Zonnepanelen berekenen

Gepost door Sander 18-08-2018 Accu en acculaders,Zonnepanelen,

U wilt een autonome, zelfstandige installatie met zonnepanelen?

 

Met zonnepanelen kunt u een zogenaamde autonome installatie maken. Dat wil zeggen dat u geen stroom van het elektriciteitsnet nodig hebt. Autonome installaties kom je bijvoorbeeld tegen in tuinhuisjes, op boten, in campers en afgelegen locaties. Soms is het pure luxe, soms is het noodzakelijk.

 


Benodigde onderdelen

 

Voor een autonome zonne-installatie heeft u in ieder geval de volgende onderdelen nodig:

 

  • Zonnepanelen. Zij vangen het zonlicht (fotonen) en zetten deze om naar elektrische energie
  • Accu. De accu slaat de energie uit de zonnepanelen tijdelijk op en geeft deze door aan de verbruikers (= uw elektrische apparatuur)
  • Laadregelaar. Deze zet de variabele elektrische spanning uit de zonnepanelen om naar een voor de accu bruikbare laadspanning. Een laadregelaar is altijd nodig, een zonnepaneel kan niet direct op een accu worden aangesloten. 
  • Bekabeling tussen zonnepaneel en laadregelaar en tussen laadregelaar en accu. Vanuit de accu een kabel om de verbruikers of omvormer op aan te sluiten
  • Zekeringen in alle bekabeling


Het ziet er dan ongeveer als volgt uit:

 

 

 

Wilt u ook 230 volt? Dan is een 12 naar 230 volt omvormer nodig

 

Uiteraard kunt u apparatuur die direct op accuspanning (12 of 24 volt) werkt direct op de accu aansluiten. Soms is daar wel een stabilisator voor nodig. De accuspanning kan namelijk variëren van 11 tot bijna 15 volt bij het laden. 12 volt LED lampen bijvoorbeeld kunnen hier gevoelig voor zijn.
 

Als u apparatuur heeft die alleen op 230 volt werkt dan is ook een 12 (of 24) naar 230 volt omvormer (inverter) nodig. Een 12 (of 24) volt accu heeft een te lage spanning voor normale huishoudapparatuur. Een omvormer of inverter zet de lage gelijkspanning om in een hoge wisselspanning. De omvormer die we hier bedoelen is overigens een autonome omvormer waar je direct 230 volt apparatuur op aansluit en die niet hoeft te worden aangesloten op het elektriciteitsnetwerk. 

 


Stap 1: Welke eindapparatuur wilt u gaan gebruiken?

 

Om te bepalen hoeveel zonnepanelen u nodig heeft en hoe groot de accu, laadregelaar en de omvormer moeten worden, zal de volgende vraag moeten worden beantwoord:


"Welke apparatuur wilt u gebruiken, en hoeveel uur per dag wordt deze apparatuur gebruikt?"
 

Als deze vraag nog niet direct kan worden beantwoord, denk daar dan toch eens goed over na. Anders kan geen goede berekening worden gedaan. U krijgt dan een goed gevoel bij de haalbaarheid van uw project. Doe dit indien mogelijk met uw partner(s) zodat iedereen weet wat hij zou kunnen verwachten. In elk geval leert u met deze oefening erg energiebewust na te denken.

 

Praktijkvoorbeeld:


U heeft een huisje in de bossen en wilt daar elektrische apparatuur gebruiken:

 

  • 3 spaarlampen van 10 watt per stuk = 30 watt totaal. U wilt ze 3 uur per dag laten branden
  • Een koffie apparaat van 1000 watt, per dag wilt u deze 10 minuten gebruiken.
  • Een laptop van 80 watt, 2 uur per dag gebruikt
  • Een kleine LED TV van 40 watt, 2 uur per dag


Verder de volgende uitgangspunten:

  • Alle apparaten werken op 230 volt
  • U heeft geen netaansluiting
  • U wilt geen generator gebruiken maar gaat voor een 'groene' zonne-installatie

 

 

Stap 2: Berekening benodigde 12 naar 230 volt omvormer

 

Het totale vermogen als de bovenstaande apparatuur op enig moment gelijktijdig werkt is 30+1000+80+40 = 1150 watt. U heeft daarom een 12 naar 230 volt omvormer nodig van zeker 1200 watt, wij bevelen een iets hoger vermogen aan van 1500 watt. Dan heeft u nog wat ruimte voor extra apparatuur.

 

Dan komt nu een iets lastiger deel van de berekening, namelijk de capaciteit van de accu. Deze wordt altijd opgegeven in Ah = Ampère-uren. Met andere woorden, hoeveel uur kan de accu een bepaalde stroom leveren. Bijvoorbeeld, een 100Ah accu kan theoretisch 100 uur lang 1 ampère stroom leveren. Of 10 ampère gedurende 10 uur (want, 10 ampère maal 10 uur is weer 100 Ah). Ampère-uren kun je ook omrekenen naar watt-uren (Wh). Dit komt omdat spanning maal stroom het vermogen (watt) is. 1 ampère bij 12 volt is 12 watt. Ofwel, de ideale 100Ah accu kan 1200Wh leveren. Dat is gedurende 100 uur 12 watt. Of 120 watt gedurende 10 uur. Of 1200 watt gedurende 1 uur. En dan is hij helemaal leeg. Niet doen trouwens, dat steeds leegtrekken, zie dit artikel)

 

 

Stap 3: Berekening benodigde accu

 

  • 3 spaarlampen gedurende 3 uur = 3 stuks  x 10 watt x 3 uur = 90Wh
  • Koffie apparaat: 1000 watt x 0,1666 uur = 166Wh
  • Laptop: 80 watt x 2 uur = 160Wh
  • TV: 40 watt x 2 uur = 80Wh

Totaal Wh per dag: 496 Wh

 

Omdat vermogen (watt) = spanning (V) maal stroom (A), heeft u per dag met een 12 volt accu dus 496/12 = 41,3 Ah nodig.

