Zonnepanelen gebruiken om energie op te slaan in accu's

Met behulp van zonnepanelen elektrische energie opwekken, opslaan in accu's en daarna weer gebruiken om elektrische apparaten te laten werken is mogelijk. Zo'n systeem wordt een autonoom energiesysteem genoemd, een opzichzelfstaand energiesysteem. Zelfvoorzienend zijn en geen stroom gebruiken van het elektriciteitsnetwerk door zonnepanelen te combineren met accu's, laadregelaars en omvormers. Een autonoom energiesysteem is makkelijk te installeren in een boot of caravan. Het is mogelijk onafhankelijk te zijn van het elektriciteitsnetwerk.

Groene energie

Bron: Skeeze, Pixabay

Groene energie is het grote woord tegenwoordig om de koolstofdioxidevervuiling tegen te gaan. Met zonnepanelen en windmolens wordt de meeste groene energie opgewekt. Daarnaast bestaan er nog een aantal andere vormen van alternatieve-energieopwekking die tegemoetkomen aan de reductie van koolstofdioxide in het milieu. Voorbeelden hiervan zijn het verwerken van bio-massa in een bio-centrale, waterkrachtcentrales en een aantal kleinere vormen van alternatieve-energieopwekking. Zonnepanelen thuis installeren is een goede optie om mee te doen aan de groene-energieproductie, ze kunnen uit het zicht op een schuin dak geplaatst worden en maken geen geluid. De elektriciteit die wordt opgewekt met zonnepanelen wordt meestal direct doorgevoerd naar het bestaande elektriciteitsnetwerk, daar staat dan een vergoeding per kilowatt tegenover. De elektriciteit, die zonnepanelen leveren, kan ook thuis worden opgeslagen in accu's zodat deze later in huis kan worden gebruikt. Het is mogelijk om met zonnepanelen een autonoom energiesysteem op te zetten waardoor het stroomgebruik uit het elektriciteitsnetwerk niet meer nodig is. Een klein autonoom energiesysteem is al voldoende om een caravan of boot te voorzien van elektriciteit zodat een koelkast en verlichting kan werken. Hoe uitgebreider het systeem des te meer stroom kan er worden gebruikt.

Autonoom energiesysteem

Bron: 3dman Eu, Pixabay

Een autonoom energiesysteem met zonnepanelen is opgebouwd uit de volgende onderdelen: een zonnepaneel, een accu, een laadregelaar en een omvormer van 12 volt naar 220 Volt/50 Hertz. Autonome energiesystemen kunnen op 12, 24 of 48 Volt werken, die keuze is afhankelijk van de stroomsterkte die geleverd moet worden per uur. Een paar honderd Watt per dag kan volstaan met een 12-Voltsysteem, de stroomsterkte wordt dan niet te hoog. Een paar kilo-Watt zal met een hoger voltage worden opgezet zodat de stroomsterkte van het netwerk niet te hoog wordt. Met een te hoge stroomsterkte door het elektrische systeem kunnen stroomdraden gaan smelten of zelfs in brand vliegen.

Het stroom verbruik

Hoeveel elektriciteit er moet worden opgewekt om elektrische apparaten te laten werken is afhankelijk van het verbruik. Stel een apparaat gebruikt 50 Watt per uur, het apparaat wordt vier uur per dag gebruikt, het stroomverbruik is dan 200 Watt per dag. Om te bepalen hoe groot de opslag van elektriciteit in accu's moet zijn, en hoeveel energie opgewekt dient te worden, zijn een aantal feiten belangrijk die meegenomen dienen te worden in de berekening. Bijvoorbeeld het gemiddeld aantal zonuren in Nederland, van januari tot en met december, is 5 uren per dag. Een ander feit is dat zonnepanelen in Nederland maar 80% van de opgegeven energie opwekken. Dat heeft te maken met de hoek van inval van de zon op de aarde, en de plek waar Nederland ligt op de aarde. Dichter bij de evenaar zal het rendement van een zonnepaneel toenemen. Om een apparaat van 50 Watt, vier uren per dag te laten werken zullen de panelen 200 Watt per dag moeten leveren om de accu weer op te vullen.

