Zonneenergie: stroom, vermogen en dikke kabels
In het eerste deel over zonneenergie (een eerste lesje techniek) hebben we gezien hoe we van zonlicht naar opgeslagen elektriciteit komen. Dat is in concept niet heel moeilijk, maar als we dat op een goede manier willen aansluiten, dan moeten we daar wel even wat aan (kunnen) rekenen. Wat je namelijk niet wilt, is dat de boel in de fik gaat, omdat je kabels te dun zijn en doorbranden. Dan ben je alle energie die je erin gestoken hebt sowieso kwijt. En dat is natuurlijk zonde, naast dat het ook een verspilling is van alle moeite en grondstoffen.
Zonneenergie: alle onderdelen en hun eenheden
Nu zijn de vorige keer alle onderdelen uit het plaatje hierboven al wel langsgekomen, maar hebben we ze nog niet in detail besproken. Ik neem ze hieronder even op in een lijstje, en bespreek ze dan gelijk eventjes kort.
- Zonnepanneel
Een zonnepaneel heeft een aantal eigenschappen en dimensies die van belang zijn bij het rekenen eraan:Â- een maximaal vermogen (in Watt-piek, ofwel Wp)
Wat brengt het paneel maximaal op in ideale omstandigheden. Dat betekent: als de zon er volledig en recht van boven op valt en er geen schaduw is. Deze waarde is vaak een bovengrens, maar desalniettemin belangrijk om te weten, want op basis hiervan gaan we de dikte van de kabels uitrekenen (dimensioneren). - een maximale open klemspanning (in Volt)
Dit is de spanning tussen de plus (+) e nde min (-) van het zonnepaneel. Deze spanning zal dalen, zodra er een verbruiker op wordt aangesloten. Dat kan een directe gebruiker zijn, of een zonnelader. Hierover later meer. - een rendement (in %)
Hoe goed het omzetten van zonlicht in elektriciteit gaat. Als het rendement hoger is, dan zal een paneel van gelijke grootte bij dezelfde omstandigheden meer elektriciteit opleveren. Veel voorkomende waarden zijn 15-25% en deze waarden zijn afhankelijk van de ouderdom en het type zonnepaneel. - temperatuurgevoeligheid
Zonnepanelen werken minder goed als ze te heet worden. Net als dat planten minder goed groeien als het te heet is. Maar aangezien alle zonnepanelen hier last van hebben, laat ik deze buiten beschouwing.
- een maximaal vermogen (in Watt-piek, ofwel Wp)
- Zonnelader of laadregelaar
Een zonnelader of laadregelaar zet de wisselende opbrengst van een zonnepaneel om naar een constante uitgangsspanning. Op die manier kan een accu opgeladen worden. Hier zijn twee typen van: PWM en MPPT. Het verschil tussen deze twee zit 'm in hoe ze de wisselende opbrengst omzetten naar een stabiele uitgangsspanning.- PWM: Pulse Width Modulation
Werkt door de ingangsspanning van het zonnepanneel naar beneden bij te stellen, en kan zodoende de accu op een goede manier laden. Een nadeel is dat dit systeem minder goed werkt als de uitgangsspanning van de panelen lager is of wordt dan de laadspanning van de accu. Dat kan voorkomen doordat er veel bewolking is, of schaduw. Dit systeem werkt goed als de aangesloten panelen een spanning geven die iets boven dat van de accu ligt. Vergelijk het een grote bak water die overstroomt. Alles wat je niet gebruikt, stroomt over en vloeit weg. Als het water nu wat langzamer stroomt, duurt het langer voordat je grote bak water vol is. - MPPT: Maximum Power Point Tracking
Deze laadregelaar is geavanceerder dan de PWM-laadregelaar en daardoor in de regel duurder. Hij werkt door zijn invoerspanning aan te passen om zo veel mogelijk vermogen te kunnen leveren aan de accu. Dit doet hij door het Maximum Power Point te volgen. Dat is het punt waarop het overgedragen vermogen maximaal is. Ik zal niet ingaan op de wiskunde ervan, maar het werkt beter als het zonnepaneel een (veel) hogere spanning heeft dan de op te laden accu. Vergelijk het met hardlopen naar de bus, zonder dat je gaat zweten of buiten adem raakt. Op warme dagen kun je minder hard lopen naar de bus dan op koude dagen, en als je uitgerust bent, kun je even wat meer aanzetten dan wanneer je al even bezig bent.
- PWM: Pulse Width Modulation
- Accu
Waarin de elektriciteit kan worden opgeslagen. De relevante waarde is Ampere-Uur (Ah). Dat staat voor hoeveel stroom (Ampere: A) een accu kan leveren gedurende een uur. Een accu waarvan je 100Ah kunt gebruiken, kan gedurende 100 uur een stroom leveren van 1 Ampere. Dat is niet zo heel veel vermogen (vermogen in W = stroom in A * spanning in V). Een knipperlicht van een auto is 21 Watt. Dus als we dat invullen, dan hebben we daar 21W/12V = 1,75AÂ voor nodig. Deze accu is dan al na 100/1,75=57 uur leeg. Gelukkig staat een knipperlicht niet de hele tijd aan. :) - Omvormer
Zet de opgeslagen energie uit een accu om naar 230V wisselspanning zoals we die ook uit het stopcontact krijgen. Afhankelijk van wat je wilt aansluiten heeft deze een bepaald piekvermogen nodig. Je kunt ze vinden met vermogens tussen de 150 en 4000W. Dat maakt nogal uit in de kabeldiktes en hoe snel je accu leeg zal zijn. Hoe hoger het vermogen wat je wilt gebruken, hoe dikker je kabels moeten zijn en hoe sneller je accu leeg zal zijn. - Kabels
Ik ga uit van koperen kabels. Dat zijn de meest voorkomende kabels. Deze zijn voor dit soort toepassingen te krijgen in verschillende diktes, van 3 vierkante mm (3mm2) tot wel 175mm2
Kabeldiktes berekenen
Als je een kabel gebruikt om stroom door te vervoeren, dan zal deze kabel zich daar tegen verzetten en gaan tegensputteren door warm te worden. Dat tegensputteren valt in de praktijk wel mee, maar als we met zonneenergie werken is het vaak gelijkstroom gecombineerd met een niet al te hoog voltage. Als je dan toch met veel vermogen aan de slag gaat, dan wordt de stroom wel erg hoog. Er zijn een paar belangrijke formules die we bij de driehoek stroom/spanning/vermogen hebben. Ik zal je wat trucjes leren.
Hieronder staat een plaatje: P/VI, waarbij P het vermogen in Watt is, V de spanning in Volt en I de stroomsterkte in Ampere.

Nu heb je wel een stukje van de puzzel geleerd, maar nog niet hoe je van een stroomsterkte naar een dikte van een kabel komt. Als je stroom door een koperen kabel laat gaan, dan heeft die kabel een weerstand. De weerstand hangt af van de lengte van de kabel en de dikte van de kabel. Als je een veilige marge wilt hebben is dit je formule: de dikte van een kabel in mm2 is stroom (in Ampere) x de afstand (in m) x 0,2. Daarom was het hierboven zo belangrijk dat we de stroomsterkte uit konden rekenen.
Comment with a minimum of 10 words.