Je eigen off-grid energie systeem

Je wilt onafhankelijk zijn van het elektrische energienetwerk, of bijvoorbeeld een off grid systeem creëren. Misschien heb je een moeilijk bereikbare blokhut of camper, of wil je graag, in geval van stroomstoring, zelfvoorzienend kunnen zijn. In deze blog kijken we naar de verschillende aspecten van je eigen off grid energie systeem.

Er zijn over dit onderwerp veel meningen, en daarbij dus ook heel veel ‘best practices’. Wij proberen in deze blog een zo goed mogelijk beeld te geven over de mogelijkheden en beweegredenen voor bepaalde keuzes.

1. Reden voor off-grid / accu systemen

Er is een verschil tussen een off-grid systeem, en een deels off-grid systeem gekoppeld aan een on-grid systeem (kortweg on-grid systeem genoemd). Bij een off-grid systeem heb je een vaste energiebron, dit is de accu, de opslag van de energie. Bij een on-grid systeem heb je twee vaste energiebronnen, het energienetwerk ‘the grid’ en de accu (energieopslag).

1.1 Noodstroom accu bij uitval elektriciteitsnetwerk

Het kan zijn dat je bijvoorbeeld accu’s voor noodstroom hebt. Wanneer de stroomtoevoer van het elektriciteitsnetwerk uitvalt, zorgt een noodstroomvoorziening ervoor dat je de meeste huishoudelijke activiteiten nog kunt uitvoeren.

Noodstroom heb je in verschillende vormen. Je hebt bijvoorbeeld voorzieningen met een uitputtende brandstof, denk hierbij aan een generator met benzine of diesel als brandstof. Maar je hebt ook niet uitputtende noodstroom voorzieningen, dit zijn bijvoorbeeld accu’s welke worden opgeladen door zonnepanelen of door een windmolen.

1.2 Daluren accu opladen (dubbeltarief)

Een andere reden om ook een accu te hebben naast on-grid zijn is het opladen van je accu in de daluren (s’nachts) wanneer de stroom het goedkoopste is. Dan gebruik je gedurende de dag de daluren stroom vanuit je accu, echter moet dit wel een efficiënt systeem zijn. Bij het omvormen en het laden van stroom van en naar de accu gaat vaak een groot percentage van de energie verloren.

1.3 Slechte toegang tot stroom

In sommige gevallen heb je geen of slecht toegang tot stroom. Ook in dit geval wil je natuurlijk wel een stroomvoorziening hebben. Gelukkig is dit tegenwoordig eenvoudig te realiseren. Je kunt een klein huishouden draaiende houden op een klein solar systeem met een bijpassende off grid systeem. Een voorbeeld van een off grid systemen zijn de duizenden campers die tegenwoordig als een rijdende off grid community onafhankelijk alles werkend hebben met meestal slechts 200 tot 400 Wp aan zonnepanelen.

2. Off-grid systeem in detail

Een off grid systeem bestaat uit verschillende onderdelen. Deze onderdelen zijn op te delen in 3 grote groepen: Opbrengst, opslag en verbruik.

2.1 Energie opbrengst voor off grid systeem

Opbrengst van elektrische energie kan op diverse manieren. Je hebt stroomopbrengst van bijvoorbeeld zonnepanelen, windmolens of generatoren (nood).

2.2 Energie opslag voor je off grid systeem

Opslag van je energie gaat vanaf de opbrengst zijde, bijvoorbeeld een zonnepaneel, via een omvormer naar je accu (gelijkstroom). De omvormer vormt de eigenschappen van de gewonnen energie om in een bruikbare verhouding voor opslag. Je hebt verschillende soorten accu’s, denk aan zuuraccu’s, AGM accu’s, ‘lithium-accu’. Daarnaast heb je nog verschillende voltage’s waarin je de energie kunt opslaan, 6V, 12V, 24V of bijvoorbeeld 48V. Laten gaan we dieper in op deze eigenschappen en verschillende mogelijkheden voor de opslag.

2.3 Energie verbruik binnen je off-grid systeem

Het is goed om te weten hoeveel stroom je gaat verbruiken, wanneer je met een gelimiteerd aantal Ah / kWh te maken hebt. Als je je verbruik hebt berekend, dan kun je op zoek naar de juiste verhouding tussen het aantal Ah / kWh in jouw opslag en kun je kijken naar hoeveel jouw opbrengstzijde gemiddeld moet kunnen leveren.

