruikbare
spanning te bekomen voor een toepassing.
Ten eerste hebben we de serieschakeling, hierbij worden de batterijen als ware
achter elkaar geplaatst. Als voorbeeld van een serie schakeling zie je hieronder
een afbeelding van 2 batterijen die in serie staan. Zoals u op de afbeelding kunt
zien wordt de + pool van de ene batterij verbonden met de – pool van de
andere batterij. Deze schakeling wordt gebruikt om de klem spanning van de
batterijen te verhogen. Als men bijvoorbeeld 2 batterijen van dezelfde capaciteit
en een klemspanning van 12 V in serie zet, krijgt men een “grote” batterij (ook
wel batterijbank genoemd) van 24 V en met dezelfde capaciteit als de kleine
batterijen.
Figuur 45: Serieschakeling batterijen
Figuur 44: Lithium-ion accu
57
Ten tweede hebben we de parallelschakeling, hierbij worden de batterijen als
ware naast elkaar geplaatst. Als voorbeeld van een parallelschakeling zie je
hieronder een afbeelding van 2 batterijen die in parallel staan. Zoals u kunt zien
wordt de + en – pool van de ene batterij respectievelijk verbonden met de + en
– pool van de andere batterij. Deze schakeling wordt gebruikt om de capaciteit
van de batterijen te verhogen. Als men bijvoorbeeld 2 batterijen van dezelfde
klemspanning en een capaciteit van 100 Ah in parallel zet, krijgt men een
“grote” batterij (ook wel batterij bank genoemd) van 200 Ah en met dezelfde
klemspanning als bij de kleine batterijen.
Figuur 46: Parallelschakeling batterijen
Later zal u in dit eindwerk kunnen lezen welke schakeling ik ga gebruiken. Als u
dit wil weten moet ik u verwijzen naar het deel “4.4.1.4 Batterijen”.
58
4.2.5.4 Vergelijking
Nu we de grote lijnen van de loodbatterij en de lithium-ion batterij kennen, gaan
we iets dieper in op de kenmerken van deze batterijen. Dit ga ik op dezelfde
manier aanpakken als bij de vorige componenten. Ik ga namelijk werken met
een tabel met de voor- en nadelen van elke soort batterij. Hierna ga ik een
keuze maken van welk soort batterijen het meest passen binnen dit project
Lood batterij Lithium-ion batterij
Voordelen Nadelen Voordelen Nadelen
Eenvoudige
constructie
Lage energie
inhoud per
massa
Hoge inhoud
energie per massa
Hoge kost prijs
Groot
toepassingsdomein
Bij overladen
gevaar voor
knalgas
Geringde
zelfontlading
Ingewikkelde
constructie
Goedkoop Corrosief
zwavelzuur
Geen
geheugeneffect
Gemakkelijk
recycleerbaar
Beperkte
levensduur
Hoogvermogen
Milieu vriendelijker
Lange levensduur
Batterij beschermt
zichzelf Tabel 4: Vergelijking Lood en Lithium-ion
Als eerste criteria heb ik gekozen voor de constructie. Bij loodbatterijen is dit
een heel eenvoudige constructie. Bij lithium-ion batterijen is de constructie
ingewikkelder omwille van het regelsysteem. Dit regelsysteem heeft dan weer
als voordeel dat die er voor zorgt dat de batterij niet stuk kan gaan door te
diepe ontlading, mits deze goed wordt ingesteld.
Als tweede criteria hebben we de prijs. Een batterij van 5 kW kost voor een lood
uitvoering € 1 600 en voor een lithium-ion uitvoering €4 800. Dit prijsverschil
kan gerechtvaardigd worden als kijken naar de levensduur van deze batterijen.
Een loodbatterij gaat namelijk maar 1 jaar mee en een lithium ion batterij kan
tot 3 jaar meedraaien. Als we dan gaan kijken op een termijn van 3 jaar ziet
men, door het kiezen van de duurste oplossing zo’n 300 euro in zijn zak steekt.
Verder hebben we nog het gevaar van overlading bij Loodbatterijen. Bij
overlading ontstaat er namelijk in de batterijen een gas dat knalgas wordt
genoemd. De naam zegt al genoeg, als deze batterijen te sterk overladen
worden bestaat het gevaar voor ontploffing.
Als laatste criteria ga ik het hebben over de energie-inhoud van zulke batterijen.
Bij loodbatterijen is dit zo’n 30-40 Wh/kg en bij lithium-ion batterijen is dit zo’n
160 Wh/kg. Dit maakt de lithium-ion batterijen compacter en veel efficiënter
dan de loodbatterijen.
Ik heb uiteindelijk toch gekozen voor Lithium-ion batterijen omdat deze op
termijn goedkoper uitkomen dan Loodbatterijen en de tal van andere voordelen.
Deze batterijen zijn zelf zoveel beter dan de andere dat er in onze buurlanden
(zoals Nederland en Duitsland) een subsidie wordt uitgedeeld van 2 000 euro als
men deze batterijen gebruikt.
59
4.3 Samenhang
Nu we al de elektrische opwekkers van onze installatie hebben besproken,
kunnen we voortgaan met hoe alles met elkaar gaat samenhangen. Met
samenhang bedoel ik zowel elektrische als de communicatie. Eerst heb ik het
over hoe alles elektrisch gaat aangesloten worden, daarna gaan we voort met
hoe al de componenten met elkaar gaan communiceren en of dit al dan niet
nodig is.
4.3.1 Elektrisch
Eerst gaan we beginnen over de elektrische samenhang van alle componenten.
We gaan vertrekken van een aantal regels en ideeën die ik voorstel, en die
zeker in de installatie moeten plaats vinden. Als we deze ideeën, regels en
voorstellen allemaal overlopen hebben, kan ik daarna mijn elektrisch
aansluitschema opbouwen.
4.3.1.1 Soort net
Eerst gaan we beginnen met de eerste regel die we in acht moeten nemen. Bij
het plaatsen van het back-upsysteem Sunny Island, mag er enkel en alleen
gebruik gemaakt worden van twee soorten netten: het TN-net en het TT-net. .
Opgelet: In deze verschillende toepassingsvoorbeelden wordt er telkens
gesproken over een 3-fasig net, terwijl wij werken met een 1-fasig net. Op het
eerste zicht lijkt dit verkeerd, maar je moet in deze tekeningen het
transformatorstation zien als een decentrale productie eenheid( een Bluegen of
een zonnepanelen installatie) en de verbruiker is dan de verdeelkast bij u thuis.
Verder laten de tekeningen, een goed verschil zien tussen de verschillende
aardingsmethodes die er mogelijk zijn in dit project.
Figuur 47: TT-net
Hierboven zie je een afbeelding van een TT-net, deze naam komt van het franse
tere –tere net. Waarom tere-tere, omdat beide punten (zowel de voeding als de
verbruiker) voorzien zijn van een aarding. Zoals we zien wordt het nulpunt van
de transformator geaard en wordt elke elektrische verbruiker geaard via een
centrale aarding in de installatie van de verbruiker.
De tweede mogelijkheid die beschikbaar is voor dit systeem is een TN-net.
Hierbij zijn er 2 varianten beschikbaar: een TN-C-net en een TN-S-net.
60
Eerst ga ik u iets vertellen over het TN-C-net. Op de afbeelding hieronder zie je
een verduidelijking van dit systeem.
Figuur 48: TN-C-net
Wat ons opvalt t.o.v. het ander systeem is dat hier enkel de verbruiker geaard
is en dat de nulgeleider en de aardgeleider gecombineerd zijn. Dit kan een
besparing betekenen voor de installatiekost. Er moeten namelijk minder kabels
getrokken worden. Hierbij duikt ook de naam op: TN-C-netof Tere Neutre
Centralisé net. Dit is Frans voor aarding nulleider gecentraliseerd net.
Als laatste systeem dat gebruikt mag worden in dit project hebben we het TN-S-
net, hieronder zie je een afbeelding van zo’n net.
Figuur 49: TN-S-net
Bij een TN-S-net wordt de voeding geaard en de gebruiker niet. Hierbij ziet men
dat de nulleider en de aarding gescheiden worden. Verder is het belangrijk om
de geleider van de voeding naar de verbruiker zo kort mogelijk te houden.
Anders kan er bij het optreden van fouten ernstige problemen optreden. Als de
kabel namelijk te lang wordt, krijgt deze een hogere weerstand. Als er dan een
fout optreedt kan het voorkomen dat de stroom te klein is door de weerstand
van de geleider. Dit kan vergaande gevolgen hebben.
61
Waarom mag er enkel gebruik gemaakt worden van het TN- en TT-net? Dit
heeft alles te maken met het toepassingsgebied van deze netten. De andere
variant IT-netten worden vooral gebruikt in de gezondheids- of patiëntenzorg.
Bij deze toepassingen is het ongepast dat zo’n back-up systeem ineens
uitschakelt als er een fout optreedt, dit kan de dood tot gevolg hebben.
Als tweede fout mag een IT-net niet gebruikt worden bij een transformatorloze
zonneomvormer (bv. Sunny Mini Central). Dit zou ernstige fouten geven met
deze omvormers en zou schade tot gevolg kunnen hebben.
Uiteindelijk heb ik dan gekozen om voor een TN-S-net te kiezen omdat dit het
beste past binnen mijn project. Als we terug gaan kijken naar de “principe
tekening” op pagina 33, zien we dat bijna iedereen binnen dit project een
decentrale op wekker (m.a.w. voeding) zal in huis hebben. Hierdoor wordt een
TT-net al uitgesloten. Anders hoeft ieder huishouden twee aardingspinnen in de
grond te slagen.
Nu we weten dat een TT-net uitgesloten is, hebben we de keuze nog tussen het
TN-C-net en het TN-S-net. Na deze bestudeerd te hebben, heb ik besloten om
gebruik te maken van TN-S-net. Ten eerste omdat ik voorstander ben om een
aarding te nemen aan de voeding i.p.v. aan de verbruiker ten tweede omdat het
mogelijk is omdat er hier slechts een beperkte lengte te overbruggen is.
4.3.1.2 Verbruiksmeter
Uiteraard is er in een dergelijk systeem een verbruiksmeter vereist, deze kan
aanduiden hoeveel je effectief verbruikt van de ander en andersom. Dit is zeer
belangrijk om conflicten tussen de buren te voorkomen.
Bij de keuze van de verbruiksmeter is het belangrijk om te weten dat hij
volgende punten zeker kan: 1-fasige metingen uitvoeren, een stroom tot 63 A
kan meten, bi-directioneel vermogenmetingen uitvoeren (principe terug
draaiende teller) en een spanning van 230 V kan waarnemen.
Met al deze gegevens ben ik aan de slag gegaan en ben ik
beginnen zoeken naar kwalitatieve energiemeters. Hier heb ik
in overleg met mijn stagebegeleider gekozen voor de
energiemeter EM24-DIN.AV2.3D.02.P van Carlo Gavazzi. Hier
maakt mijn stage bedrijf al jaren gebruik van en ze zijn hier
zeer tevreden van. In “Bijlage 12 – Datasheet
verbruiksmeters” zal u een datasheet vinden van dit type meter.
4.3.1.3 Beveiligingen
In de installatie moeten er vijf verschillende beveiligingen aanwezig zijn voor
het beschermen van onze toestellen tegen schade. In dit deel zal ik een woordje
uitleg geven over deze vijf verschillende toestellen. De beveiligingen die aan bod
komen zijn: de automaten, de differentieel schakelaar, de smeltzekeringen, de
temperatuursensor en de ESS.