 

Dan komt de volgende vraag:


"Hoeveel dagen wilt u overbruggen zonder dat de accu door de zonnepanelen wordt bijgeladen?"


Een heel realistische vraag! Op regenachtige dagen moet u zich niet veel voorstellen van de door de panelen aangeleverde energie. En dan draait de accu vrijwel helemaal op de opgeslagen energie uit de accu. Is er weer zon, dan wordt de accu weer bijgevuld.

 

Stel, u wilt twee dagen overbruggen. U heeft dan een 12 volt accu van tenminste 2 maal 41,3 = 83 Ah nodig. Omdat een loodaccu nooit helemaal mag worden ontladen, maar tot gemiddeld maximaal 50%, heeft u zeker een accu nodig van 160Ah. Dit kunnen ook 2 parallel geschakelde accu's van 80Ah zijn.

 

 

Stap 4: Berekening benodigde zonnepanelen

 

Als er na 2 dagen weer 4 uur (vollicht) zon is, dan moet de accu gedurende deze 4 uur weer helemaal worden bijgevuld om de volgende twee zonloze dagen te kunnen overbruggen. Per twee dagen gebruiken we 2 maal 496 = 992 Wh, dus de capaciteit van het zonnepaneel moet 992 Wh / 4 uur = 248 Watt zijn. Omdat het vermogen van panelen altijd wordt opgegeven op basis van het theoretisch haalbare vermogen, kiezen we zonnepanelen met wat meer vermogen, bijvoorbeeld 3 panelen van 100 watt. Deze schakelen we parallel aan elkaar (plussen aan elkaar en de minnen aan elkaar). Op deze manier vormen ze samen één groot paneel van 300 watt. 



Kleine of grote zonnepanelen?
 

Op campers, boten en kleinere tuinhuisjes is vaak onvoldoende ruimte voor grote zonnepanelen van 250 tot bijna 400 watt. Dit zijn de panelen die je ook op woonhuizen ziet. De afmetingen zijn ongeveer 1,7 bij 1 meter. Om die reden wordt vaak voor (meerdere) kleine panelen gekozen die tezamen 1 groot paneel vormen, maar beter passend over het oppervlak worden gelegd. Wij hebben deze panelen in ons assortiment van 50 t/m 150 watt, zie hier.

Waar u wel op moet letten is de werkspanning van de panelen. De kleinere panelen zijn geschikt voor 12 volt installaties, ze leveren maximaal ongeveer 20 volt. U kunt ze ook gebruiken voor 24 volt installaties maar dan moet u er twee in serie zetten.
 

Wilt u toch een groot paneel gebruiken of meerdere, dan moet u opletten. Deze panelen genereren een optimale spanning van 30 a 40 volt. Deze gelijkspanning is eigenlijk te hoog om efficiënt te kunnen converteren naar 12 volt. Tenminste, als u een eenvoudige laadregelaar gebruikt. Een laadregelaar moet altijd worden opgenomen tussen de panelen en de accu, om het laden goed te begeleiden. De panelen werken bij een eenvoudige zogenaamde PWM laadregelaar namelijk onder hun optimale werkpunt. Om die reden kiezen we in dat soort installaties in 12 volt systemen voor kleinere panelen van 100 of 150 watt. Een voorbeeld van een goede PWM regelaar is de Steca PR3030. Dit is een zeer betrouwbare PWM converter die bij veel 12 of 24 volt accu installaties feilloos zijn werk doet. Zeker als u gebruik maakt van de kleinere panelen met lagere spanning.
 

Wilt u panelen met hoge werkspanningen (meer dan ca 30 volt) goed kunnen laten werken met uw installatie dan heeft u een zogenaamde MPPT laadregelaar nodig. MPP = Maximum Power Point Tracking. Dit soort regelaars zoeken voortdurend naar het optimale werkpunt van de panelen (spanning/stroom) en converteren deze energie optimaal naar de lagere accuspanning. De panelen blijven dus werken in het gebied waarin ze het beste presteren los van de accuspanning. Een voorbeeld van een fijne MPPT regelaar is onze EPEver Tracer serie. Deze zoekt voortdurend naar de optimale werkspanning en -stroom. Dit is iets wat de PWM regelaars niet doen: die trekken de panelen min of meer naar accuvoltage en hebben daardoor vaak een lager rendement, en laden dus vaak met een lagere laadstroom dan een MPPT regelaar. Een extra voordeel van MPPT regelaars is dat ze een hogere ingangsspanning aankunnen van wel 100 volt of meer. U kunt daarom zelfs 2 grote panelen in serie aansluiten (die leveren dan samen ongeveer 60 tot 70 volt). De meeste PWM regelaars zijn beperkt tot 40 a 45 volt ingangsspanning.
 

In ons rekenvoorbeeld iets over de capaciteit van de laadregelaar: deze moet een vermogen aankunnen van 300 watt vanuit de panelen. Op een 12 volt accu betekent dit een laadregelaar met een stroomcapaciteit van tenminste 300/12 = 25 ampère. We kiezen iets ruimer, 30 ampère. Dit geldt zowel voor PWM als MPPT laadregelaars. Voordeel van de MPPT regelaar is dat in plaats van 2 of 3 kleinere 12 volt panelen één groot paneel van 300 watt kan worden gebruikt.

 


Conclusie

 

Als we onze apparatuur willen gebruiken gedurende 2 dagen zonder zon, waarbij er (gemiddeld) na 2 dagen weer 4 uur volle zon is, dan hebben we nodig: