Zonne-autonomie (“off-grid”), de praktische gids!

Voordat u apparatuur aanschaft die nodig is voor een zonne- (hybride) of off-grid energiesysteem, is het van cruciaal belang om de basisbeginselen van het ontwerpen en dimensioneren van energieopslagsystemen onder de knie te krijgen. Zoals hieronder geïllustreerd, is de eerste stap het ontwikkelen van een laadprofiel via onze calculator, waarmee u een schatting kunt maken van de hoeveelheid energie die u dagelijks ter plaatse verbruikt. 

Voorbeelden (klik op deze link om toegang te krijgen tot de online Excel-calculator) :

Stap 1 – Evaluatie van het verbruik in kWh:

 Het meest cruciale element bij het ontwerp van een off-grid zonnesysteem is de schatting van de dagelijks benodigde energie in kWh. Voor locaties die op het elektriciteitsnet zijn aangesloten, kunnen nauwkeurige belastingsprofielgegevens worden verkregen door meters te gebruiken om de belastingen rechtstreeks te meten. Voor off-grid of stand-alone systemen: begin altijd met het gebruik van onze off-grid belastingcalculator voor zomer- en winterbehoeften. De belastingstabel helpt ook bij het berekenen van piekbelastingen, vermogensfactoren en de maximale vraag die nodig is om het juiste systeem te dimensioneren. Zorg ervoor dat u onderscheid maakt tussen de begrippen van kW (vermogen) en kWh (energie)!

Stap 2 – Batterijgrootte:

De batterijcapaciteit wordt gemeten in Ah of Wh. DE Nikkel-ijzer batterijen zijn gedimensioneerd in Ah (om de capaciteit in KwH te verkrijgen, moet u de capaciteit in Ah x de spanning vermenigvuldigen, bijvoorbeeld 200Ahx48V = 9.6 kWh nominale energie), terwijl de capaciteit van de batterijen lithium wordt gemeten in kWh. Er moet rekening worden gehouden met alle verliesfactoren om ervoor te zorgen dat de batterijgrootte voldoende is om aan de belastingen te voldoen, inclusief de belasting maximaal toegestane ontladingsdiepte (DoD), wat ook een impact zal hebben op de levensduur. Houd ook rekening met het batterijtype en de samenstelling ervan, het batterijspanningsbereik, de minimale looptijd (dagen zonder zonlicht) en de maximale oplaadsnelheid van de batterij (C-waarde), zoals later verder in detail wordt uitgelegd.

Stap 3 – Dimensionering van de zonne-installatie

 Het is noodzakelijk om een ​​zonne-installatie van het juiste formaat te hebben om de batterij op te laden terwijl de belastingen van stroom worden voorzien. Om ervoor te zorgen dat de zonne-installatie groot genoeg is, moet u rekening houden met de lokale omstandigheden, waaronder de gemiddelde zonnestraling gedurende het hele jaar (piekzonlichturen), problemen met schaduw, oriëntatie en kantelhoek van het paneel, kabelverliezen en thermische degradatie (verliesfactoren). De PVGIS-ontwerptool voor zonne-energie kan helpen bij het schatten van de zonne-opwekking gedurende het hele jaar, op basis van de oriëntatie en locatie van de panelen.

Stap 4 – Selectie van omvormer-lader

Zodra de stappen 1 tot en met 3 zijn voltooid, moet u een geschikte inverterlader kiezen, evenals een MPPT-zonnelaadcontroller die past bij de zonne-installatie op basis van de lengte van de panelen en strings, die de spanningsketens zullen bepalen. Gebruik een kettingspanningscalculator om een ​​schatting te maken de maximale en minimale kettingspanningen, die u zullen helpen bij het bepalen van de keuze voor de meest geschikte MPPT-lader (ik heb in dit scenario het voorbeeld van de Victron MPPT-calculator gebruikt). Vervolgens kan de accu-omvormer-lader worden geselecteerd om aan uw continue en piekbelastingsbehoeften te voldoen.

Hoe selecteert u de juiste batterijomvormer?

LBatterij-omvormers voor off-grid-toepassingen hebben tal van specificaties waarmee rekening moet worden gehouden voordat een geschikte batterij-omvormer wordt gekozen en gedimensioneerd. Er zijn verschillende soorten systemen beschikbaar, waaronder netinteractieve omvormer-laders, hybride omvormers, complete systemen met geïntegreerde batterijopslag (bekend als BESS) en AC-koppelingsbatterijsystemen. Hieronder schets ik enkele belangrijke concepten waarmee u rekening moet houden bij het selecteren van een geschikte omvormer, door het gegevensblad te analyseren van een batterijomvormer die we vaak gebruiken.e Victron Multiplus-II. Dit zijn de criteria waarmee rekening moet worden gehouden:

 

– Continu uitgangsvermogen van de omvormer en piekvermogen (kVA & kW)

– Laadcapaciteit van de omvormer-lader naar de accu’s (in A)

– Overdrachtscapaciteit 

– Batterijcompatibiliteit (afhankelijk van technologie)

– Type architectuur (DC- of AC-koppeling?)

