Off-grid systeem bouwen

Een off-grid energiesysteem is een systeem dat voor haar energievoorziening niet afhankelijk is van een verbinding met het lichtnet. Off-grid systemen worden ook wel aangeduid als autonome systemen, eilandsystemen, netonafhankelijke systemen of autarkische systemen. Energieopslag in de vorm van batterijen of accubanken zijn vaak onderdeel van een off-grid systeem.

Als u een off grid systeem wilt bouwen dan moet u de juiste berekening maken m.b.t. de capaciteit van energieopwekking en energieopslag. Deze 2 zaken zijn van groot belang om ervoor te zorgen dat uw verbruikers (de aangesloten elektrische apparaten) blijven werken op de manier waarop u dat wilt. Om een juiste berekening hiervoor te maken kunt u de volgende stappen zetten om een goed off-grid systeem te bouwen.

1. Bereken het totale dagelijkse stroomverbruik/ energieverbruik in Watts van uw systeem.
2. Bereken het maximale continue stroomverbruik/ energieverbruik in Watts van uw systeem.
3. Bereken de maximale stroompiek/ verbruikspiek aan vermogen in Watts van uw systeem.
4. Kies vervolgens de juiste omvormer, multi of quattro voor uw systeem.
5. Bepaal hoe lang u wilt dat het systeem onafhankelijk kan werken zonder dat stroom opgewekt wordt.
6. Bereken vervolgens hoe groot de capaciteit van uw batterij of accubank moet zijn om dit te ondersteunen.
7. En bereken daarna op welke manier u voldoende energie opwekt om dit systeem en de accu te kunnen voorzien van voldoende energie.

We behandelen een voor een de bovengenoemde stappen om u hierbij te ondersteunen.

1. Bereken het totale dagelijkse stroomverbruik/ energieverbruik in Watts van uw systeem.
Stap 1 is het berekenen van het totale dagelijkse stroomverbruik van uw systeem. Om dit te doen maakt u een lijstje met alle stroomverbruikers (zowel AC als DC verbruikers) in uw systeem en noteert u alle vermogens in W van de afzonderlijke apparaten. U noteert vervolgens hoe lang u de apparaten in het systeem gebruikt op dagbasis (24 uur). De verbruiksgegevens van apparatuur is af te lezen op het apparaat zelf.

Voorbeelden:
Magnetron (AC): 1200 W (per uur)
De magnetron wordt 6 minuten per dag gebruikt. Het verbruik in Watts per dag is dan: 1200 x 0,1 (6/60 minuten) = 120 Wh per dag

Koelkast (AC): jaarlijks verbruik 279 kWh/jaar Het verbruik in Watts per dag is dan: 279/365 (dagen) = 0,76 kWh per dag = 764 Wh per dag

Waterpomp (DC): 1,3A (bij 12V) De pomp draait 2 uren per dag. Het verbruik in Watts per dag is dan: 12 x 1,3 x 2 = 31,2 Wh/day

Op deze manier maakt u een volledige lijst met verbruikers in uw systeem. Tel alle vermogens bij elkaar op en u heeft het dagelijkse verbruik van uw systeem berekend. We gaan in dit artikel even uit van een totaal dagelijks verbruik van 1.8 KWh / dag. Met dit gegeven rekenen we verderop door in dit artikel.

2. Bereken het maximale continue stroomverbruik/ energieverbruik in Watts van uw systeem. Stap 2 is het berekenen van het maximale continue stroomverbruik/ energieverbruik in Watts van uw systeem. Om dit te berekenen bepaalt u welke apparaten altijd draaien (zoals bijvoorbeeld een koelkast) en daarbij telt u de vermogens op van apparaten die samen langere tijd gelijktijdig gebruikt worden. die vermogens telt u bij elkaar op.

3. Bereken de maximale stroompiek/ verbruikspiek aan vermogen in Watts van uw systeem.
Stap 3 is het bepalen van de stroompiek/ verbruikspiek aan vermogen in Watts van uw systeem. Zeker apparaten zoals een hogedrukreiniger genereren een hoge opstart-vermogenspiek die het systeem wel moet kunnen opvangen omdat uw systeem anders stopt. In onderstaande afbeelding ziet u het gemiddelde verbruik van een systeem, het grootste verbruik (dat langer duurt dan een piek van enkele seconden) en het piekverbruik (dat maximaal enkele seconden duurt).