Opgelet: De Bluegen, Sunny Island, Sunny Mini Central en de Sunny boy
worden in de wetgeving ingedeeld als huishoudelijke toestellen. Al deze
toestellen worden dus beveiligd als elk ander huishoudelijk toestel in uw huis.
Als eerste hebben we de automaten. Deze automaten zullen onze
opwekkingstoestellen (Sunny Mini Central, Sunny Boy, Sunny Island en
Bluegen) beschermen tegen kortsluiting en overbelasting. Deze automaten komt
u overal tegen in uw huishouden. Deze automaten zijn er in verschillende
klassen, verschillende ampèrerages, verschillende kortsluitvermogens en
Figuur 50: Verbruiksmeter
62
verschillend aantal polen. Voor de klasse gaan we type C
nemen en voor het aantal polen overal 2 (we hebben hier
namelijk te maken met een 1-fasig net L1 + N). Voor de
ampèrerages hangt dit af van toestel tot toestel. Hierover ga ik
dan ook niet verder uitwijken. Het enigste waar ik een beetje
uitleg ga over geven is de klasse C en het kortsluitvermogen,
de werking enz. is bij iedereen wel bekend.
Er zijn drie klassen bij automaten: B (3 à 5 x In), C (5 à 10 x In)
en D (10 à 14 x In). Al deze klassen hebben betrekking op
de uitschakelcurve. Op deze uitschakelcurve kan men zien
hoe snel een automaat reageert op een bepaald ampèrerage. Voor de keuze van
deze klassen wordt er vaak naar de wetgeving gekeken. De wetgeving zegt dat
onze toestellen beveiligd moeten worden met het type C curve. Dit wil zeggen
dat de Automaat bij een stroom die hoger is dan 10 x In, zal uitschakel binnen
0,1 s.
Als laatste onderdeel van onze automaten gaan we het kortsluitvermogen
bespreken. Het kortsluitvermogen duidt aan welke stroom de automaat
maximum kan afschakelen in geval van kortsluiting. Als we deze wensen te
bepalen moeten we kijken naar de wetgeving. Hierbij wordt er 3000 A kortsluit
vermogen geëist bij elk huishoudelijk toestel.
Voor het ampèrerage van de automaat, verwijs ik naar het deel “4.4.1.6
Beveiligingen”. Alles dient namelijk eerst gedimensioneerd te worden vooraleer
we dit kunnen bepalen.
Als tweede punt hebben we de differentieel schakelaar. Hier zijn
de standaard reglementering van huishoudens van kracht. Dit wil
dus zeggen dat er een differentieel schakelaar moet geplaatst
worden met een gevoeligheid van 300 mA, en 1 van 30 mA voor
de vochtige kringen in uw huis (bv. Badkamer). Verder is het
belangrijk dat we onze opwekkers na de differentieel schakelaar
plaatsen, anders worden hier geen lekstromen gedetecteerd.
De differentieel schakelaar is er ook in verschillende
ampèrerages en aantal polen. Bij de polen gaan we
verder aansluiten als bij onze automaten (2-polig). Voor de ampèrerage van
deze differentieel schakelaar verwijs ik naar het deel “4.4.1.6 Beveiligingen”.
Hiervoor dient namelijk eerst alles gedimensioneerd te worden vooraleer we dit
kunnen bepalen.
Als 3de punt hebben we de smeltzekering, die voorzien zijn voor het
DC-vermogen te onderbreken van de batterijen ingeval van
kortsluiting of overbelasting. Deze zekeringen zijn gemaakt door de
fabrikant en zijn ook verplicht te gebruiken in de installatie. Deze
zekeringen zijn er in verschillende vormen en maten. Ik ga hier
enkel iets vertellen over het type zekering. Voor het daadwerkelijk
ampèrerage en onderbrekingsvermogen verwijs ik naar het deel
“4.4.1.6 Beveiligingen”. Deze dienen beide berekend te worden.
Hier zijn er zoals bij de automaten verschillende typen:
gG, gM, aM, gR, aR, gTr, gF en gFF. De zekering die wij
dienen te gebruiken in onze installatie zijn van het type gG. Dit wil zeggen dat
deze een volledige onderbreking veroorzaakt en dat deze gebruikt wordt voor
algemene toepassingen.
Figuur 51: Automaat
Figuur 52: Differentieel schakelaar
Figuur 53: Smeltveiligheid
63
Als voorlaatste punt hebben we de
temperatuursensor, die wordt meegeleverd met de
SMA Sunny Island. Deze sensor wordt op de Sunny
island aangesloten, en wordt bij de batterijen
geplaatst.
Waarom is dit nodig? De temperatuur heeft invloed
op de cellen die in de batterij zitten, hiermee moet
men rekening houden tijdens het opladen en
ontladen van de batterijen. Anders gaat men de
batterijen overladen of te diep ontladen. Verder
zal de Sunny Island de batterijen uitschakelen als deze te warm worden.
Als laatste hebben we de ESS, wat staat voor Electronic Solar Switch. Deze ESS
is eigenlijk een DC last scheider die ingebouwd is in de Sunny Mini Central en de
Sunny Boy om lichtbogen bij het loskoppelen van de DC conectoren van de
zonnepanelen te voorkomen. Hieronder zie je een foto van de ESS en waar deze
zich bevindt op de Sunny Mini Central en de Sunny Boy.
Figuur 55: ESS
Figuur 54: Temperatuur sensor
64
4.3.1.4 Elektrisch schema
In dit deel zal u te weten komen hoe het elektrisch schema er uitziet en is
opgebouwd. Hier ga ik enkel de basis principes uitleggen. Voor het volledig
elektrisch schema dien ik te verwijzen “Bijlage 17 – Elektrisch schema
elektrische installatie”.
Ten eerste ga ik uitleggen hoe de verschillende componenten aan elkaar
hangen. Deze hangen namelijk allemaal parallel op 1 elektriciteitsnet dat zich
zowel bij u, als bij de buren bevindt. Op het eendraadsschema hieronder zie je
een verduidelijking van hoe alles samenhangt met elkaar. Dit is enkel een
verduidelijking.
Figuur 56: Principe tekening installatie
Nu we weten hoe alle componenten elektrisch aan elkaar gekoppeld zijn, gaan
we nu iets beter in op de “bijzonderheden” in dit schema. Er zijn hier vier
“bijzonderheden” aanwezig.
Ten eerste hebben we pijlen met daarboven verbruikers, zoals je hieronder kan
zien:
Figuur 57: Elektrische schema verbruikers
Boven deze pijlen staat hun bepaalde fase in de installatie (bij ons fase 1,
nulleider en aarding). Verder wijst het woord “verbruikers” naar de andere
kringen in de huishoudelijke installatie. Ik heb deze niet getekend omdat deze
niet van toepassing zijn in mijn context en omdat deze kringen woning per
woning kunnen verschillen.
65
Ten tweede ga ik u iets vertellen over de ESS (Electronic Solar Switch)
verbinding, deze heb ik als volgt getekend:
Figuur 58: Elektrisch schema ESS
Zoals u ziet heb ik hier twee aansluitpunten getekend. Tussen deze twee
aansluitpunten bevindt zich een brug met daar tussen een lastscheider. Waarom
een lastscheider? Omdat de ESS fungeert als lastscheider, om zo
vonkvormingen aan de DC connectoren van de zonnepanelen te voorkomen.
Als voorlaatst ga ik u iets vertellen over de volgende symbolen:
Figuur 59: Elektrische schema strings
Een string zijn twee pijlen die naar de zonnepanelen op het dak gaan. De
zonnepanelen en de strings heb ik zelf niet getekend wegens plaats gebrek. Als
u wilt weten wat er juist in een string zit, dien ik u door te verwijzen naar het
deel “4.4.1.3 Zonneomvormer”.
Tenslotte ga ik u iets vertellen over de temperatuursensor, deze is vervolgens
op het schema getekend en aangesloten:
Figuur 60:Aansluitschema temperatuursensor
De sensor is eenvoudig aan te sluiten op de omvormer, er zijn namelijk 2
draadjes op de temperatuursensor en 2 aansluitingen op de omvormer. De
polariteit van de aansluiting is niet belangrijk, de omvormer weet dit.
Je kan ook zien dat de temperatuursensor een temperatuursafhankelijke
weerstand heeft: namelijk een PT 100.
66
4.3.2 Communicatie
Nu we weten hoe alles elektrisch werkt, dient elke elektrische opwekker met
elkaar te communiceren om zo tot een zo efficiënt mogelijk energienet te
komen. We gaan met andere woorden op deze manier vraag en aanbod op
elkaar afstemmen.
4.3.2.1 Back-up systeem 1 met Back-up systeem 2
Later in dit eindwerk zal u lezen dat één Back-up systeem niet voldoende is om
heel onze elektrische installatie te voorzien van een stabiele
elektriciteitsvoorziening. Voor de exacte berekening verwijs ik naar het deel
“4.4.1.5 Back-up systeem”.
Men heeft dus 2 Back-up systemen nodig, dit principe werkt met een Master en
een Slave. Het is zeer belangrijk om bij de opstart fase de ene in te stellen op
Master en de andere op Slave. Als men dit juist doet krijgt men de configuratie
zoals hieronder:
Figuur 61: Master en slave verband
De Master zal al de berekeningen uitvoeren. Hij zal ook bepalen welke acties er
zullen ondernomen worden en deze ook toepassen. De Slave zal daarentegen
enkel en alleen maar acties uitvoeren en niets zelf bepalen.
De communicatie verloopt hier slechts in één richting: Van Master naar Slave.
Het back-upsysteem is ingesteld op Slave, dit zal onder normale
omstandigheden niets op eigen houtje ondernemen, zolang het geen commando
heeft ontvangen van de Master.
Nu we weten hoe deze communicatie er principieel uitziet,
ga ik u iets meer vertellen hoe deze communicatie gebeurt.
Deze communicatie gebeurt via RS 485 interface, dat wordt
aangesloten via RJ45 connector en verzonden over een UTP
kabel van minstens categorie 5. Deze communicatie is
vergelijkbaar met die van computers en het internet.
Verder is het belangrijk om de juiste aansluitingen te gebruiken in het systeem.
Bij het verkeerd zal dit geen ernstige gevolgen (schade) hebben, maar dan zal
het systeem niet werken. Op de volgende pagina zie je een afbeelding, hoe je
dit systeem dient aan te sluiten.
Figuur 62: RJ45
67
Figuur 63: Master en Slave aansluiting
Het is zeer belangrijk om de ComSyncOut van de Master te
verbinden met de ComSyncIn van de Slave. Verder dient men
de ander open gelaten poort bij de Slave (ComSyncOut) af te
sluiten, met de daarbij geleverde afsluitweerstand. Dit om
storingen te voorkomen. Deze afsluitweerstanden
dienen niet enkel om storingen te verhinderen,
maar ook voor het aanduiden waar de “clusters” van Sunny Islands stoppen.
4.3.2.2 Back-up systeem met Bluegen
De Bluegen moet kunnen omgeschakeld worden van zijn normale werking (30
% van zijn nominaal vermogen) naar zijn noodtoestand (volledig nominale
vermogen). Dit als de batterijen niet volledig kunnen opgeladen worden, door
de zonnepanelen installatie. Om dit zonder problemen te laten verlopen is hier
enige communicatie vereist.
