Studiul de fezabilitate tehnică și financiară a unei soluții off-grid(OL)

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.


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.


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.


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.


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.


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


https://cygnus.cc.kuleuven.be/webapps/portal/frameset.jsp?tab=null&url=/web

apps/blackboard/execute/courseMain?course_id=_498855_1


http://nl.wikipedia.org/wiki/Kernramp_van_Tsjernobyl


http://nl.wikipedia.org/wiki/Radioactief_afval


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


http://www.climateregistry.be/NL/INTL/kyoto.htm


http://ec.europa.eu/clima/policies/brief/eu/index_en.htm


http://www.hln.be/hln/nl/2656/Global-

Warming/article/detail/1537637/2012/11/21/Wereldwijd-1-200-nieuwe-

steenkoolcentrales-gepland.dhtml


http://www.ryckevelde.be/nl/europa_begrijpen/over_de_eu/achtergrondinfo/het

_eu_klimaatplan-384.html


http://www.energiedata.be/themas/elektriciteit/productie/evolutie-productie-

hernieuwbare-energie-bronnen.html


http://www.energiedata.be/themas/elektriciteit/productie/evolutie-

brandstofmix-elektriciteitsproductie-belgi-.html


http://www.energiedata.be/themas/elektriciteit/evolutie-netverliezen-

belgie.html


http://www.mumm.ac.be/NL/Management/Sea-based/windmills.php

94


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


http://www.nucleairforum.be/nl/vraag/kunt-u-concrete-cijfers-geven-over-de-

productie-van-hoogradioactief-afval-categorie-c-belgie


http://www.synergrid.be/index.cfm?PageID=18213#


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


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


http://www.soleco.be/nl/particulieren/nieuws/show/overzicht-

netvergoedingen/51


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


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


http://www.windandsun.co.uk/getdocument.ashx?id=338


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.

Studiul de fezabilitate tehnică și financiară a unei soluții off-grid(OL)

Documents

Transcript of Studiul de fezabilitate tehnică și financiară a unei soluții off-grid(OL)