– Telemetrie en lokale en/of systeemmonitoring op afstand

 

  

1. Uitgangsvermogen van de omvormer – maximale continue en piekwaarden (kW)

 

Batterij-omvormers (hybride of off-grid) zijn verkrijgbaar in een groot aantal maten, bepaald door het continue uitgangsvermogen gemeten in kW of kVA. Het vermogen van de omvormer hangt af van de topologie of het ontwerp, het type energieconversiecircuit, de aanwezigheid of niet van een transformator, het koelsysteem en de bedrijfstemperatuur. Hieronder staan ​​twee hoofdtypen hybride en off-grid omvormers die beschikbaar zijn.

 

 

Loff-grid batterij-omvormers dienst Zware ringkerntransformatoren, die duurder zijn, maar een hoog piek- en piekvermogen bieden en hoge inductieve belastingen aankunnen. Deze omvormers bevatten doorgaans actief ventilatorkoelsystemen om de prestaties bij hoge temperaturen te behouden. Zoals hieronder uitgelegd, hebben de meeste van deze omvormers geïntegreerde laders en zijn ze ook netwerkinteractief (dit is het geval bij de Victron Multiplus-II)

 

LHybride omvormers en AC-gekoppelde batterijsystemen gebruik transformatorloze omvormers met 'schakeltransistors' (bijvoorbeeld: Fronius GEN24, GROWATT of DEYE hybride omvormers, enz...). Deze compacte en lichtgewicht omvormers hebben een lager piekvermogen en lagere overspanningswaarden, maar zijn zuiniger, goedkoper en gemakkelijker te vervaardigen. Ze zijn meestal ook volledig weerbestendig, wat betekent dat ze veilig kunnen worden geïnstalleerd op meer blootgestelde locaties, hoewel directe blootstelling aan zonlicht altijd moet worden vermeden. Ze zijn echter niet ontworpen om het hele jaar door off-grid te werken, maar kunnen heel goed af en toe een back-upfunctie vervullen.

 

   

 

Het is van cruciaal belang om inzicht te hebben in het maximale vermogen dat de omvormer continu kan leveren, evenals het piekvermogen dat hij gedurende korte perioden kan verwerken, wat vaak nodig is bij het starten van inductieve belastingen zoals motoren. Wees niet gedwongen om te kiezen of u de föhn of de broodrooster aanzet! 

 

 

Pvermogen in KVA of kW? Wat kiezen wij?

 

Het is belangrijk om op te merken of het vermogen van de omvormer in kW of kVA wordt vermeld. Kilowatt is over het algemeen de meest nauwkeurige meting. Dit kan verwarrend zijn bij het dimensioneren van een omvormer voor uw behoeften. De algemene conversieverhouding die wordt gebruikt om van kVA naar kW om te rekenen, wordt hieronder weergegeven:

 

kVA x 0.8 = kW

 

Een Victron-omvormer van 5 kVA is bijvoorbeeld ongeveer gelijk aan een omvormer van 4 kW. Een ander voorbeeld is een omvormer met een continu uitgangsvermogen van 3000 VA (3 kVA), die doorgaans slechts 2400 Watt continu genereert, of ongeveer 80% van het aangegeven 'schijnbare' vermogen.

 

 

 

2. Laadvermogen van de omvormer (meestal uitgedrukt in A):

 

Dit is het vermogen van de omvormer om de accu op te laden vanaf een zogenaamde ‘walstroombron’ (een generator). Een hogere laadsnelheid betekent dat de accu sneller kan worden opgeladen, wat gunstig kan zijn in gebieden met beperkte zonlichtperioden of wanneer u de generator moet laten draaien. Voorbeeld met de Multiplus-II batterijomvormer:

 

 

3. Grootte van de fotovoltaïsche installatie (kW)
 

De grootte (begrijp het vermogen) van de fotovoltaïsche installatie moet compatibel zijn met de capaciteit van de omvormer. Een te grote of te kleine omvormer in vergelijking met de fotovoltaïsche installatie kan resulteren in een verlies aan efficiëntie en prestatie. SAls u bijvoorbeeld een Multiplus-3000VA neemt en twee Victron RS 450/100-laders van elk 5 kWp toevoegt, kunt u alleen het vermogen van de Multiplus gebruiken, d.w.z. 3KVA op een totaal potentieel vermogen van 10KVA (als uw panelen in ideale omstandigheden produceren!).

