Een stroomnet-gekoppelde, autonome of hybride zonnestroom installatie

Hybride systemen

De verwachting is dat er in de nabije toekomst meer eisen zullen worden gesteld aan de wijze waarop zonnestroom mag worden teruggeleverd aan het stroomnet.

De verwachting is dat het lokaal bufferen van stroom in bijvoorbeeld een accusysteem een eis zal worden voor nieuwe en wellicht ook voor bestaande installaties als voorwaarde voor saldering.

De voordelen van het bufferen van stroom

4 afbeeldingen. (Klik op de afbeeldingen om deze te vergroten)

Autonome en netgekoppelde systemen

Om te beginnen moet onderscheid worden gemaakt tussen autonome systemen en netgekoppelde zonnezstroom systemen.

• Autonome systemen leveren hun elektriciteit aan een accu-systeem of direct aan de gebruiker(s) en zijn niet gekoppeld aan het openbare elektriciteitsnet. Gebruikers zijn stroomverbruikers zoals verlichting, wasmachines, computers, etc. Wanneer de accu systemen volgeladen zijn en / of er is geen gebruiker actief is gaat de door de zonnepanelen opgewekte stroom verloren.
• Netgekoppelde systemen leveren wisselstroom aan het openbare elektriciteitsnet. Wanneer er gebruikers actief zijn wordt de opgewekte stroom als het ware eerst geconsumeerd door de gebruikers. Wanneer er sprake is van een overschot aan opgewekte electriciteit wordt het overschot terug geleverd aan het openbare elektriciteitsnet.

Nederland heeft een betrouwbaar elektriciteitsnetwerk met een zeer goede dekking. Het aantal huishoudens of bedrijven dat electriciteit opwekt op basis van een autonoom systeem is in Nederland daarom beperkt. Bijna alle huishoudens en bedrijven in Nederland en dus ook de meeste zonnepaneelsystemen zijn gekoppeld aan het electriciteitsnetwerk.

Autonome zonnestroom systemen worden dan ook voornamelijk toegepast in de scheepvaart, in de recreatie zoals op campers en caravans maar ook veelvuldig rondom het wegennet.

Voorbeelden van autonome zonnestroom systemen

8 afbeeldingen. (Klik op de afbeeldingen om deze te vergroten)

Tot een andere categorie gebruikers met autonome systemen behoren instellingen zoals ziekenhuizen, brandweer en politie maar ook datacenters die niet alleen afhankelijk mogen zijn van het openbare electriciteitsnetwerk. Deze instellingen hebben een eigen additionele online stroomvoorziening. Veelal een mix van aggregaten en accusystemen, waardoor ze autonoom van het electriciteitsnetwerk kunnen blijven opereren.     

Hybride systemen

Zonnepaneel systemen die gekoppeld zijn aan een hybride installatie hebben de voordelen van zowel de autonome systemen als de netgekoppelde systemen. Een hybride systeem is uitgerust met een lokaal stroom opslagsysteem, een accu systeem, maar kan ook stroom terug leveren aan het publieke stroomnet. Dit gebeurd in de regel pas wanneer de accu-systemen volledig geladen zijn. Maar er kan ook sprake zijn van een gestuurd meer intelligent systeem dat stroomverbruik, (verwachte) opbrengst, acculading en teruglevering optimaliseert. 

Hybride systemen hebben een aantal voordelen:

• Bij uitval van het publieke stroomnetwerk is er (backup) stroom voorhanden via de accu's. Door het koppelen van het accu systeem aan het thuis- of bedrijfsnetwerk kan er zonder interruptie worden doorgewerkt. Mogelijk worden zwaardere stroomgebruikers in fasen afgeschakeld.
• De zonnepanelen blijven stroom opwekken. Dus zelfs wanneer het publieke stroomnetwerk langer uit de lucht is, is er continuiteit in de stroomvoorziening. Afhankelijk van de opslagcapaciteit kan er stroom worden gebufferd voor de nachtelijke uren of voor meerdere dagen wanneer de zon het zou laten afweten.
• Het opslaan van stroom in een accu systeem verhoogt de opbrengst van de zonnestroom installatie. Door 's nachts gebruik te maken van de opgeslagen stroom is er geen netstroom benodigd. Om indien dat wenselijk is een volledige saldering te bereiken is een kleinere installatie (lees minder zonnepanelen) benodigd.
• De opbrengst van de zonnestroom installatie die wordt overgebracht aan het net kan gestuurd worden en daarmee zeer constant gehouden worden. Intelligente systemen kunnen anticiperen op leverpiek momenten en besluiten tijdelijk meer stroom te bufferen in plaats van aan het net te leveren. Op piekmomenten kan het voorkomen dat de netspanning dusdanig toeneemt dat er geen teruglevering meer mogelijk is. Een accu/opslagsysteem laat opgewekte stroom in dat geval niet verloren gaan.
• Overcapaciteit kan nog steeds geleverd worden aan het publieke stroomnetwerk tegen een terugleververgoeding.