Overzicht energieverbruik verdeeld over de dag

4. Kies vervolgens de juiste omvormer, multi of quattro voor uw systeem.
Kies nu het passende omvormervermogen bij het berekende verbruik van uw systeem. We gaan hierbij even uit van de volgende berekende gegevens: Het grootste verbruik in het systeem is 1.250W en het piekvermogen is 3.200W. We moeten dus een omvormer kiezen die het piekvermogen van 3.200W probleemloos aan kan. Bij alle omvormers, multi’s en quattro’s die we aanbieden op Acculaders.nl kunt u altijd doorklikken op de productsheet van het aangeboden product. Hierop kunt u de vermogens aflezen en veelal kunt u ook op die sheet een vergelijk zien van meerdere vergelijkbare producten zodat u in 1 overzicht snel de juiste omvormer gekozen heeft (een voorbeeld van zo’n overzicht ziet u hieronder staan). In dit geval is de Victron Multiplus Compact 12/2000/80 of de Victron Multiplus Compact 24/2000/50 de beste keus. Groter kunt u natuurlijk altijd ook kiezen. Verderop in dit artikel vertellen we iets meer over de keus voor de 12V of de 24V variant van de te kiezen omvormer.

Overzicht vermogens Multiplus Compact

Let op: bepaal de juiste omvormer zeker ook op basis van de omgevingstemperatuur. Als de omvormer komt te hangen in een machinekamer waar het zomaar 40 graden Celcius kan worden dan wordt het vermogen van uw omvormer daarmee echt beduidend minder. Houdt dus rekening bij de keus van de juiste omvormer met de omgevingstemperatuur.

U weet nu hoeveel vermogen uw off-grid systeem nodig heeft om te werken en we weten nu welke omvormer nodig is om dit vermogen te geven aan het systeem. Nu gaan we berekenen hoe we dit benodigde vermogen kunnen opwekken om te zorgen dat de omvormer ook daadwerkelijk dit vermogen ter beschikking heeft voor het systeem.

5. Bepaal hoe lang u wilt dat het systeem onafhankelijk kan werken zonder dat stroom opgewekt wordt.
In stap 5 bepaalt u hoe lang u wilt dat uw systeem kan blijven werken zonder dat stroom opgewekt wordt. Met andere woorden, hoe lang uw systeem zou moeten kunnen draaien op alleen de capaciteit van uw batterij of accubank.

6. Bereken vervolgens hoe groot de capaciteit van uw batterij of accubank moet zijn om dit te ondersteunen.
In stap 6 berekent u hoe groot de capaciteit van uw batterij of accubank moet zijn om uw systeem te ondersteunen gedurende het aantal uren of dagen dat nodig is. Alle energie moet gedurende deze periode uit de batterij of accubank komen. De keus voor de juiste accu hangt af van de benodigde capaciteit van de accu, de mogelijke depte van ontlading van de accu en de ontlaadstroom van het systeem.
Het systeem uit dit voorbeeld verbruikt 1.800Wh per dag. Afhankelijk van het type accu kunt u die accu maximaal 50% ontladen. De berekening voor de capaciteit van deze accu in dit systeem zou als volgt zijn:
Verbruik per 24 uur = 1.800 Wh We rekenen even met een 12V batterij: 1.800 / 12 = 150 Ah Maximaal 50 % ontladen resulteert in: 150 / 0,5 = 300Ah accu is nodig om het voorbeeldsysteem gedurende 24 uur van stroom te voorzien.

Tip: controleer na deze berekening of deze accucapaciteit valt binnen de gestelde aanbevolen accucapaciteit in de productsheet of gebruiksaanwijzing van de converter van uw keuze. Uw omvormer/ converter moet de benodigde vermogens en ontlaadstromen wel kunnen leveren namelijk.