Vooraleer we kunnen beginnen met deze communicatie tussen de componenten,
moeten we begrijpen hoe deze werking gebeurt onder normale omstandigheden
(elk toestel werkt apart). Als we dit bekijken zien, we dat er 2 grote verschillen
zijn bij deze toestellen. De Bluegen heeft een internetverbinding nodig om te
kunnen werken en bij de Sunny Island is dit niet vereist.
Eerst hebben we de Bluegen, dit toestel staat altijd rechtstreeks in verbinding
met de server van Ceramic Fuell Cells (de fabrikant). Op deze manier wordt de
Bluegen continue gecontroleerd door mensen van Ceramic Fuell Cells, om zo
een goede werking en een optimaal rendement te garanderen.
Echter heeft dit ook enkele nadelen, men kan zelf niets aan het toestel
aanpassen of veranderen. Hiermee bedoel ik, als je de Bluegen wilt moduleren
of wilt afzetten, moet men steeds contact opnemen met Ceramic Fuell Cells. Die
zullen dan de nodige acties ondernemen.
De bewaking van de Bluegen door het personeel van Ceramic Fuell Cells is een
mooi feature, maar dit heeft weinig belang voor hetgeen dat wij er mee willen
doen. De kern van onze zaak is hoe we de Bluegen kunnen moduleren.
Figuur 64: RJ45 Afsluitweerstand
68
In het onderstaande schema, zien we hoe we de Bluegen kunnen moduleren als
men deze vandaag bij u thuis installeert.
Figuur 65:Modulatie principe Bluegen
Zoals je ziet, moeten er wel wat stappen doorlopen worden om de Bluegen te
moduleren. Eerst moet de klant waarbij de Bluegen is geïnstalleerd, bellen naar
Ceramic Fuell Cells. Hier krijgt men een personeelslid aan de lijn die instaat voor
de monitoring en sturing van uw Bluegen. Aan deze persoon vertelt u, wat u
juist wilt bereiken met uw Bluegen. Deze persoon geeft de gewenste gegevens
in op zijn computer. Daarna worden de gegevens via allerlei wegen
doorgestuurd naar de betreffende Bluegen, waarna deze de gewenste acties zal
ondernemen.
Nu we weten hoe we de Bluegen kunnen moduleren, gaan we eens een kijkje
nemen hoe dit gebeurt bij de Sunny Island. De Sunny Island is een toestel dat
alles op zijn eigen houtje onderneemt. Het kan dus perfect werken zonder een
internetconnectie. De internetconnectie die SMA levert is eigenlijk een
bijkomende optie, maar draagt niets bij aan de werking van het systeem. Via
deze internet connectie kan men gegevens beheren en bekijken via een website,
genaamd “Sunny Portal”.
Op deze website kan u zich aanmelden met een persoonlijke account die eigen
is aan uw installatie. In deze website heeft u ook drie inlog niveaus: één voor de
klant (beperkte toegang tot technische gegevens), één voor de installateur
(beperkte toegang tot software toegang) en één voor de service technieker van
SMA (toegang tot alle gegevens). Via deze manier worden de fouten, die zich
kunnen voordoen, door een verkeerde programmatie vermeden.
Verder dient er voor een internetconnectie, enkele bijkomende toestellen
aangeschaft te worden. Zo hebben we de Sunny Webbox nodig, die ons back-up
systeem koppelt op het internet, en een RS485 interface die de koppeling
tussen het back-upsysteem en de Sunny Webbox mogelijk maakt.
69
Als we naar het schema hieronder kijken, kunnen we zien hoe de gegevens van
de Sunny Island beschikbaar zijn op onze computer.
Figuur 66: Weergave principe Sunny Island
Dit schema gebruikt men enkel als men gegevens wilt opvragen. Als men
gegevens wilt aanpassen gebeurt er juist hetzelfde, enkel in de andere richting.
Zoals u ziet worden hier ook tal van stappen ondernomen, vooraleer u de
gegevens van uw back-upsysteem kunt raadplegen. Dit heeft echter één groot
voordeel: deze gegevens kan je zelf wijzigen, zonder dat men een personeelslid
van SMA nodig heeft.
We dienen ook rekening te houden met de laatste 2 stappen (van de server
naar de computer en zo naar de klant). Deze stappen zijn enkel van toepassing
op het moment dat de klant, installateur of SMA servicetechnieker zich aanmeld
op deze site. Al de gegevens worden namelijk opgeslagen op de server en
worden om het kwartier hernieuwt. De computer is enkel een methode om deze
gegevens te visualiseren.
Nu we weten hoe de Bluegen en de Sunny Island afzonderlijk werken, moeten
we ook eens kijken hoe deze twee met elkaar kunnen samenwerken. Dit is tot
op heden nog niet mogelijk. Ik ga hieronder een voorstel doen, van hoe het wel
kan gebeuren.
Als we een voorstel willen uitwerken, moeten we kijken wat er juist moet
gebeuren. De Sunny Island zou een signaal moeten kunnen verzenden. Dit zou
moeten gebeuren op het moment dat de batterijen op een vastgesteld uur nog
steeds niet voor een bepaald percentage zijn opgeladen. Op dit moment zou de
Bluegen, een signaal moeten ontvangen, zodat hij weet dat hij nu op 100 % van
zijn nominaal vermogen moet draaien. Ook dient de “Sunny Island” een signaal
te sturen naar de Bluegen, wanneer deze terug op 30 % van zijn nominaal
vermogen mag draaien.
70
Het enige idee dat ik mij hierbij kan voorstellen is dat de server van SMA een
bericht verzendt naar de server van Ceramic Feull Cells. Dit op het moment dat
hij van 30 % naar 100 % van zijn nominaal vermogen moet moduleren en
eveneens op het tijdstip dat hij van 100 % naar 30 % moet moduleren. Het
principe dat ik wil toepassen ga ik uitleggen met onderstaand schema.
Figuur 67: Communicatie Bluegen en Sunny Island
Zoals je ziet worden er hier verschillende stappen uitgevoerd, alvorens de
communicatie tussen deze 2 componenten daadwerkelijk mogelijk is. Dit is één
mogelijkheid, ik ben er van overtuigd dat er nog zullen zijn. Dit is eveneens ook
niet de kortste weg, maar volgens mij de meest haalbare weg om te volgen.
Nu we weten hoe het er uitziet, ga ik bespreken wat er juist gebeurt. Ten eerst
hebben we de stappen die ook gebeuren bij de gewone werking van de Sunny
Island, met deze stappen bedoel ik het volgende: Van de Sunny Island tot en
met de server van SMA. Onder een normale werking stopt de communicatie
hier. Maar als de Sunny Island nu detecteert, dat de batterij op een bepaald uur
nog steeds niet voor een bepaald percentage is opgeladen, zal hij een speciaal
signaal doorsturen naar de server van SMA. Op zijn beurt zal de server van SMA
een bericht doorsturen naar de server Ceramic Feull Cells, zodat Ceramic Feull
Cells weet dat de Bluegen gemoduleerd moet worden van 100 % naar 30 % van
zijn nominaal vermogen of omgekeerd. Als ze dit bericht hebben
binnengekregen, moet er eerst een toestemming gegeven worden, door een
werknemer die instaat voor het beheren en monitoren van de Bluegen. Als deze
toestemming aanvaardt is zal er een signaal over het internet verzonden worden
naar de Bluegen, waardoor deze zal moduleren van 30 % naar 100 % van zijn
nominaal vermogen of omgekeerd.
71
4.3.2.3 Zonnepanelen met zonneomvormer
De communicatie tussen de zonnepanelen en de zonneomvormer gebeurt op
basis van een stroommeting en een spanningsmeting. Hier zijn er verschillende
manieren van het inlezen van deze gegevens, maar bij dit systeem werkt dit per
string. Per string heeft de omvormer een minimum spanning en een maximum
spanning. Als deze waarden worden onder- of overschreden, geeft de omvormer
een fout aan. Men kan nu na kijken welke string er een fout heeft op het display
van de omvormer.
Met de stroom en de spanning krijgen we een bepaald vermogen. Hierbij gaat
de omvormer zoeken naar het MVP (Het maximum vermogen punt). Deze
curves hangen af van omvormer tot omvormer. Hieronder zie je een voorbeeld
van zo’n MVP curve.
Figuur 68: MVP-curve
Zoals u wellicht ziet, is deze curve per zonnecel genomen. Het principe van een
hele string zonnepanelen is juist hetzelfde enkel zijn de spanningen en de
vermogens hier groter. Als we op de X-as kijken zien we onze spanning per cel.
Hierop staat ook VOC = open klem spanning. Dit is de maximum spanning die
over een cel staat in open toestand. Wanneer hier niets is op aangesloten, geeft
een cel 0,6 V. Als we dan op de Y-as kijken, zien we de stroom die door een cel
wordt opgewekt. Hierop staat ook de kortsluitstroom vermeld. Dit is de
maximum stroom die de cel kan opwekken ingeval dat deze kortgesloten wordt.
In deze curve zoekt de zonneomvormer constant naar de maximale verhouding
tussen stroom en spanning, om zo een zo groot vermogen te kunnen leveren
aan zijn net.
4.3.2.4 Back-up systeem met zonneomvormer
Als derde punt hebben we de communicatie tussen de zonneomvormer en het
back-up systeem. Deze communicatie loopt slechts in één richting: van het
back-up systeem naar de zonneomvormer. Met andere woorden weet het back-
up systeem niet exact hoeveel elektriciteit er wordt opgewekt door de
zonneomvormer.
Bij deze communicatie wordt er slechts een signaal verzonden. Dit signaal heeft
maar één doel: de opbrengst van de zonnepanelen beïnvloeden. Onder
beïnvloeden, bedoel ik dat het back-upsysteem signalen stuurt naar de
zonneomvormer, die deze al dan niet minder moet omvormen.
72
Deze communicatie gebeurt op basis van frequentiemodulatie van de
netspanning. Men gaat dus met andere woorden spelen met de frequentie die de
Sunny Island maakt om de vermogen output van de Sunny Mini Central en de
Sunny Boy te beperken. Deze modulatie noemt men Frequency-Shift Power
Control (FSPC). Deze modulatie heeft één hoofdzakelijk doel, het voorkomen
van overladen van de batterijen. Dit principe van communicatie ga ik uitleggen
aan de hand van de afbeelding hieronder.
Figuur 69: Frequency-Shift Power Control (FSPC)
Vooraleer ik deze tekening verder ga uitleggen, ga ik even een korte legende
opmaken van alle gegevens die hierop staan vermeld.
- fAC is de basis frequentie die de Sunny Island gaat produceren (In België
zou dit 50 Hz zijn)
- het gebied tussen fAC Delta- en fAC Delta+ is het maximum bereik waarbij
de zonneomvormer actief op het net is geschakeld.
- fAC Start Delta is het punt vanaf wanneer de FSPC begint. Deze
frequentie die gegeven is bij dit punt, is de frequentiestijging t.o.v. de
basis frequentie.
- fAC Limit Delta is het punt vanaf wanneer de zonneomvormer volledig
wordt afgesloten.
Als eerste hebben we de gewone werking. Hier leveren de zonnepanelen
voldoende vermogen om de batterijen op te laden, indien voldoende vermogen;
om ook de pieken in het net op te vangen. Op de curve bevinden we ons op het
punt fAC, en zal de netfrequentie 50 Hz blijven.