Voorbeelden van hybride zonnestroom systemen

10 afbeeldingen. (Klik op de afbeeldingen om deze te vergroten)

Tegen het gebruik van accu's zijn niet veel bezwaren. Zowel lood, gel, vlies (AGM) en koolstofvezel accu's zijn bewezen producten die vele laadcyclussen aankunnen. AGM accu's kunnen sneller worden geladen en hebben de voorkeur in combinatie met zonnepanelen.

Het is wel van belang het juiste type accu te kiezen. Er zijn drie soorten accu's:

• Start accu. Een start-accu is in hoofdzaak bedoeld om een voertuig te starten. De accu is erop gemaakt kort een hoog Amperage leveren.  Dit type accu is niet geschikt voor een langdurige contstante energievraag, de accu zal anders te ver ontladen. Hierdoor wordt het accuzuur (elektrolyt) te zuur en dit zal de platen in de accu aantasten. Als dit gebeurt is de accu vrijwel direct kapot. Een start-accu zal doorgaans niet verder ontladen dan 20%.  Dit type accu's is met name geschikt voor starten van verbrandingsmotoren in auto's, vrachtwagens, etc.
• Semi-tractie accu. De semi-tractie accu wordt ook wel deep-cycle accu of licht-accu genoemd. De accu is erop gemaakt langdurig te voorzien in een contstante energievraag. Een semi-tractie accu kan tot 70-80% ontladen zonder dat er een beschadiging optreed. Hoevaak een accu kan opladen en ontladen noemen we het cyclisch vermogen van een accu. Hoe hoger dit vermogen is, hoe langer de accu meegaat. 
• Tractie accu. Een vol-tractie accu kan net als een semi-tractie accu ook tot 70-80% ontladen maar heeft een hoger cyclisch vermogen. Waar een semi-tractie accu een cyclisch vermogen van 400 heeft, kan een vol-tractie accu wel tot 800 keer op- en ontladen. Toepassingen voor een (semi-)tractie accu kunnen zijn rolstoelen, scootmobielen, voertuigen voor intern transport, hef- en reachtrucks of hoogwerkers. Ook doen (semi-)tractie accu's dienst als servicebatterij in caravan of boot. Een 3e toepassing van (semi-)tractie accu's is binnen (back-up) accu-systemen. Het laden van accu's kan middels zonne- en / of wind-energie. 

Nagenoeg alle accu's in Nederland worden gerecyceld en het recyclingproces is zeer efficient.

DGEM: een goede (AGM) semi-tractie accu van 200Ah kost 300-400 Euro en kan bij voldoende zon door drie groot formaat zonnepanelen in minder dan een dag worden geladen (4-6 uur). De accu kan vervolgens zo'n 10 uur lang 250 Watt aan stroom leveren. Een goede accu in combinatie met een goede laadregelaar gaat minimaal 5 jaar mee maar wellicht 7-10 jaar. 

Notabene

Zonnecellen en panelen leveren van zichzelf gelijkstroom (DC). De spanning van een enkele cel bedraagt ongeveer 0,5 Volt. Dat is voor praktische toepassingen te weinig. In een paneel worden de cellen elektrisch in serie gezet: 36 cellen leveren dan dezelfde stroom (Ampere) als één cel maar wel een totale spanning die 36 maal zo groot is (18 Volt).

Zonnepanelen die worden gebruikt voor autonome systemen hebben meestal een uitgangsspanning die is afgestemd op het laden van 12 (of 24) Volt accusystemen. Met bijvoorbeeld 36 cellen in serie kan daarmee een 12 Volt accu ook onder ongunstige omstandigheden naar behoren opgeladen worden.