Weekendverblijvers Balen

Zonnepaneelgroep

· Inleiding

· Zonnepaneel

· Laadregelaar

· Accu

· Omvormer

· Installatie

· Presentatie zonnecellen

· Links

Opmerkingen of suggesties? mail mij

terug naar hoofdmenu

Inleiding

Een alternatief voor de elektriciteitsvoorziening van een chalet is een zonnecelgroep. Aangezien er op de Keiheuvel standaard geen elektriciteitsnet aanwezig is er sprake van een autonome zonnecelgroep. Dit houdt in dat de geleverde elektriciteit niet teruggeleverd wordt aan vast elektriciteitsnet maar wordt opgeslagen in accu’s om deze opgeslagen stroom later te gebruiken. Een autonome zonnecelgroep bestaat uit een aantal componenten:

· 1 of meerdere zonnepanelen

· 1 laadregelaar

· 1 of meerdere accu’s

· 1 omvormer (optioneel)

Hieronder worden deze componenten verder besproken.

terug naar boven

Zonnepaneel

Twee belangrijke aspecten van een zonnepaneel zijn:

· Klemspanning

· Vermogen

Klemspanning

De klemspanning is het spanningsverschil (voltage) tussen de twee polen (+ en -) van een zonnepaneel indien het paneel niet belast wordt (geen stroom levert). De klemspanning wordt bepaald door het aantal cellen waaruit het zonnepaneel is opgebouwd. Bij de keuze van een zonnepaneel voor een autonome groep is de klemspanning van belang. De klemspanning van het paneel dient namelijk hoger te zijn dan die van de accu’s die men wil laden maar indien de klemspanning te veel afwijkt van het voltage van de accu’s dan treedt er onnodig veel vermogensverlies op.

Bijvoorbeeld voor het laden van een 12 V accugroep maakt met het beste gebruik van zonnepanelen met een klemspanning van rond de 15.5 V. Met deze zonnepanelen kan men geen 24 V accu’s laden. Hiervoor zijn panelen met een klemspanning van rond de 31 V het meest geschikt. Panelen met een klemspanning van 31 V zijn geschikt om accu’s van 12 V te laden (LET OP! Dat de gebruikte laadregelaar hiervoor geschikt is). Echter het gevolg hiervan is dat er veel energie door de laadregelaar wordt omgezet in warmte aangezien voor het laden van de 12 V accu’s maar een spanning van ~15 V nodig is en het teveel aan spanning wordt omgezet in warmte. Sommige moderne laadregelaars kunnen deze hoge spanning splitsen (omvormen) waardoor de vermogensverliezen kleiner zijn. Het is dus verstandig bij de aanschaf van zonnepanelen goed na te denken wat voor een laagspanningsnetwerk 12 of 24 V men wil hebben.

Vermogen

Normaal wordt het vermogen van apparaten uitgedrukt in Watt. Het vermogen van een zonnepaneel is echter afhankelijk van de stand van de zon ten opzichte van het paneel en de zonne-intensiteit. Vandaar dat het vermogen van zonnepanelen wordt uitgedrukt in Wp (Watt-piek). Een zonnepaneel van 100 Wp levert 100 Watt vermogen onder de meest optimale condities. Deze optimale condities worden alleen bereikt in testopstellingen in het laboratorium. In de praktijk leveren de panelen maximaal ongeveer 80 % van het opgegeven Wp vermogen.

Om het benodigde vermogen van de zonnepanelen te bepalen dient men eerst het dagelijks elektriciteitsverbruik af te schatten. Een voorbeeld is hieronder weergegeven:

Apparaat	Vermogen	Aantal	Uren gebruik per dag	Elektriciteitsverbruik
	Watt		h/dag	Wh/dag
Lamp	10	5	2	100
Koelkast*	15	1	24	360
Wekkerradio	4	1	24	96
Televisie	40	1	1	40
Waterpomp	200	1	1	200
Subtotaal				796
30% systeemverlies				239
Totaal verbruik				1035

* Tafelmodel met vriesvak (Energieklasse A++); voor A++ koelkast zonder vriesvak is het vermogen 10 W

Per apparaat kan het dagelijkse elektriciteitsverbruik (E) berekenen (E = V × A × U). Door dit voor alle apparaten bij elkaar op te tellen en hierbij 30% systeemverliezen bij op te tellen verkrijgt men het dagelijks elektriciteitsverbruik. Deze “systeemverliezen” verdisconteren de niet optimale zonnestand, vermogensverlies door de aansluitkabels, laadverliezen, verliezen door het gebruik van een omvormer, etc.