Als het vermogen nu voort blijft stijgen tot we een overschot aan vermogen
hebben, treedt de Sunny Island in werking. Als eerste gaat de Sunny island de
frequentie opvoeren om meer vermogen te kunnen afvoeren door het net. Dit is
beperkt tot een stijging van 1 Hz ten opzichte van de basis frequentie (In België
zou dit 51 Hz zijn). Als we de frequentie laten stijgen, krijgen we meer sinussen
per seconden, waardoor er meer vermogen kan afgevoerd worden t.o.v. de
vorige frequentie. Op de curve bevinden we ons tussen de punten fAC en fAC
Start Delta.
73
Als het vermogen na deze stap nog steeds te hoog is gaat de Sunny Island de
frequentie nog opvoeren. Dit gaat dan de vermogen output van de Sunny Mini
Central en de Sunny boy beperken. Deze vermogen output van de Sunny Mini
Central en Sunny Boy wordt naargelang de frequentiestijging steeds minder en
minder. Op de curve bevinden we ons tussen de punten fAC Start Delta en fAC
Limit Delta. Zoals we zien bevindt dit gebied zich tussen een frequentie stijging
tussen de 1 en 2 Hz t.o.v. de basis frequentie (In België zou dit tussen de 51 Hz
en 52 Hz zijn) en wordt de vermogen output van de Sunny Mini Central en de
Sunny Boy geleidelijk aan minder en minder. Op het punt fAC Start Delta levert
de Sunny Mini Central en de Sunny Boy nog zijn volle vermogen. Maar op het
punt fAC Limit Delta levert hij geen vermogen meer.
Als laatste hebben we dan nog de fAC Delta + en -. Dit zijn de punten waarop er
een noodstop wordt uitgevoerd. Zoals we zien liggen deze punten op – en + 4,5
Hz t.o.v. de basis frequentie (In België zou dit 45,5 en 54,5 Hz zijn).
De fAC Delta + noodstop wordt uitgevoerd als de gemeten batterij spanning
hoger is dan de nominale spanning van de batterijen die is ingesteld in het
Back-upsysteem. Als deze noodstop cyclus wordt uitgevoerd, worden de
zonneomvormers meteen volledig van het net gekoppeld. Als dit probleem is
opgelost, wordt er terug een signaal van fAC Delta + op het net gestuurd zodat
de zonneomvormer weet dat hij zich terug op het net mag koppelen.
De fAC Delta – noodstop wordt uitgevoerd als het back-up systeem problemen
heeft met het “maken” van de basis frequentie. Hierdoor wordt de
zonneomvormer terug voor een tijd van het net gekoppeld tot dat het back-
upsysteem de basis frequentie terug heeft gevonden. De zonneomvormer dient
van het net gekoppeld te worden omdat deze zich baseert op de frequentie die
zich op het net bevindt.
4.3.2.5 Back-up systeem met Batterijen
Als voorlaatste punt gaan we het hebben over de communicatie tussen het
back-up systeem en de batterijen. Deze communicatie is niet echt een
communicatie, het back-upsysteem dient hier te weten hoeveel elektriciteit hij
kan opslagen in de batterijen.
Dit gebeurt op basis van een algoritme, die voor geprogrammeerd is in het
back-upsysteem per type batterij. Dit algoritme regelt het laden en het ontladen
van de batterijen en houdt hier rekening met de ouderdom van de batterijen.
Dit algoritme werkt op basis van het meten van de stroom en de spanning die
de batterij levert gedurende een bepaalde tijd. De spanning en de stroom
worden intern door het back-up systeem gemeten. De spanning op de batterijen
wordt gemeten en zo kan men bepalen hoeveel elektriciteit er nog inzit. Verder
wordt de stroom gemeten op tijdbasis, om zo te bepalen hoeveel Ah de batterij
al heeft geleverd of gekregen.
4.3.2.6 Back-up systeem met het elektrisch verbruik
In dit stuk zal u lezen hoe het back-up systeem weet, hoeveel elektriciteit er
gevraagd wordt van het systeem. De referentie van alles is de spanning die op
het back-up systeem wordt ingesteld, in België is dit standaard 230 V.
Als er nu meer verbruik wordt gevraagd, dus meer vermogen gaat in dit geval
de spanning dalen. Als men namelijk meer vermogen vraagt dan dat er
aanwezig is, daalt de spanning en stijgt de stroom. Als de spanning tot onder
een bepaalde waarde daalt, gaat het back-up systeem stappen ondernemen.
Voor deze stappen dien ik te verwijzen naar het hoofdstuk “Principiële werking”.
74
4.4 1 installatie
Nu we weten welke componenten we allemaal gaan gebruiken, kunnen we naar
de volgende stap gaan. In dit hoofdstuk zal u namelijk lezen hoe ik alles
gedimensioneerd heb, doorgaans zal u ook lezen welke methodes en
berekeningen er gebruikt zijn, om zo tot een zekere en stabiele
elektriciteitsvoorziening te komen. Als we alles gedimensioneerd hebben volgt er
een prijsberekening, hieruit kunnen we afleiden wat de kostprijs is en wanneer
we dit terug verdient hebben.
4.4.1 Dimensioneren
Vooraleer we een prijs kunnen berekenen moeten we van elk component het
volgende weten: het aantal, het type en het vermogen dat het component
aankan of kan leveren. In dit hoofdstuk zal u al dit te weten komen.
Voor we beginnen met dimensioneren gaan we ons verbruiksprofiel nog eens
bekijken. Het verbruiksprofiel is gebaseerd op 2 woningen. Om deze installatie
juist te dimensioneren ben ik vertrokken van dit verbruiksprofiel.
Figuur 70: Dimensionerings verbruiksprofiel
Nu we dit verbruiksprofiel bekeken hebben kunnen we verder gaan met de
dimensionering van onze installatie, dit zal component per component bepaald
worden.
4.4.1.1 Bluegen
Ten eerste hebben we de Bluegen, we weten dat deze onder normale
omstandigheden op 30 % van zijn nominaal vermogen zal draaien. Met deze 30
% dienen we slechts rekening te houden, in het geval van een noodtoestand
(Bluegen op 100 % van zijn nominaal vermogen) dienen we geen rekening te
houden. Als we kijken naar “Bijlage 3 – Datasheet Bluegen”, kunnen we
besluiten dat de Bluegen 500W levert als hij op 30 % van zijn nominaal
vermogen staat. Nu dienen we in ons verbruiksprofiel te kijken, hoeveel de
Bluegen met zijn 500W elektriciteitsproductie kan invullen om onze vraag te
dekken.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
10000
0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00
Verbruiksprofiel
Verbruiksprofiel 2 woningen
baseload
75
Figuur 71: Deel Bluegen Verbruiksprofiel
Zoals we zien op de afbeelding hieronder, is de 500 W elektrische productie juist
voldoende om de baseload van ons verbruiksprofiel op te vullen.
Verdere dimensionering is bij de Bluegen niet vereist.
4.4.1.2 Zonnepanelen
Nu we weten dat onze baseload van ons verbruiksprofiel opgevuld is, dienen we
ook de pieken van ons verbruiksprofiel op te vullen. Dit gaan we doen met
behulp van batterijen en zonnepanelen. Eerst gaan we de zonnepanelen
dimensioneren, voordat we kunnen bepalen, hoe groot onze batterijen moeten
zijn.
we weten dat als de baseload weg valt, ons verbruiksprofiel er zo uit ziet:
Figuur 72: Verbruiksprofiel - Bluegen
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00
Verbruiksprofiel
Verbruiksprofiel 2 woningen
Bluegen
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00
Verbruiksprofiel
Verbruiksprofiel - Bluegen
76
Als we dit bekijken zien we dat er nog steeds een grootdeel moet opgevangen
worden door zonnepanelen. Deze moeten gedimensioneerd worden op al deze
pieken, maar de zon schijnt toch altijd niet? Dat is waar, maar de zonnepanelen
dienen al deze pieken op te vangen. De energie van de zonnepanelen zal
namelijk de batterijen opladen, die de pieken buiten de zonnen uren voor hun
rekening nemen.
Alvorens we beginnen met dimensioneren moeten we weten hoeveel kWh we
per dag moeten opvangen, dus we moeten de oppervlakte onder de vorige
grafiek bepalen. Dit ga ik als volgt aanpakken:
1) Eerst ga ik alle vermogens vermenigvuldigen met 0,25, om zo te weten
te komen hoeveel Wh deze opleveren per kwartier.
2) Daarna ga ik al deze vermogens optellen, zodat ik weet hoeveel Wh er
gevraagd wordt gedurende 1 dag.
3) Vervolgens ga ik dit vermogen delen door 1000, om te weten te komen
hoeveel kWh er gevraagd wordt gedurende 1 dag.
Als ik deze berekeningen uitvoer, weet ik dat er op een dag 22,24 kWh verbruikt
wordt door de pieken. Het probleem schuilt er in dat dit meestal wordt berekend
op basis van 1 jaar. We moeten dit verbruik nog omzetten naar het verbruik
voor 1 jaar hier dient er ook rekening gehouden te worden met het
schrikkeljaar. Door het schrikkeljaar gaan we dit niet vermenigvuldigen met 365
maar met 366. Zodat we in een schrikkeljaar niet zonder elektriciteit komen te
zitten. Als we de berekening hebben uitgevoerd, kunnen we afleiden dat er per
jaar 8140,51 kWh, door onze zonnepanelen installatie moet worden opgewekt.
Als we dit weten kunnen we gaan bepalen hoeveel panelen we moeten leggen
voor dit verbruik te dekken.
Eerst moeten we weten hoeveel de zonnestralingsenergie per jaar in België is.
Dit is 1000 kWh/m².
Als 2de stap gaan we kijken welk rendement onze zonnepanelen hebben. Voor
het exacte rendement dienen we volgende berekening te maken: η = vermogen
van een zonnecel / (invallende zonnestraling per jaar . ( aantal cellen in een
paneel . oppervlakte van een zonnecel)).
Deze gegevens kan men aflezen van “Bijlage 2 – Datasheet gebruikte
zonnepanelen”. Als we deze formule invullen, krijgen we het volgende: η = 250
W / ( 1000 kWh/m² . ( 120 . 0,078 m . 0,156 m)) = 17,12 %
Als laatste punt is het belangrijk om te weten hoe ons dak georiënteerd is.
Omdat ik het verbruiksprofiel van thuis heb genomen ga ik hier ook de
dakoriëntatie van nemen. Hier moeten we een coëfficiënt uit bepalen, deze
coëfficiënt wordt bepaalt met de tabel van Hespul. Het dak dat ik gebruik staat
pal in het oosten en heeft een helling heeft van 45°. We kunnen deze coëfficiënt
bepalen met behulp van de tabel op de volgende pagina. Deze coëfficiënt
bedraagt 0,8.
77
Figuur 73: Tabel van Hespul
Nu we al deze gegevens hebben, kunnen we berekenen hoeveel kWh er
effectief wordt geleverd door de zonnepanelen per m². Dit gaan we berekenen
met volgende formule: W/m² = invallende zonnestaling per jaar . 0,85 .
rendement van de module . coëfficiënt tabel van haspel
Hier zien we nog een getal staan dat ik nog niet verklaard heb: 0,85. Een
zonnepaneel bestaat niet enkel uit zonnecellen, maar ook uit een
draagconstructie om deze te ondersteunen. De verhouding van de
oppervlaktezonnecellen t.o.v. de totale oppervlakte is 0,85.
