Noodstroomvoorziening op basis van thuisbatterij met UPS-functie en DC-gekoppelde zonnepanelen

In een eerder artikel bespraken we een noodstroomvoorziening op basis van een thuisbatterij met UPS-functie en AC-gekoppelde zonnepanelen. In dit artikel bespreken we een variatie hierop, niet AC- maar DC-gekoppelde zonnepanelen. Door de zonnepanelen op basis van gelijkspanning (DC) te koppelen aan de thuisbatterij winnen we circa 10% zonne-energie, wat vooral in de wintermaanden een zeer welkome verbetering is.

Voor- en nadelen

• altijd stroom op alle, of een beperkt aantal stopcontacten
• zonnepanelen kunnen (in potentie) iedere dag de accu opnieuw laden
• door DC-koppeling zal vooral in de winter meer zonne-energie beschikbaar zijn en de accu sneller geladen zijn dan bij een AC-koppeling
• zeer geschikt tijdens een crisis met zeer langdurige stroomstoring
• stil en schoon
• overschakelen gebeurt automatisch
• het te leveren vermogen (het aantal apparaten dat tegelijkertijd gebruikt kan worden) wordt mogelijk beperkt tot inhoud van je portemonnee
• thuisbatterij met UPS-functie heeft een hoger stand-by gebruik dan een thuisbatterij zonder UPS functie
• vereist een hybride omvormer of MPPT laadregelaar
• mogelijk zijn aanpassingen noodzakelijk hoe de zonnepanelen op het dak aangesloten zijn

Introductie

Een noodstroomvoorziening op basis van een thuisbatterij met UPS-functie is al prachtig. Als daarnaast ook nog mogelijk is om tijdens een stroomstoring de bestaande zonnepaneelinstallatie te gebruiken om de accu van de thuisbatterij op te laden, dan is dat natuurlijk helemaal mooi. Die oplossing bespraken we in een vorig artikel.

Het voordeel van dié besproken oplossing is dat de bestaande zonnepaneelinstallatie, dus zonnepanelen met zonnepaneelomvormer(s) zonder aanpassingen gebruikt kunnen worden.

Het nadeel van die oplossing is dat tijdens het laden van de accu van de thuisbatterij zo'n 10% zonnestroom verloren gaat.

Als we namelijk het "pad" volgen vanaf de zonnepanelen, dan is dat: de zonnepanelen leveren gelijkspanning (dat wordt ook wel DC genoemd), dat komt aan bij de zonnepaneelomvormer en die zet dit om naar 230 Volt wisselspanning (wat AC wordt genoemd).

Omdat de accu van de thuisbatterij met gelijkspanning werkt, zal de thuisbatterij de 230 Volt wisselspanning eerst moeten omzetten naar gelijkspanning. Je voelt al aan, die omzettingen lijken nog al omslachtig, maar dat is nou eenmaal de consequentie als je de zonnepaneelinstallatie niet wil aanpassen.

Bij iedere omzetting van AC naar DC of andersom zal energie verloren* gaan. Deze twee omzettingen zullen samen ongeveer 15% bedragen. Als de thuisbatterij een accu heeft van bijvoorbeeld 10 kWu, en dan zal 10 kWu x 1,15 = 11,5 kWu zonne-energie benodigd zijn voor het laden van die 10 kWu accu.

Nou zou je kunnen denken, als je geen thuisbatterij gebruikt, heb je ook te maken met dat verlies van de zonnepaneelomvormer vanwege de omzetting van DC naar AC. Dat klopt, en omdat de zonnepaneelomvormer vrij efficiënt werkt is dat verlies circa 5%. Dus als je het zo bekijkt heb je bij het laden van de accu van de thuisbatterij een verlies van circa 10%. Dat is het verlies om de wisselspanning van de zonne-energie om te zetten naar gelijkspanning. En dat is toch jammer.

* energie kan niet verloren gaan, het wordt hooguit omgezet in een andere vorm van energie. Bij een zonnepaneelomvormer en een thuisbatterij is dat (een flinke hoeveelheid) "warmte".

DC-gekoppelde zonnepanelen

Het verlies van de eerder genoemde 10% is te vermijden door de zonnepanelen niet via een zonnepaneelomvormer te koppelen aan de thuisbatterij, maar deze rechtstreeks, dus zonder omvormers te koppelen.