 

 

4. Passeer-/overdrachtsvermogen (A):

 

Doorgeven van vermogen verwijst naar het vermogen van de omvormer om vermogen van het elektriciteitsnet of een opwekkingsbron naar de belastingen over te dragen zonder door de batterijen te gaan. Dit is belangrijk voor het behouden van stroom tijdens stroomuitval of wanneer de batterij leeg is. Dit idee is vooral belangrijk bij hybride configuraties, en minder op een geïsoleerde locatie (in feite met 32A * 230V = 6000W, wat al overeenkomt met een redelijk comfortabele generator).

 

 

 

5.Batterijcompatibiliteit – Systeemspanning en batterijtype
 
Het is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat de batterijomvormer compatibel is met de systeemspanning en het gebruikte type batterij, of het nu gaat om lithium-, nikkel-ijzer- of andere batterijen. Een Multiplus-II 48V zal bijvoorbeeld moeten worden uitgerust met een accubank uiteraard in 48V, enz.

 

6. Type systeemarchitectuur: DC- of AC-koppeling?

 

Omvormers kunnen op wisselstroom (AC) of gelijkstroom (DC) worden gekoppeld, waarbij elke configuratie zijn voor- en nadelen heeft. De keuze zal afhangen van uw specifieke systeem en uw behoeften.

 

En DC-koppelingsarchitectuur, het meest verspreid in off-grid, een “MPPT”-batterijlader controleert overdag de zonnepanelen om de zonneproductie te maximaliseren, die opnieuw in de batterijen wordt geïnjecteerd. Het rendement is uitstekend (92-96%), maar als het eigen energieverbruik tijdens de productie plaatsvindt, kan de DC/DC/AC-conversie (aangezien de MPPT gelijkstroom levert, die zelf door de accu-omvormer wordt gegolfd om uw 230V van stroom te voorzien) belastingen), zal extra verliezen veroorzaken:

 

 

 

En AC-koppelingsschema, Minder gebruikelijk en vaak te vinden op systemen met een hoger vermogen, is een zonne-energie-omvormer (Fronius) verbonden met de uitgang van de Multiplus-batterijomvormer. Deze laatste is verantwoordelijk voor de controle ervan op basis van de momentane stroombehoefte, zodat de door de Fronius geproduceerde energie met voorrang naar de consument gaat, ZONDER via de batterijen te gaan:

 

 

 

 

Dit type architectuur heeft twee opmerkelijke voordelen:

 

- Betere prestatie als u het grootste deel van uw consumptie overdag doet (u zult letterlijk consumeren “terwijl de zon voorbijgaat”).

- Cumulatief vermogen van de Fronius-uitgang EN de batterijomvormer. Met andere woorden: als uw Fronius onmiddellijk 3 kWp vermogen produceert en u beschikt over een 3KVA Multiplus, dan kunt u theoretisch 6 KVA bereiken!

 

Dit type systeem heeft echter twee nadelen:

 

- De Fronius moet worden aangestuurd met behulp van frequentiemodulatiee door de Multiplus, die digitale klokken kan verschuiven en problematisch kan zijn voor bepaalde gevoelige apparatuur (huishoudelijke apparaten, enz.). We spreken van het fenomeen ‘flikkering’.

- De oplaadprestaties van de batterij zijn middelmatig, omdat er een DC/AC/DC-conversie plaatsvindt en de verliezen groter zijn.

 

Dus wat zou de beste architectuur zijn voor een robuust off-grid systeem? 

Ten slotte kunnen we een gemengde architectuur hebben, waarbij AC- en DC-koppeling worden gecombineerd. Dit heeft het voordeel dat het robuust en redundant is (als de Fronius in after-sales service staat, heb je de zonneproductie van de Victron MPPT-lader, en omgekeerd)! 

Voorbeeld van een gemengd off-grid-systeem, waarbij DC- en AC-koppeling worden gecombineerd (via een Fronius): 

 

 

7. Telemetrie en lokaal beheer (supervisie):  

 

De mogelijkheid om uw systeem lokaal en op afstand te monitoren en te besturen is een aanzienlijk voordeel, waardoor een optimaal beheer van het energieverbruik, de productie van zonne-energie en de energieopslag mogelijk is. Dit maakt het ook mogelijk om dag na dag de verschillende systeemvariabelen (productie van zonne-energie, verbruik in kWh, stroompieken, laadtoestand van de batterij) nauwkeurig te monitoren en eventueel afwijkingen te identificeren. Het is daarom een ​​essentieel hulpmiddel om te integreren in een off-grid systeem.