Als we deze formule invullen krijgen we het volgende: W/m² = 1000 kWh/m² .
0,85 . 17,12 % . 0,8 = 116,43 kWh/m².
Nu we weten dat de panelen per vierkante meter 116,43 kWh opleveren,
kunnen we bepalen hoeveel panelen we nodig hebben. Eerst gaan we bepalen
hoeveel energie we per jaar uit onze zonnepanelen moeten halen voor ons
verbruik te kunnen dekken op jaarbasis.
We weten dat we een jaarlijks verbruik van 8140,54 kWh moeten kunnen
dekken aan de wisselspanningskant. De elektriciteit die van de zonnepanelen
komt dient nog omgezet te worden van de gelijkspanning naar de
wisselspanning. Deze omvormer heeft ook een omzettingsrendement, alle
energie van de gelijkspanningskant wordt niet allemaal omgezet in
wisselspanning (dit heeft te maken met omzettingsverliezen enz.). In de
Datasheet van onze omvormer kunnen we het omzettingsrendement van elk
type vinden, deze datasheet kan je vinden in “Bijlage 9 – Catalogus SMA”. Als
we hier een kijkje nemen, zien we dat het gemiddelde van elke omvormer
ongeveer 97,5 %. Als we deze gegevens nu in de volgende formule gieten: WDC
= WAC / η, weten we hoeveel energie onze panelen op jaarbasis moeten kunnen
opvangen. Als we deze invullen en uitrekenen zien we, dat onze zonnepanelen
8349,27 kWh moeten kunnen leveren op jaarbasis.
Als we dit weten kunnen we gaan berekenen hoeveel zonnepanelen we nodig
hebben, om deze installatie van elektriciteit te voorzien. Dit gaan we doen met
behulp van volgende formule: Aantal zonnepanelen = WDC / (opbrengst
zonnepanelen/m² . (aantal cellen in een paneel . oppervlakte van een
zonnecel))
78
Als we deze formule invullen krijgen we het volgende resultaat: Aantal
zonnepanelen = 8349,27 kWh / ( 116,43 kWh/m² . (120 .0,078 m . 0,156 m))
= 49,11 panelen = 50 panelen. Om heel ons verbruik te kunnen dekken hebben
we dus 50 zonnepanelen nodig van het type dat ik gebruik, dit komt overeen
met een oppervlakte van 73 m².
Dit is veel te veel voor op één dak te
leggen. We weten dat er op één dak een
gemiddelde 30 m² beschikbaar is. Er zijn
genoeg alternatieven om dit plaats
gebrek op te lossen (bv. carport met
zonnepanelen). Dit heb ik niet verder
uitgewerkt, omdat dit buiten mijn
stageopdracht staat.
4.4.1.3 Zonneomvormer
Nu we weten hoeveel zonnepanelen we gaan plaatsen, kunnen we bepalen
welke omvormer we nodig hebben, om deze zonne-energie bruikbaar te maken
voor de mens.
Eerst moeten we gaan kijken hoeveel het maximaal DC vermogen is dit kan
men vinden aan de hand van “Bijlage 2 – Datasheet gebruikte zonnepanelen”.
Dit gaan we berekenen met behulp van volgende formule: Pmaxtot = Pmax1ZP .
aantal zonnepanelen. Als we deze formule invullen levert ons dit het volgende
op Pmaxtot = 250 W . 50 panelen = 12 500 W = 12,5 kW
Als we dit weten moeten we kijken welke omvormers er beschikbaar zijn.
Belangrijk is het om rekening te houden met het DC vermogen dat de
omvormer nodig heeft.
Verder dienen we ook te zien dat deze kan gebruikt worden bij een off-grid
systeem, als dit niet zo is beschikt deze omvormer niet over FSPC (Frequency-
Shift Power Control). Als deze omvormer niet beschikt over het FSPC, betekent
dit dat de zonneomvormer niet kan communiceren met het back-up systeem.
Dit is dus essentieel, om deze installatie goed te laten functioneren.
Als we deze twee voorwaarden in acht nemen, zien we dat er twee omvormers
in het oog springen: de “Sunny Mini Central” en de “Sunny Boy”. Na de
informatie ga ik beslissen welk type ik kan. Hiervoor ga ik eerst gebruik maken
van het programma Sunny Design. Met deze software kan je alle panelen en
gegevens ingeven, daarna berekent het programma welke omvormer het best
aangeraden is, om gebruik te maken in deze installatie.
Na het ingeven van de parameters in dit programma, raadt het programma
volgende omvormers aan: Sunny Mini Central 10000 TL en Sunny Boy 2500 TL.
Nu we onze omvormers gekozen hebben, moeten we nog weten hoeveel strings
elke omvormer heeft en wat hun spanningsbereik is op deze ingangen. Dit
hebben we nodig om te kunnen bepalen, hoeveel panelen er per string mogen
geplaatst worden.
Figuur 74: Carport met zonnepanelen
79
Waarom dient dit bepaald te worden? De cellen die in een zonnepaneel zitten
zijn temperatuursgevoelig. De spanning die de cellen levert wijzigen naar gelang
de temperatuur wijzigt. Het is belangrijk om hier twee situaties te berekenen:
bij warme temperaturen en koude temperaturen.
Als dit niet goed gebeurt kan bij warme temperaturen de spanning van de
bepaalde string zonnepanelen, dalen tot onder het spanningsbereik van de
omvormer. Hierdoor zal de omvormer uitschakelen. Deze gevolgen vallen nog
mee, er gaat namelijk niets stuk. Enkel zullen de zonnepanelen niet maximaal
renderen. Als de temperatuur zeer laag is kan het gebeuren dat de spanning
van een string zonnepanelen, boven het bereik van de omvormer gaat. Dit heeft
schade tot gevolg.
Eerst ga ik dit doen voor de Sunny Mini Central. Als we gaan kijken in “Bijlage 9
– Catalogus SMA”, zien we dat deze omvormer een bereik heeft van 333 tot 500
V. Willen we weten hoeveel strings deze omvormer heeft, moeten we een kijkje
nemen in de software genaamd “Sunny Design”. Hierop kunnen we aflezen dat
deze omvormer 3 strings heeft.
Nu we dit weten, hebben we nog enkele gegevens van de zonnepanelen nodig.
Eerst moeten we weten wat de nominale spanning is, die over een paneel staat
bij 25 °C. Als we een kijkje nemen in “Bijlage 2 – Datasheet gebruikte
zonnepanelen”, zien we dat deze 28,3 V is. Verder dienen we te kijken wat onze
temperatuurscoëfficiënt is. Bij onze soort panelen bedraagt dit -0,1132 V/°C.
Als we dit weten, dienen we nog 2 extreme temperaturen van de zonnepanelen
te bepalen. In de meeste situaties wordt er gerekend met – 10 °C en 60 °C, dit
gaan wij ook doen.
Nu we al deze gegevens weten kunnen we de berekening gaan maken. Dit gaan
we doen met volgende formules:
- Minimum aantal zonnepanelen = Minimaal spanningsbereik omvormer / (
Nominale spanning zonnepanelen + temperatuurscoëfficiënt . ( Maximum
extreme temperatuur – nominale temperatuur zonnecel))
- Maximum aantal zonnepanelen = Maximum spanningsbereik omvormer /
( Nominale spanning zonnepanelen + temperatuurscoëfficiënt . (
Minimum extreme temperatuur – nominale temperatuur zonnecel))
Als we deze formules invullen en uitreken komen we volgende resultaten uit:
minimaal aantal zonnepanelen per string = 14 Panelen, en maximaal aantal
zonnepanelen per string = 15 Panelen.
Nu we dit weten voor de Sunny Mini Central , dienen we dit ook te doen voor de
Sunny Boy. Deze berekeningen zijn juist hetzelfde als bij de Sunny Mini Central,
enkel wijzigt hier het spanningsbereik van de omvormer naar 224 tot 480 V. Als
we willen weten hoeveel strings deze omvormer heeft, moeten we een kijkje
nemen in de software genaamd Sunny Design. Hierop staat dat deze omvormer
1 string heeft. Als we deze berekeningen doen voor deze omvormer komen we
volgende resultaten uit: minimaal aantal zonnepanelen per string = 7 Panelen,
en maximaal aantal zonnepanelen per string = 14 Panelen.
Als laatste stap moeten we gaan beslissen hoeveel zonnepanelen er per string
en per omvormer nodig zijn. Hier voor heb ik het programma Sunny Design
geraadpleegd, deze software heeft mij volgende installatiewijze aanbevolen:
- Sunny Mini Central 10 000 TL : 3 strings van elk 14 panelen (Totaal: 10
500 W),
- Sunny Boy 2500 TL : 1 String van 8 panelen (Totaal: 2 000 W).
80
4.4.1.4 Batterijen
Nu we weten hoeveel zonnepanelen en welke omvormers we nodig hebben,
kunnen we gaan kijken hoe groot de capaciteit van onze batterijen moeten zijn.
Eerst gaan we een kijkje nemen, hoe onze zonneopbrengst verloopt in verband
met de pieken van ons verbruiksprofiel. Hieronder zie je de grafiek, van
enerzijds de pieken van ons verbruiksprofiel en anderzijds de opwekking van de
zonnepanelen.
Figuur 75: Verbruiksprofiel i.v.m. zonneopbrengst
We zien dat onze opbrengst door de zon, veel groter is dan de grootste piek die
er heerst. Waarom is dit? Het verloop dat nu is aangegeven, is van de
zonneopbrengst op dagen die ideaal zijn. Hiermee bedoel ik dat de zon constant
schijnt en er geen bewolking is. Deze dagen zijn zeer zelden in België, hierdoor
zal de piek van de zonneopbrengst in realiteit kleiner liggen dan diegene die nu
is weergegeven.
Verder zien we ook dat de grootste piek zich buiten de zonneopbrengst bevindt,
we dienen deze piek op te vangen met de batterijen die we gaan gebruiken.
Deze batterijen zullen er voor zorgen, dat we onze elektriciteit die we opwekken
met de zonnepanelen, op elk moment kunnen gebruiken.
Nu is de vraag: hoeveel pieken de batterijen moeten kunnen opvangen. Voor dit
te weten dienen we te kijken naar de dagen wanneer de zon het minste schijnt.
Dit is in de winter. Uit ervaring weet ik dat in de winter de zon pas opkomt om
8:00 h en al ondergaat om 17:00 h. We gaan dit aanduiden op de grafiek.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
14000
0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00
Verbruiksprofiel
Verbruiksprofiel - Bluegen
Zonneopbrengst
81
Figuur 76: Energie opslag in batterijen
Wanneer we dit aanduiden krijgen we een beter overzicht, wat de batterij moet
opvangen en wat de zon moet opvangen. Als we naar de grafiek kijken, zien we
dat de grootste pieken steeds moeten opgevangen worden door de batterijen.
Alles wat onder de curve van de batterijopslag ligt, moet opgevangen kunnen
worden door de batterijen.
Als we dit weten kunnen we de berekening maken van hoeveel kWh we effectief
dienen op te slagen. Dit gebeurt op basis van een dag. De batterijen zullen zich
met andere woorden op een dag volledig opladen en ontladen. Als we deze
berekening maken komen we uit op 15,38 kWh per dag.
Door deze berekening zijn we al een stuk dichter bij dimensioneren van de
batterijen. Als we het aantal kWh hebben, weten we nog niet hoeveel Ah de
batterij moet hebben. Dus we dienen het aantal kWh nu nog om te rekenen
naar een eenheid die gebruikt wordt om de energieopslag van een batterij aan
te duiden: Ah.