De berekening

200 Watt gedeeld door 5 zonuren is 40 Watt. 40 Watt plus 20% is dan de grootte van het zonnepaneel, een zonnepaneel van 50 Watt voldoet in dit geval. De accuopslag wordt uitgedrukt met de eenheid Ampère-uren (Ah). Als een apparaat 50 Watt per uur verbruikt en vier uren per dag aan staat is dat 16,66 Ah verbruik. De formule voor deze berekening is als volgt, Watt = Volt x Ampère. 200 Watt gedeeld door 12 Volt is dan 16,66 Ampère verbruik in vier uur. Om de levensduur van de accu te garanderen mag deze nooit helemaal leeggetrokken worden. Een accu moet ongeveer 30% vol blijven om goed te kunnen blijven functioneren, dat wil zeggen dat een accu 70% bruikbare stroom levert. Als het verbruik 16,66 Ampère per dag is dan is er een accu nodig met een opslagcapaciteit van 23,8 Ah. De stroomsterkte, Ampère per uur, die de accu moet leveren bepaalt ook de grootte van de accu. Een vuistregel is, de maximale stroomsterkte van een accu is 1/5 van de accucapaciteit. Als de geleverde stroomsterkte per uur van de accu niet te hoog wordt gaat deze langer mee. Als een accu met een te hoge stroomsterkte wordt belast kan deze te warm worden waardoor de accu kan exploderen of gaan lekken. Een apparaat met een verbruik van 50 Watt per uur trekt een stroom van 4,16 Ampère per uur. Dus de grootte van de accu moet minimaal 5 x 4,16 Ampère zijn, dat is 20,83 Ah. Een accu van 20 Ah voldoet om een apparaat van 50 Watt per uur, vier uren per dag te kunnen laten werken..

Accu

Bron: OpenClipart Vectors, Pixabay

Elke accu volstaat om energie in op te slaan en te gebruiken. Toch is er voor een zonnepaneelsysteem een aparte accu ontwikkeld, deze accu kan het laden en ontladen beter verwerken. Een accu voor zonne-energie draagt de naam 'Deep Cycle'. Deze accu is ervoor ontwikkeld langzaam te laden en snel en diep te ontladen.

Laadregelaar

Voor zonnepanelen is een aparte laadregelaar in de handel die direct op de accu wordt aangesloten. Er zijn twee soorten laadregelaars verkrijgbaar, een PWM- en een MPPT-laadregelaar. Beide werken met een ander principe. PWM staat voor 'Puls Width Modulation', MPPT staat voor 'Maximum Power Point Tracking'. Een PWM-laadregelaar houdt het spanningsniveau tussen het zonnepaneel en de accu gelijk, daardoor zal de accu snel opladen. Als de zon niet fel schijnt zal de PWM-laadregelaar nauwelijks werken als de accu redelijk vol is. De spanning van het zonnepaneel is dan nagenoeg gelijk aan de accuspanning. Een MPPT-laadregelaar heeft een hoger rendement, deze laadt de accu ook op als de zon niet fel schijnt. Het verschil in principe tussen de MPPT-laadregelaar en een PWM-laadregelaar is dat de MPPT-laadregelaar een condensator oplaadt die hoger in spanning ligt dan de accuspanning, daardoor zal deze de accu toch laden als de zon niet fel schijnt.

Omvormer

Bron: Clker Free Vector Images, Pixabay

Om elektrische apparaten van 220 Volt op een accu van 12 Volt te laten werken is een omvormer in de handel. Deze omvormers zetten de 12 Volt gelijkstroom om naar 220 Volt wisselspanning van 50 Hertz. Er zijn twee soorten omvormers te krijgen, zuivere sinusgolf-omvormers en gemodificeerde sinusgolf-omvormers. Dat heeft de maken met de zuiverheid van de sinusgolf in de wisselspanning. Een zuivere sinusgolf-omvormer is de beste keuze aangezien deze omvormer exact dezelfde sinusgolf produceert als de stroom van het elektriciteitsnetwerk. Gemodificeerde sinusgolf-omvormers hebben een ruimere tolerantie op de sinusgolf, door deze onzuiverheid kunnen draaiende motoren, transformatoren en adapters stuk gaan. Omvormers met een zuivere sinusgolf zijn duurder dan omvormers die een gemodificeerde sinusgolf afgeven.