Aanvullend: als u wilt dat uw systeem 2 x 24 uur moet kunnen draaien op enkel de stroom uit de accu, dan moet u dus een accucapaciteit van 2 x 300Ah toepassen.

Acculaders.nl kan u overigens prima alle accu’s van Mastervolt en Victron leveren. Wij bieden de accu’s niet aan op de site omdat we die niet zelf op voorraad houden. Accu’s zijn onderhoudsgevoelige producten en houden we liever niet zelf op voorraad. Als u via ons een accu bestelt dan weet u altijd zeker dat u een verse en nieuwe accu koopt en niet een die mogelijk al een half jaar of langer in een magazijn ligt. Bestellen van accu’s kan door ons te mailen of te bellen.

7. En bereken daarna op welke manier u voldoende energie opwekt om het systeem en de accu te kunnen voorzien van voldoende energie.
Stap 7 is het bepalen op welke manier u voldoende energie opwekt om het systeem en de accu te kunnen voorzien van voldoende energie. Om dit te doen telt u alle vermogens op die de energiebronnen kunnen leveren. Bepaal dus eerst welke energiebronnen u ter beschikking heeft en hoe lang ze op dagbasis kunnen draaien. Houd bij uw berekening rekening met alle mogelijke stroombronnen. Stroombronnen kunnen zijn: AC generator, AC Grid/ walstroom, DC zonnepanelen/ solar, DC windenergie/ turbine, DC dynamo of een DC generator.

We gaan weer uit van het voorbeeld-systeem waarbij we op dagbasis 1.800Wh nodig hebben om alle apparatuur te kunnen voorzien van stroom. Op de accubank kunt u parallel aan de omvormer, multi of quattro een solar laadregelaar aansluiten die ervoor zorgt dat de accu’s opgeladen worden. Als u gebruik maakt van een multi of een quattro dan kunt u op die multi of quattro ook een AC bron (in geval van de quattro zelfs 2 AC bronnen) aansluiten zoals bijvoorbeeld een generator of de walstroom/ grid/ lichtnet. Dit laatste willen we zo veel mogelijk vermijden, maar het kan ons helpen om het systeem en de accu’s van voldoende stroom te voorzien in situaties dat bijvoorbeeld de zonne-energie of windenergie te kort schieten.

Zonnesysteem
Gesteld dat we alle energie uit zonnepanelen willen halen dan is de berekening globaal als volgt: U dient altijd rekening te houden met verliezen. 6% is redelijk om mee te rekenen en dat betekent dat we dus 1.908Wh aan vermogen moeten opwekken om het systeem met een verbruik van 1.800Wh te voorzien van stroom. Een vuistregel bij zonnepanelen is om het vermogen van het zonnepaneel x 2,5 te doen om het dagelijkse opgewekte vermogen te berekenen. Om terug te rekenen naar het benodigde vermogen moeten we dan dus die 1.908Wh delen door 2,5 en dat is 763,20Wp aan zonnepaneel-vermogen. Rond dit naar boven af en u heeft 800Wp aan benodigd solar vermogen.
U kunt nu bijvoorbeeld kiezen voor 8 zonnepanelen van 100Wp die samen een vermogen kunnen leveren van 800Wp.

Met de volgende tool kunt u prima berekenen of uw zonnepanelen uw systeem voldoende kunnen voorzien van stroom:
https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html

Zonnepaneel set
Als die 800Wp te hoog is in uw situatie (bijvoorbeeld omdat u het oppervlak van 8 panelen niet kunt plaatsen dan zult u naar andere oplossingen moeten zoeken. U kunt bijvoorbeeld 4 zonnepanelen plaatsen en dat betekent dat u de helft aan vermogen te kort komt. Uw systeem zal dan dus binnen een halve dag uitvallen. U zult in dit geval moeten of kunnen kiezen voor het gebruik van een generator of bijvoorbeeld het stroomnet/ lichtnet om uw systeem aan te vullen met de benodigde energie.