Voor we dit gaan berekenen, moeten we eerst gaan kijken naar de spanning,
waarop ons back up systeem werkt. We zien in “Bijlage 9 – Catalogus SMA”, dat
dit type omvormers werkt op een DC spanning van 48 V.
Nu, kunnen we gaan berekenen hoeveel Ah we nodig hebben om deze energie
allemaal op te slagen. Dit kunnen we eenvoudig berekenen door onze energie te
delen door de spanning van onze batterijen, als we deze formule invullen komen
we uit op het volgende: 15 380 Wh / 48 V = 320 Ah.
We weten hoe groot de capaciteit moet zijn van onze batterijen: 320 Ah, maar
we zijn er nog niet volledig. We moeten ook nog rekening houden, met de
batterijen. Ze mogen niet volledig ontladen worden. De batterijen die we gaan
gebruiken (litium-ion), mogen tot 80 % van hun volledige capaciteit ontladen.
Dit dienen we ook nog in rekening te brengen, als we dit doen zien we dat we
een totale capaciteit nodig hebben van 400 Ah.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
14000
0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00
Verbruiksprofiel
Verbruiksprofiel - Bluegen
Zonneopbrengst
Batterij opslag
82
Door deze berekeningen weten we dat we een capaciteit van 400 Ah nodig
hebben, om onze energie in op te slagen. Daarbij hebben we een klemspanning
van 48 V nodig, om het compatibel te maken met het back-up systeem.
Als we kijken naar welke batterijen er beschikbaar zijn op de markt zijn er 2
grote groepen die in aanmerking komen voor dit systeem: de batterijen op 24 V
en de batterijen op 48 V. Na onderzoek heb ik toch besloten om voor batterijen
van 48V te gaan, om de schakeling zo eenvoudig mogelijk te maken. Verder is
het ook goedkoper om batterijen van 48 V te gebruiken, omdat men hierdoor
minder aantal van batterijen nodig heeft.
Volgens “Bijlage 11 – Datasheet Evolion batterij”, hebben deze batterijen een
klemspanning van 48 V en een capaciteit van 77 Ah. Dit betekent dat we
meerdere batterijen parallel moeten schakelen om aan de gewenste 400 Ah te
komen.
We kennen de capaciteit van één batterij en onze gewenste capaciteit, dus
kunnen we gaan uitrekenen hoeveel batterijen we nodig hebben. Als we dit
berekenen komen we uit op 5,2 batterijen, dit bestaat uiteraard niet. Na nader
overleg heb ik besloten om 5 batterijen te gebruiken van 77 Ah die in parallel
geschakeld zijn, goed voor een capaciteit van 385 Ah, hieronder zie je een foto
van de gewenste parallelschakeling van de batterijen.
Figuur 77: Gewenste batterij configuratie
83
4.4.1.5 Back-up systeem
Nu we weten hoeveel capaciteit we nodig hebben aan batterij opslag, kunnen
we verder gaan met het dimensioneren van het back-up systeem. Als we dit
willen doen moeten we gaan kijken wat onze piek vermogens zijn in ons
verbruiksprofiel. Hieronder zie je een afbeelding van ons verbruiksprofiel. Hierop
zien we dat ons piekvermogen rond de negen kW ligt, we hebben een systeem
nodig negen kW kan leveren.
Figuur 78: Verbruiksprofiel woning
Als we gaan kijken naar de omvormers die er beschikbaar zijn voor dit systeem,
zien we dat er één omvormer is die in aanmerking komt namelijk de SMA Sunny
Island 5048. Deze omvormer heeft een vermogen van 5 kW en heeft een
batterij spanning van 48 V, deze gegevens zijn terug te vinden in “Bijlage 9 –
Catalogus SMA”
Van de SMA Sunny Island 5048 moeten we er 2 installeren, om zo aan die 9 kW
piek vermogen te kunnen voldoen.
4.4.1.6 Beveiligingen
Nu we weten welk type toestellen we gaan gebruiken kunnen we gaan bepalen,
hoe we deze toestellen gaan beveiligen tegen overbelasting en kortsluiting. Hier
wordt enkel berekend hoe groot elke beveiliging moet zijn, de andere gegevens
kan u terug vinden in het deel “4.3.1.3 Beveiligingen”
Ik ga steeds beginnen met de nominale of maximale stroom van elk toestel, om
zo te kunnen besluiten welk ampérage van beveiligingen we moeten nemen.
Daarna ga ik nog iets vertellen over het ampérage van de hoofdautomaat en de
differentieelschakelaar.
Als eerste toestel hebben we de Bluegen, dit toestel heeft een maximum
vermogen van 1,5 kW en levert een spanning van 230 V. Als we willen weten
welke kaliber van beveiliging we nodig hebben, dienen we te weten hoeveel
stroom deze kan leveren. Als we de nominale stroom uitrekenen, komen we op
+/- 6,5 A. Automaten zijn er natuurlijk niet in alle soorten ampérages, hiervoor
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00
Verbruiksprofiel
Verbruiksprofiel 2 woningen
84
zijn er speciaal genormaliseerde ampérages. Als we dit bekijken, zien we dat
voor deze toepassing de automaat van 10 A, de beste keuze is.
Daarna hebben we de beveiligingen van de zonneomvormers, hier hebben we 2
verschillende typens: SMA Sunny Boy 2500TL en de SMA Sunny Mini Central
10000TL. Dit wil zeggen dat er 2 verschillende zekeringen bepaald moeten
worden.
Allereerst hebben we de Sunny Boy 2500TL, als we in de technische
specificaties kijken zien we dat deze omvormer een maximale stroom kan
leveren van 12,5 A aan de wisselspanningzijde. Als we nu gaan kijken naar de
verschillenden genormaliseerde ampérages, zien we dat de automaat van 16 A
de beste keuze is bij deze omvormer.
Als tweede omvormer hebben we de Sunny Mini Central 10000TL, als we in
de technische specificaties kijken, zien we dat deze omvormer een maximale
stroom kan leveren van 44 A aan de wisselspanningzijde. Als we nu gaan kijken
naar de verschillenden genormaliseerde ampérages, zien we dat de automaat
van 50 A het beste past bij deze omvormer.
Als voorlaatste “toestel” hebben we de 2 Sunny Islands 5048, zoals u ziet op
het schema worden deze apart afgezekerd. Hierbij gaan we bijna hetzelfde
tewerk als bij de vorige omvormers, we gaan kijken wat de nominale stroom is
dat de omvormer kan leveren aan zijn wisselspanningzijde en niet de maximum
stroom. Voor deze omvormers bedraagt dit 21,7 A. Als we terug gaan kijken
naar de genormaliseerde ampérages, zien we dat hierbij de automaat van 25 A
het beste past in deze context.
Als laatste “toestel” hebben we de 5 lithium-ion
batterijen (batterijbank). Deze batterijen dienen
enkel in groep als een batterijbank te worden
afgezekerd. Waarom alleen in groep? Elke lithium-ion
batterij is namelijk voorzien van een eigen
regelsysteem, dat al vanuit de fabriek is ingesteld. Het
regelsysteem beschermt en regelt de werking van de
batterij, het enige wat wij nog moeten doen, is een
voorzien beveiliging tegen kortsluiting en overbelasting.
Hiervoor dienen we na te kijken, hoeveel de maximum
laadstroom is dat onze omvormer kan leveren. Dit
kunnen we opzoeken in “Bijlage 9 – Catalogus SMA” en dan zien we dat dit 120
A is. Verder dienen we dan de beveiliging te kiezen, welke aangeraden wordt
door de fabrikant. Het is vanzelfsprekend dat we de zekeringen van 125 A gaan
nemen. Verder hebben we nog de keuze tussen 2 polen en 6 polen, hier gaan
we 6 polen nemen. We hebben hier slechts 4 polen nodig, maar deze wordt
door de fabrikant niet aangeboden. Nu we dit weten, kunnen we besluiten dat
we de Batfuse van het type B.03 gaan nemen.
Nu we elk toestel apart besproken hebben, kunnen we de grote bepalen van het
ampérage voor de hoofdautomaat en de differentieelschakelaar die we
moeten hebben in onze installatie. De hoofdautomaat en de
differentieelschakelaar worden namelijk even groot genomen, omdat hierbij
geen enkele verbruikers tussen staan. Als we heel onze installatie bekijken zien
we dat onze grootste automaat 50 A is. Ik heb besloten om een soort
selectiviteit in te bouwen, om te kiezen voor een automaat van 63 A, voor de
hoofdautomaat en de differentieelschakelaar.
Figuur 79: Batfuse
85
4.4.1.7 Geleiderdoorsnede
Na het vastleggen van alle beveiligingen, kunnen we aan de hand daarvan
bepalen wat onze geleiderdoorsnede moet zijn. Dit is een zeer belangrijk aspect
in onze installatie, als dit verkeerd gebeurt kan dit zware gevolgen hebben
(zoals o.a. brand, defecte machine).
Als dit verkeerd gebeurt, kan bij het kiezen van een te kleine geleiderdoorsnede,
de geleider functioneren als weerstand. Wat ernstige gevolgen kan hebben voor
de mens (brand), maar ook voor de aanwezige machines (functioneren niet naar
behoren). Als we daarentegen de geleiderdoorsnede te groot kiezen, heeft dit
geen rechtstreekse effecten. Enkel is dit weggesmeten geld, omdat deze
geleiderdoorsneden te groot zijn wordt er meer koper gevraagd, om deze te
maken, waardoor ze duurder zijn. Men weet dat het systeem met een
goedkopere en kleinere kabeldoorsnede ook goed werkt.
Vooraleer we beginnen met het dimensioneren van de geleiderdoorsneden,
dienen er 2 onderscheiden gemaakt te worden: de gelijkspanningsleidingen en
de wisselspanningleidingen.
De gelijkspanningsleidingen zijn de leidingen waar gelijkspanning op staat. Hier
zijn er 2 verschillende leidingen: de stringleidingen en de batterijleidingen. De
stringleidingen zijn de leidingen die van de zonnepanelen naar de
zonneomvormer worden gestuurd, om daar de elektriciteit van de zonnepanelen
om te vormen tot een bruikbare elektriciteitsbron. De batterijleidingen zijn de
leidingen die van de batterijen naar het back-up systeem gaan, om daar de
elektriciteitopslag van de batterijen om te vormen tot een bruikbare
elektriciteitsbron.
Bij deze gelijkspanningsleidingen worden geen wetten opgelegd, maar tips
gegeven. Deze tips ben je niet verplicht te volgen, maar is wel aan te raden om
in de toekomst geen problemen te krijgen in de installatie.
Ten eerste hebben we de stringleidingen. Bij het bepalen van deze leidingen,
dienen we rekening te houden met de geleiderdoorsneden die het programma
“Sunny Design” ons aanraadt. Als we onze installatie hierop configureren, zien
we dat dit programma een geleiderdoorsnede aanraadt van 4 mm². Dus elke
string die van de panelen naar de omvormer gaat, moet voorzien worden met
een geleiderdoorsneden van 4 mm².
