Projects:ZonnepanelenThuisAccu
Hallo dit is een start om iets over mijn zonnepanelen zoektocht te schrijven.
Dit is een blog over mijn zonnecellen en thuisbatterij project.
De oorlog in Oekraïne maakte in een klap pijnlijk duidelijk hoe kwetsbaar onze energie voorziening is. Ik heb altijd zonnecellen afgehouden omdat de netto winst vrij beperkt was (de verwachte energie opbrengst minus de fabricage en productie kosten was niet om over naar huis te schrijven in de begindagen) Maar gelukkig is de levensverwachting en het rendement van een zonnepaneel nu een heel stuk positiever. Het grootste bezwaar is nu nog de recycling aan het einde van het paneel, met name vanwege de gebruikte epoxy, die tot nu toe gewoon verbrand wordt. Gelukkig lijkt er recent een betere oplossing voor gevonden, en ik verwacht dat het over een jaar of 20 wel zal zijn opgeschaald.
Toen ik opperde tegen mijn vrouw om zonnepanelen te plaatsen reageerde ze meteen positief. Ze zei dat het dan ook een oplossing is voor de vele stroomstoringen die we hier hebben. Ik zei dat dat alleen kon met een batterij erbij. Tot mijn verrassing stemde ze meteen in en achteraf blijkt dat een geweldige beslissing omdat blijkt dat we bijna 9 maanden van het jaar geen of nauwelijks stroom uit het net hoeven te lenen.
Ik heb een elektro achtergrond en kan aardig programmeren, dus dat moet lukken dacht ik met mijn arrogante hoofd. Dat bleek veel ingewikkelder dan ik had voorzien, dus ik dacht: ik schrijf het hier maar op, misschien heeft iemand er iets aan.
Mijn uitgangspunten zijn:
- netto elektrisch neutraal of positief over de periode van een jaar
- dagverbruik van ongeveer 8kWh (in de winter 10kWh, in de zomer iets minder)
- ik moet voldoende opslag hebben om de avond en nacht door te komen tot de volgende dag
- de stroom mag niet uitvallen als het net er weer eens uit ligt
- geen cloud/internet toegang alleen eventueel vanuit mijn home netwerk achter de firewall.
Ik heb een 3x25A net aansluiting maar ik hoef niet de maximum 18kW uit de batterij te realiseren. In praktijk zit ik zelden boven 6kW, zelfs als de airco aan is. Het gaat me ook niet zo zeer om het maximum economisch rendement (hoewel het wel mooi meegenomen is)
Ik heb heel veel gezocht naar wat een goede en betaalbare oplossing zou zijn. Natuurlijk had ik het liefst een Victron uit NL gekocht, maar tot mijn spijt verkopen ze alleen losse dozen en geen geïntegreerde oplossing. En ik vind het wel mooi spul, maar het past niet lekker op mijn wensen. Ik kwam er ook achter dat de accu's waarschijnlijk de grootste kostenpost zou worden. Een geïntegreerde accu oplossing (b.v. een Pylontech) is een knap stuk duurder dan de som van de losse componenten. Logisch, want de prijzen van cellen zijn voortdurend aan het dalen, maar de fabrikant kan dat maar mondjesmaat doorgeven.
Systeem keuzes
Er zijn twee soorten accu systemen: met een hoogspannings accu en met een laagspannings accu (48V). De hoogspannings accu heeft veel minder weerstand verliezen en omzettings verliezen. Dat kan wel wel 5% schelen (en bedenk dat je een accu moet laden èn ontladen, dus dat kost 10% extra verlies)
Het nadeel is dat hoogspanning gevaarlijk is, dus dat is altijd een fabrikant specifieke oplossing (en dat zie je in de prijs). Als er een cel kapot gaat kun je hem ook niet gemakkelijk vervangen. En ik ben ontzettend huiverig voor vendor lock-in dus deze oplossing viel af. Dan blijft een laagspannings accu over. Die 10% extra verlies moet dan maar aangevuld worden met een extra zonnepaneel.
Dus ik kwam uit op de volgende specificaties:
- laagspannings accu
- 3-fase aansluiting
- minimaal 6kW accu vermogen liefst iets meer
- asymmetrische load (die 6kW zit meestal op 1 fase: de keuken met oven, air-fryer, waterkoker en magnetron)
- noodstroom (blijven werken als het net uitvalt)
- geschikt voor installatie binnenshuis
Omvormer
De fabrikant Deye heeft voor de Zuid-Afrikaanse markt voor bijvoorbeeld ziekenhuizen en scholen een omvormer gemaakt die dit profiel bijna perfect past: SUN 12k SG04LP3 (inmiddels opgevolgd door de SG05LP3 die voor €1800 te koop is bij nkon.nl)
- 12kW belastbaar uit elke bron
- tot 15kW aan zonnepanelen in twee MPPT trackers
- 40..60V accu aansluiting
- terugleveren naar het net
- separate ‘load’ aansluiting die geconfigureerd kan worden als UPS (noodstroom)
- kan gemakkelijk worden opgeschaald door meerdere units parallel te zetten
er zit wel een nadeel aan: een omvormer gaat ongeveer 10 jaar mee. Als hij stuk gaat werkt er ineens helemaal niks meer…. Ik heb besloten dat ik dat geval gewoon weer even het net aansluit tot ik een nieuw exemplaar heb, hoewel ik me nu wel realiseer dat over 10 jaar dit model waarschijnlijk allang is opgevolgd.