De juiste MPPT laadregelaar voor uw systeem
Bij de keus van het juiste of gewenste vermogen aan zonnepanelen komt ook de keus voor de juiste solar MPPT laadregelaar (Wij adviseren voor off-grid systemen alleen de MPPT laadregelaars te gebruiken vanwege de hogere efficiënte en daarmee opbrengst t.o.v. de PWN laadregelaars). De keus voor de juiste MPPT hangt af van hoe u de zonnepanelen schakelt. U kunt zonnepanelen in serie plaatsen (tel dan de open klemspanningen bij elkaar op voor het totale binnenkomende voltage) of u kunt de zonnepanelen parallel plaatsen. Bij parallel plaatsen van zonnepanelen blijft de open klemspanning gelijk (dus als u 2 zonnepanelen met 20V open klemspanning parallel schakelt dan geeft het geheel ook 20V aan open klemspanning). Bij een MPPT laadregelaar wordt altijd aangegeven voor welk voltage deze geschikt is en welk vermogen aan ampère de laadregelaar maximaal kan geven. Het voltage waarvoor de MPPT geschikt is moet u vergelijken met de opgetelde open klemspanningen van uw opstelling aan zonnepanelen. U kunt hierin wat schuiven met serie en parallele schakeling van zonnepanelen om zo een gunstig geprijsde laadregelaar te vinden (hoe hoger het voltage hoe hoger de prijs). Hierin kunt u dus wat schuiven door bijvoorbeeld 2 parallel strings te maken die u in serie plaatst. Hoe u zonnepanelen het beste plaatst en met elkaar verbindt is ook weer afhankelijk van de omstandigheden ter plaatse. Belangrijk is altijd wel om de opgetelde open klemspanningen uit uw seriegeschakelde zonnepanelen nooit boven het aangegeven voltage uit te laten komen van de laadregelaar.

U zult in ieder geval altijd meer energie in Watts aan het systeem moeten leveren dat dat het systeem verbruikt. Waarom meer? Meer is nodig omdat een dergelijk energiesysteem altijd verliezen aan rendement heeft. Hoedt dus altijd rekening met de nodige verliezen bereken altijd alles ruim.

Monitoren van uw systeem
Om uw systeem goed te monitoren en te configureren kunt u gebruik maken van een accumonitor zoals de Victron Batterij Monitor BMV-712 Smart en een systeemmonitor zoals de Victron Color Control GX. U kunt uw systeem vaak ook via een netwerkkabel aansluiten op uw laptop en gebruik maken van de software die door de leverancier van het product wordt aangeboden. Monitoren en configureren kan vaak ter plekke, maar soms ook op afstand via internet. Op de Victron Color Control GX kunt u bijvoorbeeld gemakkelijk een GX GSM internet dongle aansluiten waarmee u vervolgens uw systeem overal online kunt monitoren/ bewaken.

Victron Color Control GX

Tot slot
Als afsluiting willen we u nog een aantal belangrijke vuistregels en tips meegeven om een juiste berekening te kunnen maken voor uw systeem.

Een belangrijke vuistregel is de volgende: Alle bronnen van energie moeten altijd een gelijke of hogere energie (in Watts) kunnen leveren dan de hoeveelheid energie die het systeem nodig heeft om goed te werken inclusief de rendementsverliezen (dus reken altijd met een voldoende ruime marge).

Een vuistregel bij de keus van een zonnepaneel is de volgende: een zonnepaneel levert ongeveer 2,5 x het Wp vermogen van het zonnepaneel op dagbasis. Een 100Wp zonnepaneel levert dan dus maximaal zo’n 250W per dag op.

Een tweede belangrijke regel in de berekening van uw systeem is de volgende: Wees realistisch en bereken alles ruimschoots. Denk niet te snel dat het wel zal werken of dat het wel zal lukken. Bereken goed wat u nodig heeft en reken daar bovenop een ruime marge. Er zijn meerdere situaties denkbaar waardoor meer capaciteit nodig is. Het kan zijn dat u op een later eens een ander apparaat in het systeem bijplaatst of dat de capaciteit van de accu’s terugloopt of dat de zonopbrengst van de zonnepanelen wat tegenvalt op winterse dagen, etc. etc. Bepaal de benodigde vermogens dus echt ruimschoots.