Als laatste hebben we de batterijleidingen. Bij het bepalen van deze leidingen,
moeten we kijken in de installatie handleiding van de Sunny Island, deze kan u
vinden in “Bijlage 6 – Installatie handleiding Sunny Island”. Als we hier
doorbladen, vinden we drie voorstellen die de fabrikant doet: 35 mm², 50 mm²
en 70 mm². Hierbij staat dat men de kabel moet kiezen op basis van de
afstand tussen de omvormer en de batterijen. De meest courante afstand is 10
meter tussen deze 2 toestellen, wat betekent dat we een kabellengte van 20
meter tussen de toestellen hebben. Er staat ook vermeld, dat het aan te raden
is dat de geleiderdoorsneden 50 mm² is. Desondanks ga ik kiezen voor een
geleiderdoorsneden van 70 mm², omdat men nog steeds te maken heeft met
allerlei contact weerstanden en 20 meter kabel is snel behaald: met de
geleiderdoorsneden van 70 mm² is het mogelijk om een afstand te
overbruggen tot 15 m (dit betekent 30 m kabel) tussen de omvormer en de
batterijen.
86
Ten tweede hebben we de wisselspanningleidingen. Deze leidingen zijn al de
andere leidingen, die zich in de installatie bevinden. Op deze leidingen staan
uiteraard wisselspanning. Als men deze leidingen wilt dimensioneren moet men
rekening houden met de regels dat het A.R.E.I (Algemeen Reglement op
Elektrische Installaties) oplegt. Hieronder zie je de tabel die het A.R.E.I oplegt,
om er gebruik van te maken in een elektrische installatie.
Geleiderdoorsnede van de
geleider (mm²)
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35
Nominale stroom van de
automatische schakelaar (A)
16 20 25 40 63 80 100 125
Tabel 5: Nominale stroom i.v.m. de geleiderdoorsnede volgens het A.R.E.I
Als we hier gaan kijken, ziet men dat het A.R.E.I, per ampérage van een
automaat, een minimum oplegt om te gebruiken bij een geleiderdoorsneden. Dit
zijn minimum geleiderdoorsneden, je mag dus ook perfect gebruik maken van
een grotere geleiderdoorsneden bij een bepaald ampérage.
Nu we dit weten kunnen we gaan bepalen welke geleiderdoorsneden we waar
moeten gebruiken in onze installatie. Dit ga ik uitleggen met de principe
tekening die ik hieronder heb getekend.
Figuur 80: Principe tekening
Bij deze tekening gaan we van beneden naar boven dimensioneren. Helemaal
onderaan de tekening zien we de leiding die in de straat ligt. Deze leiding is
aan de beide kanten afgezekerd met een automaat van 63 A. Als we nu een
kijkje nemen in de tabel, zien we dat deze leiding een geleiderdoorsneden van
10 mm² dient te hebben. Deze 10 mm² geleiderdoorsneden zal ook in de rest
van de zekerkast te vinden zijn. Deze geleider wordt namelijk doorverbonden
naar al de andere automaten. Er wordt een andere geleiderdoorsnede gebruikt
vanaf de automaten naar de andere toestellen.
87
Als we de regels van het A.R.E.I toepassen op de rest van de installatie, krijgen
we volgende configuratie:
Toestel SMA Sunny
Boy 2500 TL
SMA Sunny
Mini Central
10000 TL
SMA Sunny
Island 5048
Bluegen
Ampérage
automaat
16 A 50 A 25 A 10 A
geleiderdoorsneden 2,5 mm² 10 mm² 4 mm² 2,5 mm²
Tabel 6: A.R.E.I toegepast op heel de installatie
Als we naar deze configuratie kijken zien, we dat er drie bijzonderheden
aanwezig zijn. Deze zijn in de tabel hierboven in het vet gearceerd.
Ten eerste hebben we de geleiderdoorsneden van de Bluegen en de SMA Sunny
Boy 2500 TL, hier zou ook een geleider met een dunnere doorsnede voldoen.
Nochtans heb ik gekozen, om deze te voorzien met geleiders van 2,5 mm². Dit
heb ik gedaan om toch een duidelijk contrastverschil in de installatie te
bekomen. In het A.R.E.I staat namelijk ook het volgende: stopcontacten worden
met geleiders van 2,5 mm² voorzien en de verlichting wordt met een geleider
van 1,5 mm² voorzien. Als ik dit lees, vind ik dat er een duidelijk contrast moet
aanwezig zijn tussen de verlichting en de andere toestellen. Door dit aspect heb
ik gekozen om deze twee opwekkers te voorzien, met geleiders die een
doorsneden hebben van 2,5 mm².
Als laatste hebben we de geleiderdoorsneden van de SMA Sunny Mini Central
10000 TL. Dit is eerder een buitenbeentje. Het A.R.E.I beschrijft namelijk niets
over een automaat van 50 A. We weten dat de aangeraden geleiderdoorsneden
bij 40 A, 4 mm² is en bij 60 A, 10 mm² is. Daarom moeten we bij dit toestel
voor het grootste kiezen, namelijk een geleiderdoorsneden van 10 mm².
4.4.2 Prijsberekening
In dit deel zal vertelt worden hoeveel zo’n installatie kost, hoeveel we betalen
per kWh en wat voor maatregelen we moeten nemen, om zo’n installatie echt
rendabel te maken.
4.4.2.1 Prijs voor één installatie
Eerst ga ik u laten zien hoeveel één installatie kost. Ik heb hier namelijk een
voorbeeldofferte van gemaakt. Deze volledige offerte kan u terug vinden in
“Bijlage 18 – Prijsofferte”. Als we een kijkje nemen in deze offerte, zien we dat
de volledige installatie zo’n € 74 579,77 kost.
4.4.2.2 Normale omstandigheden t.o.v. off-grid omstandigheden
Ten eerste ga ik u laten zien hoeveel u normaal betaald voor uw
elektriciteitsfactuur. Hiervoor ga ik het verbruiksprofiel nemen en uitrekenen
hoeveel kWh een huishouden gemiddeld verbruikt op jaarbasis.
Als we deze berekening maken weten we dat het huishouden van het
verbruiksprofiel gemiddeld zo’n 6 101,86 kWh per jaar verbruikt.
88
Nu we weten hoeveel kWh we per jaar verbruiken, gaan we bekijken hoeveel u
aan elektriciteit betaald gedurende 15 jaar. Waarom gedurende 15 jaar? De
gemiddelde levensduur van een installatie is namelijk 15 jaar. Hiervoor heb ik
volgende gegevens gebruikt:
- Elektriciteitstarief aan € 0,24 per kWh,
- Een stijging van de elektriciteitsprijs van gemiddeld 5% per jaar.
Als we deze gegevens invoeren komen we het volgende uit voor 15 jaar:
Tabel 7: Bedrag elektriciteitsfactuur na 15 jaar
Als we dit bekijken zien we dat we na 15 jaar zo’n € 31 600,65 moeten betalen
voor één woning en € 61 201,30 voor twee woningen.
Nu weten we hoeveel de kostprijs is, als we op het net blijven. Ik ga nu
berekenen hoeveel het kost, om met deze off-grid installatie te werken.
Vervolgens gaan we kijken wat we moeten betalen gedurende 15 jaar, om onze
installatie draaiend te houden. We zien dat er 2 aspecten zijn, die ons per jaar
geld kosten. Het gasverbruik van de Bluegen en het onderhoudscontract van de
Bluegen. Het onderhoudscontract is een vast bedrag dat men jaarlijks moet
betalen. Voor het verbruik dienen we eerst in te schatten, hoeveel gas de
Bluegen gemiddeld verbruikt op jaarbasis. Door dit uit te rekenen komen we op
een gemiddeld verbruik van 9 125 kWh.
Voor deze berekening heb ik volgende gegevens gebruikt:
- Gastarief aan € 0,0537 per kWh,
- Onderhoudscontract van € 750 per jaar,
- Een stijging van de gasprijs van gemiddeld 2 % per jaar.
89
Door deze gegevens in te voeren zien we het resultaat voor 15 jaar:
Tabel 8: Te betalen bedrag na 15 jaar met een off-grid installatie
Als we deze tabel bekijken, zien we dat we voor 2 woningen na 15 jaar zo’n €
21 823,77 moeten betalen. Er is namelijk maar één Bluegen voor de twee
woningen.
We kunnen nu de berekening maken, om te zien hoeveel we kunnen besparen
met deze installatie. Uit deze berekeningen kunnen we afleiden dat we om de 15
jaar zo’n € 41 377,53 kunnen verdienen. Het loont dus wel de moeite, om een
dergelijk installatie te plaatsen. Deze calculatie bevat de werkelijke besparing,
maar de kostprijs ervan de installatie is er niet in verwerkt.
4.4.2.3 Verbruikstarieven
Tijdens mijn eindwerk heb ik me gebaseerd op het principe van
verbruiksmeters, die de stroom kunnen meten in 2 richtingen. Zo weet men
hoeveel elke buur verbruikt aan elektriciteit. Op dit verbruik zou men dan een
tarief moeten betalen. Tijdens dit deel ga ik uitwerken wat ik oorspronkelijk voor
ogen had, en ook een besluit nemen.
Voor we dit kunnen berekenen, moeten we een elektriciteitstarief opstellen.
Zodat we dit tarief verder kunnen gebruiken tijdens de berekeningen. Ik dacht
aan een tarief van € 0,12 per kWh, zo zijn we de helft goedkoper als de
elektriciteit die we van het net nemen.
Verder dienen we nog te weten hoeveel elektriciteit ieder verbruikt, door
gebruik te maken van de Bluegen of zonnepaneleninstallatie op jaarbasis. Als
we dit uitrekenen komen op het volgende uit:
Tabel 9: Kosten op jaar basis
90
Als we deze berekening maken, zien we dat dit namelijk helemaal niet eerlijk
gebeurt. Ik dacht in het begin van deze installatie, dat de Bluegen voldoende en
nog meer zou opwekken dan de zonnepanelen installatie. Om zo zijn kosten van
het gasverbruik te kunnen dekken en nog winst te maken. Bij het verder
doorlopen van de installatie ben ik dus te weten gekomen dat dit niet zo is.
Door de berekeningen zijn we dus te weten gekomen, dat het oorspronkelijk
principe niet rendabel en eerlijk is. We moeten dus met een nieuw idee komen,
het tweede idee dat ik voor ogen heb is vrij eenvoudig: de kosten van het
verbruik (gasverbruik + jaarlijks onderhoud) van de Bluegen delen door twee en
ieder gezin betaald een deel. Als we dit toepassen krijgen we volgend resultaat:
Tabel 10: Prijs per kWh met tweede idee
Als we naar onze tabel kijken, zien we dat we in onze opzet geslaagd zijn. De
energieprijs is meer dan de helft goedkoper. De energieprijs zal nog wel
schommelen naar gelang de gasprijs stijgt of daalt, maar desondanks hebben
we veel meer stabiele elektriciteitsprijzen als voorheen (gasprijzen stijgen met
een gemiddelde van 2 % per jaar en de elektriciteitsprijzen van het net stijgen
met een gemiddelde van 5 % per jaar).
4.4.2.4 Terugverdientijd
Nu we al de besparingen kennen die we met het systeem kunnen
verwezenlijken, beginnen we met het berekenen van de terugverdientijd. Dit ga
ik uitleggen met behulp van een tabel. Deze tabel is veel te groot voor in mijn
eindwerk te plaatsen. De resultaten van de tabel zal ik hier verklaren, als je de
tabel zelf wil zien dan moet je een kijkje nemen bij “Bijlage 19 -
Terugverdientijd”. Dit is een Excel bestand met verschillende tabbladen, hierop
staan ook de tabellen die ik in voorgaande opgave heb gebruikt. Het tabblad dat
hier van toepassing is, is deze van de terugverdientijd.