Het ontwerp van een off grid systeem begint aan de verbruikers kant. Je past namelijk jouw elektrische installatie aan op jouw wensen en benodigdheden.
Kijk dus eerst naar jouw eigen verbruik en werk vanuit daar verder.

2.4 Neven apparatuur

Naast opbrengst, opslag en verbruik heb je ook nog apparatuur nodig om stroom om te vormen en alles te monitoren. Tegenwoordig is er geavanceerde apparatuur welke laders kunnen in- en uitschakelen, en bijvoorbeeld selectief verbruikers kunnen uitschakelen indien de accu dat nodig heeft. Ook heb je natuurlijk zekeringen nodig die de achterliggende kabels beveiligen.

3. Energieverbruik

Wij gaan er verder in deze blog vanuit dat we een off grid systeem ontwerpen welke niet is aangesloten op het net / ‘the grid’.
Alles valt of staat met het weten van jouw verbruik. Wat wil je nu en wat wil je mogelijk in de toekomst gaan gebruiken aan stroom. Wat doet het weer bij jou in de buurt en zijn er andere mogelijkheden voor het genereren van stroom. Hoe sla je de de stroom op in de accu’s en wat is je budget voor dit systeem?

Je wilt eigenlijk een systeem creëren die ook tijdens 3 tot 5 bewolkte windstille dagen nog functioneel kan zijn. In dit geval kan het zo zijn dat je even minder lang moet douchen en misschien een dag of 5 je was moet uitstellen, maar dat hoort er in de winterdagen bij een off grid systeem bij.

3.1 Flexibel energieverbruik

In het berekenen van je energieverbruik voor je off grid energie systeem, kun je keuzes maken tussen de volgende stellingen:

Op zonnige dagen:
- Laad ik de auto op
- Ga ik wasjes draaien
- Gebruik ik mijn lasapparaat
- Laad ik alle laptops en andere accu apparaten op

Op niet zonnige dagen:
- Gebruik ik een veger in plaats van de stofzuiger
- Was ik de vaat met de hand af
- Verwarm ik mijn huis op een niet elektrische manier

3.2 Energieverbruik woning

Je kunt eenvoudig een excel bestand creëren waar je alle energieverbruikers inzet. Hoelang denk je ze op een dag te gebruiken? Doe dit zowel voor warme zomer dagen als voor een koude winterdag. Het stroomverbruik van een 'gemiddeld’ twee-persoons huishouden welke ‘on-grid’ is ligt gemiddeld tussen de 2.800 & 3.400 kWh per jaar. In de winter verbruikt een huishouden vaak meer dan in de zomer, dit is natuurlijk wel afhankelijk van groot verbruikende apparaten als: airco en bijvoorbeeld apparaten met verwarmingselementen.

3.3 Energieverbruik berekenen

Je berekend het energieverbruik door van een apparaat door te lezen wat het verbruik (Watt) is, dit dan te vermenigvuldigen met het aantal gebruikte uren. Het verbruik van alle apparaten zet je dan in een excel sheet (of op papier ;) ) en dit tel je bij elkaar op. Hier komt dan een totaal verbruik uit van jouw huishouden per dag.

Voorbeeld A
Router: 24 uur x 19 watt = 456 watt per uur (Wh)

Voorbeeld B
Koffiezetapparaat: 20 minuten 1200 Watt = 0,33 x 1200 = 400 Wh of 0,4 kWh

3.4 Berekenen "hoge" en "lage" dagen

Het is goed om te weten wat je aan stroom verbruikt op een dag dat je bijvoorbeeld niet gaat wassen & drogen of de vaatwasser gebruikt. Op die manier kun je namelijk op dagen dat er weinig opbrengst is deze energieslurpende activiteiten achter wegen laten.

In de volgende berekening gaan we uit van een woning met enkel de echte benodigdheden.

Op lage dagen verbruik je bijvoorbeeld de basis:

Verbruik wat er eventueel bij komt op wanneer je hoge opbrengst dagen hebt:, overzicht van niet essentiële of uitwisselbare activiteiten die uitgevoerd kunnen worden gedurende periode van hoge opbrengst (= volle accu).