Losse Accu Cellen
Er zijn inmiddels 3 types op de markt. De hoogste prestaties leveren lithium-ion accu’s. Het nadeel is dat ze stukgaan door bijvoorbeeld te ver opladen of ontladen. Tevens kunnen ze in brand vliegen en zijn dan moeilijk te blussen. Dat maakt ze ongeschikt voor mijn gebruik. Het tweede type is lithium-ijzer-fosfaat (LiFePO4) dat iets minder capaciteit (per liter) heeft maar wel veel minder brandgevaarlijk is. Het derde type is heel nieuw: natrium-ion (sodium-ion) dat weer iets minder capaciteit heeft, maar niet kan branden en ook geen zeldzame metalen bevat, geladen mogen worden beneden 0 graden, en minder milieu belastend is. Ook kun je ze veilig helemaal ontladen en (kortstondig) overladen zonder blijvende schade. Ik zou nu voor natrium-ion accus gaan, maar die waren er toendertijd nog niet. Over de levensduur: Lithium-Ion gaat het kortst mee, Lithium-ijzer-fosfaat al langer en Natrium-ion het langst. Bedenk wel dat de levensduur sterk afhangt van de behandeling van de cellen. Ik heb opzettelijk het belastingprofiel minder agressief gemaakt om het aantal laad-ontlaad cycles te beperken.
Alle accu’s worden uit cellen opgebouwd die in serie staan. Die cellen hebben niet allemaal exact dezelfde capaciteit, er bestaan altijd kleine verschillen, daardoor bestaat het risico dat een van de cellen eerder vol of leeg is dan de andere, waardoor die te diep ontladen of juist overladen wordt. Dat degradeert de cel, waardoor de capaciteit afneemt. De volgende cyclus gebeurt precies het zelfde en na een paar tientallen cycles is je accu definitief stuk. Om dit te voorkomen moet je een batterij management systeem (BMS) gebruiken. Zo’n BMS sluist wat extra stroom uit de sterkste cellen en stuurt die naar de zwakste cellen, zodat de zaak niet nodeloos degradeert. Ook beschermt het tegen overladen en te diep ontladen. Overigens moet je dat wel proberen te voorkomen; voor de omvormer is het abrupt afschakelen van de accu een enorme klap.
Als richtlijn zou je tenminste je dagverbruik moeten kunnen opslaan (dat deed ik in eerste instantie fout, ik redeneerde dat de helft van de dag er zon is, en dat de andere helft uit de accu moest komen, maar het verbruik is juist voor het grootste deel ‘s avonds)
Ik heb EVE LiFePO4 cellen van 105Ah gebruikt (16 in serie, in tweede instantie 16x2parallel om aan 10kWh te komen) maar zou nu eerder de 314Ah of zelfs de 628Ah variant kiezen (nkon.nl)
Gebruik busbars am de cellen aan te sluiten! Tijdens het laden zetten de cellen een heel klein beetje uit en de busbars kunnen dat opvangen doordat er een klein flexibel stukje in zit. De cellen komen ongeveer half vol, maar dat ik meer dan voldoende om metaal te verdampen bij een kortsluiting. Gebruik een veiligheidsbril en een schroevendraaier met isolatie op de steel of wikkel er tape om tot vlak bij het einde. De nominale spanning is 3.2V per cel maar keer 16 is dat is dus ongeveer 50V wat wel onaangenaam voelt om aan te raken. Ik heb latex handschoentjes gebruikt.
Voor de Natrium-ion cellen is de (ont)laadcurve veel minder vlak, dus kan de begrenzing van 60V de cellen nèt niet helemaal vol laden. Dat is geen probleem, ook de LiFePO4 wil je liever niet boven de 95% vol maken om de levensduur te verlengen.
Zonnepanelen
in eerste instantie heb ik gekozen voor 16 panelen: 8 op het oosten en 8 op het zuiden op een 40 graden schuin dak. Ik ga er binnenkort nog 8 bijplaatsen op het westen omdat ‘s avonds de stroomprijs piekt tussen 6 en 8, maar mijn panelen zijn dan al in de schaduw. Ik heb JA-Solar (half-cut 108 cel 465WP) gekocht bij warmteservice.nl. Op het dak (met pannen) heb ik ze bevestigd met evo-clickfit (ook gekocht bij warmteservice.nl). De panelen leveren 36V en 8 in serie is dus 288V. Pas dus wel op met loshangende kabels. Officieel kan dit met kabel van 4mm2 aangesloten worden, maar ik heb 6mm2 gekozen.
Rekjes en Solar-kabel zijn helaas duur omdat het wind en weerbestendig moet zijn en koper is duur…
Aansluitingen
Voor de accu geldt: 50Volt 6kW => 120Ampere, dat is vrij grofstoffelijk. Ik heb de boel afgezekerd op 150A en in de instellingen het maximum vermogen beperkt. Voor de bedrading heb ik 70mm2 gebruikt en met een hydraulische aanperstang voorzien van kabelschoentjes. Tevens een noodschakelaar die tot 250A zou moeten gaan, maar een collega heeft ondervonden dat die dingen dan wel gekoeld moeten worden als ze meer dan 150A voeren.
Voor de aansluiting naar de meterkast heb ik 6mm2 3 fase snoer met randaarde gebruikt (3 fasen, 1 neutraal en een randaarde)
De net aansluiting naar de omvormer gaat via een aardlek automaat van 3x16A (B-karakteristiek). Let op dat de gebruikelijke aardlek gevoeligheid van 30mA te gevoelig is omdat de zonnepanelen altijd een beetje (aard)lekken. Ik heb een 300mA versie gekozen. Er moet wettelijk een hoofdschakelaar in de meterkast zitten die alle stroom uit het net afschakelt (voor de brandweer). Ik heb die wel gemonteerd, maar ik hoop dat ze bij brand de schakelaars bij de omvormer gebruiken, die maken het huis tenminste stroomloos
De uitgaande stroom gaat via een 3x25A automaat weer naar de meterkast (dat is meer dan de 3x16A in!).