Vervolgens dient men rekening te houden met het aantal volle zonuren. Het aantal volle zonuren houdt er rekening mee dat de effectieve zonne-energie die door het zonnepanel kan worden opgevangen afhankelijk is van de stand van de zon en de bewolkingsgraad. Het aantal volle zonuren is per maand verschillend; in de winter staat de zon lager aan de horizon en zijn de dagen korter dan in de zomer. Het aantal zonuren voor België/Nederland staat hieronder weergegeven:

	Jan	Feb	Mrt	Apr	Mei	Jun	Jul	Aug	Sep	Okt	Nov	Dec
Zonuren	1	2	3	4	4.5	5	4.5	4	3	3	1	1

Tenslotte door rekening te houden met de maanden waarin men gebruik wil maken van de zonnepaneelgroep en het gebruik van het weekendverblijf kan men het benodigde vermogen van de zonnepanelen uitrekenen. Bijvoorbeeld van maart t/m oktober maakt men 2 dagen per week gebruik van het weekendverblijf. Het minimaal aantal zonuren in deze periode is 3 uur. Het benodigde vermogen van de zonnepanelen is dan 1035 (Wh/dag) / 3 (h) × 2/7 (dag) = 99 Wp. Selecteer één of meerdere panelen die dit vermogen zo goed mogelijk benaderen.

terug naar boven

Laadregelaar

De laadregelaar zorgt voor een correcte oplading van de accu(’s). Onder andere zorgt de regelaar ervoor dat de accu’s niet worden overladen. Moderne regelaars monitoren zelfs de toestand van de panelen en de accu’s en leveren eventueel direct stroom aan het (laagspannings)net.

Bij de keuze van de laadregelaar dient men rekening te houden met de maximale stroom die de panelen kunnen leveren. Bijvoorbeeld stel je hebt 2 zonnepanelen van 100 Wp (totaal maximaal vermogen (P_m) 200 W) en een klemspanning (V_k) van 30 V. Dan bedraagt de maximale stroom (I_m):

Het is dus verstandig in dit voorbeeld een laadregelaar te kiezen die bestand is tegen een laadstroom van minimaal 7 A.

terug naar boven

Accu

Niet iedere accu is geschikt voor gebruik in een zonnecelgroep. Het beste kan men hiervoor tractie of semi-tractie accu’s gebruiken. Deze accu’s zijn bestand tegen diep-ontlading en hebben een lange levensduur. Eventueel kan men 12 V accu’s in serie schakelen om zo een 24 V systeem van de nodige stroom te voorzien (zie tekening). Om optimaal gebruik te maken te van geleverde zonne-energie is het verstandig het voltage van het netwerk (12 V of 24 V) te laten afhangen van de klemspanning van de zonnecellen. Indien men de accu’s gebruikt in combinatie met een 220 V wisselspanning omvormer is het beter te kiezen voor een 24 V accugroep omdat dan de vermogensverliezen veroorzaakt door de kabels kleiner zijn bij gelijkblijvend vermogen aangezien de stroom naar de omvormer voor een 24 V accugroep ongeveer de helft is van die van een 12 V accugroep.

Het opslagcapaciteit van een accu wordt uitgedrukt in Ampère uur (Ah). Deze opslag capaciteit dient te zijn afgestemd op het vermogen van de zonnepanelen. De panelen moeten immers in staat zijn de accu’s volledig op te laden maar als de opslagcapaciteit van de accu’s te gering is gaat er veel energie verloren omdat deze niet opgeslagen kan worden.

Als vuistregel voor de benodigde opslagcapaciteit kan men stellen dat deze 2 maal zo groot moet zijn als het totaal aantal Wp van de zonnecellen (uitgaande van een 12 Volts systeem). Bijvoorbeeld het totale vermogen van een zonnecelgroep bedraagt 100 Wp dan kan men het beste gebruik maken van 12 V accu(’s) met een totaal opslagcapaciteit van 200 Ah. Indien men gebruik 24 V accu(’s) is een totale opslagcapaciteit van 100 Ah voldoende.

De opslagcapaciteit van de accu’s kan met ook bereken door het totaal benodigde vermogen te delen door de minimale accuspanning. De minimale accuspanning voor een 12 V en een 24 V systeem is respectievelijk 11.5 en 23 V. Het benodigde vermogen in de hierboven beschreven voorbeeld is 1035 W per dag. Dit betekent dat men voor 2 dagen gebruik van het weekendverblijf 2070 W nodig heeft. Deze 20701 W dienen dus door de accu’s door de week te worden opgeslagen. Het benodigde aantal Ah is dan 2070 W / 11.5 V = 180 Ah voor 12 V accu’s of 1758 W / 23 V = 90 Ah voor 24 V accu’s.

terug naar boven

Omvormer

Een omvormer maakt van 12 V of 24 V gelijkspanning 220 Volt wisselspanning. Deze 220 Volt wisselspanning komt overeen met het stopcontact thuis. Kies een omvormer met voldoende vermogen:

· Houd rekening met het vermogen van alle apparaten die gelijktijdig gebruikt gaan worden

· Sommige apparaten bij opstarten soms meer vermogen nodig hebben. Schakel apparaten dus niet gelijktijdig in maar één voor één (!).