3.5 Exacte wattage/uur berekenen met een kWh meter in je stopcontact

Het berekenen van de wattage per uur voor bijvoorbeeld je led verlichting of het gebruik van je wekker is niet zo moeilijk. Deze verbruiken een constante stroom en je kunt daarbij dus gewoon voor je berekening de wattage per uur gebruiken die er op vermeld staat. Echter voor bijvoorbeeld een vriezer, koelkast of desktop variëren de wattage’s enorm.

Uiteraard, wanneer je de vriezer aanzet met een omgeving & intrinsieke temperatuur van 20 graden Celsius, zal de vriezer veel stroom verbruiken om naar bijvoorbeeld -18 graden Celsius te komen. Dit is de opstartfase en tel je niet mee bij je berekening. Wel heb je het verbruik per dag  (24 uur) nodig. Om dit te berekenen kun je eenvoudig een kilowattuur meter in het stopcontact stoppen en na 24 uur aflezen hoeveel de vriezer heeft verbruikt. Dit kun je het beste doen met bijvoorbeeld 1 volle week, of 3 tot 4 dagen, hier haal je dan het gemiddelde verbruik uit.

4. Kansen voor jouw eigen energieopbrengst

Stel jezelf eens de volgende vragen:

- Wat doet het weer gemiddeld gezien in de seizoenen in jouw regio?
- Hoeveel zonuren heb je?
- Hoe hard en hoelang waait het?
- Hoeveel schaduw vrije oppervlakte kun je creëren voor een zonnepaneel installatie?
- Hoeveel stroom verbruik je op een lage dag

4.1 Off grid zonnepaneel systeem

Een zonnepaneel systeem voor jouw off grid woning. Dit onderdeel begint met hoeveel je nodig hebt aan opbrengst en hoeveel zonuren je gedurende de zomer / winter hebt. Dat je in de zomer genoeg zonuren hebt en waarschijnlijk niet hoeft te denken om wat je verbruikt is natuurlijk logisch.

Echter wanneer in de winter de dagen korter worden en de zon lager staat is de opbrengst ook veel minder, mogelijk krijg je ineens last van de bomen van iets verder op die de zon blokkeren gedurende grotendeels van de dag. Iets waar je in de zomer niet over na zou denken.

Je hebt verschillende soorten zonnepanelen en verschillende soorten afmetingen. Je kijkt eigenlijk naar de prijs per kWh per m2, er zijn namelijk verschillende afmetingen en verschillende aantal Wp. Een paneel van 1 meter bij 1.60 meter van 360 Wp, heeft een opbrengst van 225 Wp per m2. Tegenwoordig zijn er verschillende uitvoeringen van 500 Wp zonnepanelen op de markt, echter zijn deze dan ongeveer 2,3m2. Dit komt dan uit op bijvoorbeeld 217,4 Wp per m2.

Groter is dus niet altijd beter, ook zijn deze grote zonnepanelen vaak niet te tillen voor een installateur, laat staan op bijvoorbeeld een dak. Ook qua prijs bieden op dit moment panelen van 360 Wp een betere prijs-kwaliteitsverhouding dan bijvoorbeeld de grote 500 Wp zonnepanelen. Wellicht zal dit in de toekomst bij een grotere afzetmarkt dalen.

4.2 Voorbeeld Off grid zonnepaneel systeem

Gemiddeld is de opbrengst van zonnepanelen 3% (van de totaal opbrengst 100%) per maand in de maanden november tot en met februari. Je verbruik is in deze maanden gemiddeld 11% per maand van de totale 100% tussen. In de zomer is de opbrengst juist grotendeels meer dan het verbruik.

Dit zijn wel cijfers van normale huishoudens, dus niet bestaande off-grid huishoudens. Je kunt je vast voorstellen dat in de maanden november tot februari je in een off grid situatie misschien:

- vaker met een teiltje wast in plaats van dat je gaat douchen.
- enkel op echt zonnige dagen kleding wassen
- misschien niet een droger gebruiken
- met een veger door het huis in plaats van een half uur stofzuigen

Tevens is een off grid woning ingesteld op het weinig verbruiken van energie.
Je zult waarschijnlijk enkel led verlichting hebben, efficiënte waterkoker, goed geïsoleerde vertrekken en je zult sowieso bewuster bezig zijn met energieverbruik wat zorgt voor besparing.