In dit Excel bestand zie je drie aparte groepen: één voor elektriciteit, één voor
gas en éénn voor de terugverdientijd van de installatie. De eerste twee zijn
bijkomende informatie, waar het echt over gaat is de groep met de
terugverdientijd. Hierop zien we 4 kolommen. Één met het aantal jaren dat de
installatie in gebruik is. Één andere kolom met de som van alle
elektriciteitsfacturen, die men zou moeten betalen, zonder de off-grid installatie.
Dit gedurende 22 jaar. De volgende kolom is de kolom met de som van alle
gasfacturen die men zou moeten betalen, indien men wel kiest voor een off-grid
91
installatie en de laatste kolom met de besparingen die men optelt gedurende 22
jaar.
Als we nu een kijkje nemen naar de laatste kolom “Effectieve Besparing”, ziet
men het kapitaal, dat men gedurende deze periode bespaart. Hiernaast vind je
de installatie prijs. Om te weten wanneer we onze installatie terug verdient
hebben, kijken we wanneer onze besparing even groot is, of groter is dan de
installatieprijs. In ons geval is dit na 22 jaar.
We zitten hier dus met een probleem: de installatie gaat 15 jaar mee, maar is
pas op 22 jaar terug verdient. Mijn conclusie is, dat het momenteel niet
rendabel is om zulke installatie te kopen. Er zullen hiervoor maatregelen moeten
genomen worden.
4.4.2.5 Besparingsmaatregelen
Zoals ik hierboven heb vermeld, is de installatie die ik heb uitgewerkt technisch
haalbaar, maar financieel niet. Nu zijn er enkele maatregelen, die we kunnen
nemen om de installatie goedkoper te maken, zonder afbreuk te doen aan het
geheel.
Eerst bekijken we hoeveel de installatie maximum mag kosten. We gaan het
break-evenpoint zoeken. Als we weten dat onze installatie gemiddeld 15 jaar
meegaat, moeten we gaan kijken naar de besparing die het ons oplevert. Als we
dit gaan opzoeken, zien we dat de installatie maximum zo’n € 41 377,53 mag
kosten.
Nu zijn er volgens mij 3 methodes om dit te bereiken:
- Subsidies van de overheid,
- Bestaande componenten vervangen,
- Wachten tot het goedkoper wordt.
Ten eerste hebben we de subsidies. Als de overheid hiermee instemt, zou deze
een bijdrage van € 33 202,24 moeten geven per installatie. Dit is veel geld en
dit zie ik niet direct gebeuren.
Ten tweede bestaat er de mogelijkheid om componenten te vervangen door
goedkoperen componenten. Zelf denk ik dan, aan de zonnepanelen (vb.
fabrikant of soort veranderen) en de batterijen (vb. fabrikant of soort
veranderen). Van de rest zou ik afblijven, omdat deze componenten speciaal
afgesteld zijn op elkaar.
In het laatste schuilt de val, als we hier naar kijken moeten we ons de volgende
vraag stellen: “Wanneer wordt iets goedkoper?”. De meeste producten worden
goedkoper als hun afzetmarkt groter wordt en er dus meer geproduceerd wordt.
De boodschap is: we moeten niet wachten tot het goedkoper wordt, als iedereen
zo denkt, dan zijn we nog geen stap verder.
Als besluit van deze methodes kan ik zeggen dat er nooit 1 methode gaat
voorzorgen dat het rendabel wordt. Het moet een samenhang zijn van deze 3
methodes om zo tot een betaalbare oplossing te komen. Verder kan ik zeggen
dat de dure prijs mij niet zou tegenhouden, tegenover de andere voordelen.
92
BESLUIT….
Persoonlijk kan ik zeggen dat ik half geslaagd ben in mijn opzet: het systeem is
technisch haalbaar, maar financieel niet.
Als we kijken naar de technische haalbaarheid, dan zien we dat het systeem
bijna volledig technisch uitvoerbaar is. Het enigste technisch knelpunt, waar er
nog aangewerkt dient te worden is het communicatieprincipe tussen 2 duurzame
opwekkers.
Als we het financieel plaatje bekijken, dan zien we dat deze soort technologie
nog enige financiële steun of aanpassing nodig heeft om echt rendabel te zijn.
Verder ben ik tevreden met de behaalde resultaten. Ik denk echt dat dergelijk
systeem in de toekomst toepasbaar en uitvoerbaar is. Desondanks deze
resultaten zijn er wel enkele nadelen aan verbonden. Zulke installatie weegt
sterk op tegen het voordeel van één volledige onafhankelijkheid. Volgens mij
zijn er drie nadelen: het is onderhoudsgevoelig, kwetsbaar en de opstart
procedure.
Ten slotte hoop ik, dat dit project heeft aangetoond, dat het mogelijk is om
alternatieve projecten uit te werken. Zodat elektriciteit betaalbaar wordt voor de
Belgen.
93
LITERATUURLIJST
(sd). Opgeroepen op februarie 14, 2013, van http://www.solarspirit.be/over-ons
(sd). Opgeroepen op Maart 14, 2013, van
http://www.febiac.be/documents_febiac/publications/guide_co2_NL.pdf
(sd). Opgeroepen op Maart 14, 2013, van http://nl.wikipedia.org/wiki/IPCC-
rapport_2007
(sd). Opgeroepen op Maart 14, 2013, van
https://cygnus.cc.kuleuven.be/webapps/portal/frameset.jsp?tab=null&url=/web
apps/blackboard/execute/courseMain?course_id=_498855_1
(sd). Opgeroepen op Maart 14, 2013, van
http://nl.wikipedia.org/wiki/Kernramp_van_Tsjernobyl
(sd). Opgeroepen op Maart 14, 2013, van
http://nl.wikipedia.org/wiki/Radioactief_afval
(sd). Opgeroepen op Maart 14, 2013, van
http://ec.europa.eu/research/energy/pdf/key_messages_nl.pdf
(sd). Opgeroepen op Maart 14, 2013, van http://nl.wikipedia.org/wiki/Kyoto-
protocol
(sd). Opgeroepen op Maart 14, 2013, van
http://www.climateregistry.be/NL/INTL/kyoto.htm
(sd). Opgeroepen op Maart 15, 2013, van
http://ec.europa.eu/clima/policies/brief/eu/index_en.htm
(sd). Opgeroepen op Maart 15, 2013, van
http://www.hln.be/hln/nl/2656/Global-
Warming/article/detail/1537637/2012/11/21/Wereldwijd-1-200-nieuwe-
steenkoolcentrales-gepland.dhtml
(sd). Opgeroepen op Maart 15, 2013, van
http://www.ryckevelde.be/nl/europa_begrijpen/over_de_eu/achtergrondinfo/het
_eu_klimaatplan-384.html
(sd). Opgeroepen op Maart 20, 2013, van
http://www.energiedata.be/themas/elektriciteit/productie/evolutie-productie-
hernieuwbare-energie-bronnen.html
(sd). Opgeroepen op Maart 20, 2013, van
http://www.energiedata.be/themas/elektriciteit/productie/evolutie-
brandstofmix-elektriciteitsproductie-belgi-.html
(sd). Opgeroepen op Maart 20, 2013, van
http://www.energiedata.be/themas/elektriciteit/evolutie-netverliezen-
belgie.html
(sd). Opgeroepen op Maart 20, 2013, van
http://www.mumm.ac.be/NL/Management/Sea-based/windmills.php
94
(sd). Opgeroepen op Maart 20, 2013, van
http://www.deredactie.be/cm/vrtnieuws/videozone/archief/programmas/panora
ma/1.976952
(sd). Opgeroepen op Maart 22, 2013, van http://www.niras-
afvalplan.be/nieuw/htm/getpage.php?i=13#item3
(sd). Opgeroepen op Maart 22, 2013, van
http://www.nucleairforum.be/nl/vraag/kunt-u-concrete-cijfers-geven-over-de-
productie-van-hoogradioactief-afval-categorie-c-belgie
(sd). Opgeroepen op Maart 25, 2013, van
http://www.synergrid.be/index.cfm?PageID=18213#
(sd). Opgeroepen op Maart 25, 2013, van
http://www.synergrid.be/download.cfm?fileId=NEWSLETTER_2013_01_Tekst_st
at_elek_5P.pdf
(sd). Opgeroepen op 03 28, 2013, van
http://ec.europa.eu/clima/sites/campaign/pdf/gases_nl.pdf
(sd). Opgeroepen op April 12, 2013, van
http://www.waterstofvereniging.nl/waterstofEnBrandstofcellen/brandstof.html
(sd). Opgeroepen op April 15, 2013, van
http://www.mijnenergie.be/energieleveranciers-vergelijken-?gclid=CITA-
ZyhzLYCFdHLtAod2WQAww
(sd). Opgeroepen op April 15, 2013, van http://www.vlaanderen.be/nl/bouwen-
wonen-en-energie/energie/zelf-energie-produceren/groenestroomcertificaten-
voor-zonnepanelen
(sd). Opgeroepen op April 15, 2013, van
http://www.soleco.be/nl/particulieren/nieuws/show/overzicht-
netvergoedingen/51
(sd). Opgeroepen op April 15, 2013, van
http://www.cfcl.com.au/Assets/Files/BlueGen_Brochure_%28ENG_GER%29_Apr
il_2010.pdf
(sd). Opgeroepen op April 15, 2013, van http://www.co2minderen.be/UW_CO2-
PROFIEL/uw_co2-profiel.htm
(sd). Opgeroepen op April 22, 2013, van http://nl.wikipedia.org/wiki/Loodaccu
(sd). Opgeroepen op April 22, 2013, van http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-
ion-accu
(sd). Opgeroepen op April 22, 2013, van http://www.ffxs.nl/DIY-
elektro/cursussen/16tt-it-tn-netten.pdf
(sd). Opgeroepen op April 23, 2013, van
http://www.energieonafhankelijk.nl/files/userfiles/files/agrarier_downloads/Omv
ormer_netvormern.pdf
(sd). Opgeroepen op April 24, 2013, van http://files.sma.de/dl/7910/SB-
OffGrid-TI-eng-UUS123813.pdf
95
(sd). Opgeroepen op April 24, 2013, van
http://www.windandsun.co.uk/getdocument.ashx?id=338
(sd). Opgeroepen op April 30, 2013, van
http://nl.wikipedia.org/wiki/Installatieautomaat
(sd). Opgeroepen op Mei 15, 2013, van
http://www.ocb.be/files/MDD303N%20AREI%20%20samenvatting%20versie%
20H.PDF
Discover the power of the power router. (2013). Product voorstelling Nedap (p.
28). Londerzeel: Nedap.
Herck, G. V. (2009). Productie, distributie en smartgrids. Geel: Campinia media.
Kyocera: Corporate profile. (2013). Kasteel simenarie , (p. 24). Londerzeel.
Lavrysen, J. (2012). Hernieuwbare Energie. Geel: Campinia media.
Solutions, Z. E. (2012). Belgische Energiemarkt - De elektriciteitsmarkt., (p.
66). Aalst.
Tolkamp, J.-W. (2013). Flexibele Lokale Energieproductie. (p. 28). Londerzeel:
Bluegen.
97
Bijlagen
Op de Cd-rom die u hieronder vindt staat de bijlage die hoort bij dit eindwerk.
Recommended