· Houd er ook rekening mee dat een omvormer ongeveer een rendement van 85 – 90 % . Maw een omvormer van 2500 W levert effectief een vermogen van ongeveer 2200 W.

Nadeel van een omvormer is dat deze onbelast (stand-by) ook stroom verbruikt (0.5 – 2.5 % van maximale belasting). Vandaar dat sommige omvormers van een afstandsbediening (verlengkabel met aan/uit schakelaar) zijn voorzien zodat men de omvormer kan wegwerken maar wel gemakkelijk kan bedienen. Tip: plaats de afstandbediening van de omvormer op een gemakkelijk bereikbare plaats liefst dichtbij een 220V wandcontactdoos die men het meest gebruikt (bijvoorbeeld in de keuken).

De capaciteit van de accu waarop men de omvormer aansluit dient voldoende groot te zijn. Als regel kan men het volgende aanhouden voor een 12 Volt installatie is een minimale accucapaciteit nodig van ongeveer 20% van het omvormervermogen. Bij 24 Volt omvormers is de minimale accucapaciteit 10% van het omvormervermogen. Bijvoorbeeld voor een 12 V 2000W omvormer is dus een minimale 12 V accucapaciteit van 400 Ah nodig. Voor meer informatie zie: omvormer

terug naar boven

Installatie

Zonnecellen dient men zo goed mogelijk naar het zuiden gericht te oriënteren. Echter ook oost en west georiënteerde panelen kunnen nog tot 80 % van de totaal ingestraalde zonne-energie opvangen. De optimale hellingshoek van de van zuid georiënteerde zonnepanelen bevindt zich tussen de 30 ‑ 40^o. Deze optimale hellingshoek geld alleen voor een net gekoppeld systeem. Voor een autonoom systeem zoals hier besproken is een hogere hellingshoek (65 - 70^o) gewenst zodat men ook in de wintermaanden bij een lage stand van de zon voldoende elektriciteit kan produceren. Deze hogere hellingshoek gaat ten koste van de energieproductie in de zomer maar verhoogd de opbrengst in de winter waardoor er een meer stabiele energieproductie het hele jaar door gerealiseerd wordt.

Behalve de oriëntatie van de zonnepanelen is het van belang bij de plaatsing van de panelen ervoor te zorgen dat deze geen (weinig) last hebben van slagschaduw (bijvoorbeeld door bomen). Slagschaduw heeft namelijk een onevenredig hoog verlies aan vermogen van een zonnepaneel tot gevolg. Zorg er dus voor de panelen zo vrij en zo hoog mogelijk te instaleren.

Om vermogensverliezen en de daarbij behorende spanningsverliezen in de bedrading tegen te gaan is het van belang installatiedraad te gebruiken met het juiste aantal kwadraat (mm²). Houd er rekening mee dat de laadstroom per paneel kan oplopen tot 4 - 6 A (zie voor berekening maximale laadstroom laadregelaar). Met name de stroom naar de omvormer kan behoorlijk oplopen. De maximale stroom kan men berekenen door het vermogen van de omvormer te delen door de klemspanning van de accu’s en hierbij 15% op te tellen in verband met vermogensverlies door de omvormer.

In de tabel hieronder staan de diktes van installatiedraad weergegeven bij een gegeven stroom en lengte (heen en terug) van de draad. Deze tabel is zo opgesteld dat de spanningsverliezen tengevolge van de installatiedraad beperkt blijven tot maximaal 0.3 V.

Kabel dikte (mm²)	*Kabel Lengte* (meter)
*Stroom sterkte* (A)	≤ 1	2 -3	3 – 4	4 – 5	5 - 6	6 - 7	7 - 8
0 – 20	2.5	4	4	6	8	8	8
20 – 35	4	6	6	8	12	12	20
35 – 50	6	8	8	12	20	20	20
50 – 65	8	8	12	16	20	20	35
65 – 85	12	12	20	20	35	35	35
85 – 105	20	20	20	35	35	35	50
105 – 125	35	35	20	35	50	50	50
125 – 150	35	35	35	35	50	50	60