In je lage verbruiksdagen verbruik je bijvoorbeeld 2,6 kWh, je hebt een accu van 19,5 kWh.

In de decembermaand heb je met gemiddeld 1,2 zonuren het minste aantal opbrengsturen per dag. Minstens 2,6 kWh moet opgewekt worden binnen 1,2 uur wanneer je volledig afhankelijk bent van een off grid zonnepanelen systeem. Gemiddeld gaat er grofweg 10% aan energie verloren van de totale Watt piek je deelt het aantal Wp dus met 0,9.

Benodigd aantal Wp aan zonnepanelen:
2600 watt / 1,2 uur / 0,9 factor opbrengst = 2407 Wp

Stel je kiest voor standaard zonnepanelen van 285 Wp, deze kosten gemiddeld rond de €230 (alleen panelen).
Je hebt dan minimaal (8,44) 9 panelen nodig om boven de 2407 Wp te komen. 9 Stuks off grid zonnepanelen zouden dan +/- €2070 kosten.

4.3 Een eigen windmolen / windturbine

Windmolens zijn vaak niet mooi en als je aan windmolens denkt, denk je vaak aan die grote mega turbines die tegenwoordig op veel plekken in het landschap staan. Inmiddels zijn er verschillende mogelijkheden om een windmolen of windturbine voor eigen gebruik te installeren. Heb je dus een huis met toegang tot je dak of woon je in een open veld met veel open ruimte voor wind? Dan is een eigen windturbine wellicht iets voor jouw off grid energiesysteem.

Afbeelding van airturb.comTegenwoordig is er bijvoorbeeld een windturbine genaamd Airturb in omloop. Welke naar zeggen in Nederland tot 1000 kWh zal opleveren. De kosten zijn met een bedrag tussen €2.500 en €4.000 op dit moment wat wel duurder is dan zonnepanelen ten opzichte van wat deze opbrengen. Maar indien je een off-grid systeem wenst te hebben, is het gebruik van windenergie als ondersteuning van de zonnepanelen in Nederland mogelijk wel de juiste optie. Inmiddels komen er ook andere varianten op de markt welke mogelijk nog meer opbrengst geven en efficiënter zijn.

Voordelen van een windturbine zijn dat op de momenten dat er weinig zon is (in de winter) dat het dan mogelijk wel waait, waardoor je alsnog je accu kunt opladen. Wij gaan er overigens ook vanuit dat ook particuliere windturbines een groter aandeel in de markt gaat krijgen. Jouw off grid zonnepanelen systeem aanvullen met windturbines is een mooie combinatie.

De gemiddelde aantal meter per seconde wind per maand in de winterperiode is vele malen hoger dan die in de zomer. Wanneer je dus de twee off grid wind- en zonne-energie combineert, dan creëer je een betrouwbare off grid energieinstallatie, ook in de winter. Wel is het verstandig om te kijken naar de ligging van je woning, bij de kust waait het natuurlijk veel vaker dan land inwaarts.

https://www.knmi.nl/klimaat-viewer/kaarten/wind/gemiddelde-windsnelheid/)

Aan de video hierboven kun je zien dat in de wintermaanden het hoogste aantal m/s gehaald wordt qua windsnelheid.

4.4 Waterkrachtturbines

Een waterkracht turbine werkt als volgt: een grote hoeveelheid water valt naar beneden en vervolgens wordt er een grote schroef onder gezet. Door de zwaartekracht wil het water naar beneden en laat de schroef draaien. In Nederland heb je een aantal publieke waterkrachtturbines. Echter omdat we hier weinig hoogte verschillen hebben is een eigen waterkracht turbine op eigen land helaas eigenlijk niet mogelijk. Dit zie je bijvoorbeeld in andere plekken op de wereld wel.

5. Een eigen energieopslag: Waar je rekening mee moet houden

De opslag van elektrische energie. Welke vragen kun je jezelf stellen voordat je een accu aanschaft?

- Wat is je beweegreden voor de aanschaf van een accu?
- Verschil tussen on-grid of off-grid
- In welke regio woon je?
- Wat is je budget?

5.1 Wat is je beweegreden voor de aanschaf van een accu?

Wil je een accu om een stroomstoring van 12 of 24 uur te kunnen overbruggen, of je wilt misschien een accu om de stroom die overdag wordt opgewekt, in de avond weer te kunnen gebruiken. Misschien wil je wel volledig onafhankelijk zijn van the grid, in dat geval heb je natuurlijk een groter systeem nodig. Deze beweegreden is dus belangrijk om te bepalen voor je accukeuze.