Daarvoor zijn er twee mogelijkheden, het gebruik van een hybride omvormer (dat ook een thuisbatterij kan zijn) of het gebruik van een zonnepaneel MPPT laadregelaar.

Hou er rekening mee dat mogelijk aanpassingen noodzakelijk zijn hoe de zonnepanelen (op het dak) onderling verbonden zijn. Dat komt omdat in beide oplossingen de spanning en stroom die de zonnepanelen leveren beperkt moet blijven tot de maxima die de fabrikant van de hybride omvormer of laadregelaar specificeert.

Door de zonnepanelen anders met elkaar te verbinden of op te delen in meerdere strings (secties) zal aan die eis kunnen worden voldaan.

Deze oplossing is overigens niet mogelijk als je zonnepanelen op je dak hebt liggen die gebruik maken van micro-omvormers, tenzij alle micro-omvormer onder de panelen worden verwijderd, we willen immers bij deze oplossing juist géén zonnepaneelomvormer(s) meer gebruiken.

Hybride omvormer

De hybride omvormer is feitelijk een zonnepaneelomvormer die een optionele mogelijkheid heeft voor het aansluiten van een accu. En met een accu verandert de hybride omvormer van zonnepaneelomvormer naar een combinatie van een thuisbatterij en zonnepaneelomvormer.

In het geval van een noodstroomvoorziening biedt de hybride omvormer een voordeel omdat de zonnepanelen en de accu hierin samenkomen. Als de accu geladen moet worden, dan kan de gelijkspanning van de zonnepanelen, zonder omvormer, direct de accu in vloeien. Daarmee worden twee omzettingen DC-AC en AC-DC voorkomen. Daarmee voorkomen we circa 10% omzetverlies.

De hybride omvormer heeft meestal een ruim ingangsspanningsbereik voor de zonnepanelen. De kans is dus groot dat de zonnepanelen zonder aanpassingen op het dak aangesloten kunnen worden op de hybride omvormer.

Zonnepaneel MPPT laadregelaar

De tweede mogelijkheid is om bij gebruik van een "normale" thuisbatterij (dus niet een hybride omvormer), de accu rechtstreeks te laden met de gelijkspanning van de zonnepanelen. Dat vereist in een zogenaamde MPPT laadregelaar. Je kan de zonnepanelen namelijk niet zomaar verbinden met de accu, ondanks dat ze beiden met gelijkspanning werken.

De laadregelaar zorgt onder andere er voor dat de accu op de juiste manier geladen wordt en stopt met laden als de accu vol zit. De afkorting MPPT staat voor Maximum Power Point Tracker en is een functie die in vrijwel iedere zonnepaneelomvormer zit om het maximale vermogen uit de zonnepanelen te halen.

In deze oplossing wordt gebruikt gemaakt van een normale thuisbatterij en word op de accu één of meerdere MPPT laadregelaars aangesloten.

De laadregelaar is verkrijgbaar in veel verschillende versies. Die verschillen in de maximale spanning die de zonnepanelen afgeven en de laadstroom naar de accu. De laadregelaar zal dus afgestemd moeten zijn op de gebruikte en aantal zonnepanelen en de benodigde laadstroom voor de accu. Zoals eerder vermeld, meerdere MPPT laadregelaars kunnen parallel geschakeld worden en kunnen samen een veelvoud leveren van de laadstroom van één laadregelaar.

Het installeren en instellen van een laadregelaar is werk voor een specialist omdat als dit niet goed gedaan wordt de accu's kan beschadigen en de levensduur sterk kan bekorten.

Eventuele aanpassingen aan zonnepanelen

Zowel bij de hybride omvormer als bij de MPPT laadregelaar moet er op gelet worden dat de maximale spanning een stroom die verwerkt kan worden door de hybride omvormer of MPPT laadregelaar, niet overschreden wordt omdat anders die apparaten defect kunnen raken.

Dat kan een beperking opleveren omdat bijvoorbeeld je huidige zonnepanelen in een string (of strings) zijn aangesloten waarbij de spanning hoger is dan wat de hybride omvormer of MPPT laadregelaar aankan.

In dat geval moeten de lengte van de string zonnepanelen beperkt worden (de hoeveelheid zonnepanelen die in serie geschakeld zijn). Meer hierover in het artikel over in serie en parallel schakelen van zonnepanelen.