5.2 Verschil tussen on-grid en off-grid

Het verschil is dat je bij on-grid aangesloten zit op de grid (het energienetwerk: voorziening van elektriciteit), bij off-grid ben je volledig zelfvoorzienend en onafhankelijk van elektriciteit uit het energienet

5.3 In welke regio woon je?

Wat doet het weer gedurende het jaar in jouw regio? Wat doet de wind, wat doet de zon? Hoeveel zonuren heb je gemiddeld in welke maand? En hoeveel winduren/dagen heb je in welke maand in jouw regio? Dit lijkt meer te gaan over opbrengst, maar als je bijvoorbeeld in de winter geen gebruik kunt maken van windenergie. Dan ben je mogelijk volledig afhankelijk van de zonnige dagen in de winter. Het kan best een paar dagen wat minder mooi weer zijn en hier moet dan ook jouw accugrootte op aangepast zijn.

5.4 Wat is je budget?

Afhankelijk van je budget kun je kiezen voor verschillende accusoorten en systeemgroottes. Je hebt bijvoorbeeld ook een Tesla powerwall, kosten hiervoor schommelen voor 14kWh tussen de €9.000 en €10.000 (afhankelijk van installatie). Bij de Tesla powerwall betaal je dan per kWh tussen €642 en de €714.

Bij het vergelijken van systemen en accu’s kun je het beste kijken naar het aantal euro per kWh.
Op deze manier kun je ineens veel overzichtelijker alles met elkaar vergelijken. Online vind je systemen van 8kWh, 10kWh of bijvoorbeeld de 14kWh van Tesla.

6. Accusysteem inrichten

Belangrijke overwegingen wanneer je een accu systeem gaat inrichten.

- Soort accu
- Onderhoud
- Recyclability
- Grootte van de accu
- Het voltage voor de opslag van stroom

6.1 Soort accu

Er zijn verschillende soorten accu’s, deze accu’s hebben allemaal hun eigen handleiding. Je hebt loodaccu’s en lithium-ion accu’s of bijvoorbeeld Lithium-ijzer-fosfaat accu’s.

6.1.1 Loodaccu

Natte accu’s: oudste soort accu welke voorkomt in de meeste auto’s. Onder loodaccu’s vallen startaccu’s, stationaire accu’s en tractie-accu’s. Dit zijn allemaal natte accu’s die bestaan uitwater, zwavelzuur en lood. De loodplaten die in de accu’s zitten hangen als het ware in een bad met door water verdund zwavelzuur (elektrolyt). Natte accu’s zijn niet volledig gesloten, ze moeten namelijk na verloop van tijd worden bijgevuld met gedestilleerd water. Tractie accu’s worden gebruikt voor landbouwmachines of heftrucks. Wanneer een loodzuuraccu water verliest, neemt de zuurconcentratie toe, waardoor de corrosiesnelheid van de platen aanzienlijk toeneemt.

Droge accu’s: Deze accu’s hoeven niet te worden bijgevuld. In deze accu’s zit een elektrolyt gel die glasvezelmatten in de accu volledig vult. Er zijn 2 soorten droge accu’s, je hebt gel-accu’s en AGM accu’s. Deze accu’s hebben minder last van zelfontlading en sulfatering op lange termijn. Gel-accu’s worden vaak gebruikt in elektrische scooters of beveiligingssystemen (denk aan bijvoorbeeld brandbeveiliging of backup accu inbraakbeveiliging). AGM accu’s zijn onderhoud vrij omdat tenminste 99% van het gas wat ontstaat wordt hergebruikt. Ze leveren ook betere prestaties dan natte accu’s. Deze accu soort kan worden gebruikt bij hogere en lagere temperaturen, ook ontladen ze erg langzaam. Ze worden gebruikt om bijvoorbeeld wind- en zonne-energie op te slaan.

6.1.2 Lithium-ion-accu’s Li-ion accu

De afkorting van lithium-ion-accu’s is Li-ion. Deze soort accu wordt veel gebruikt in telefoons en computers. Ze zijn namelijk licht, compact en hebben een grote energiedichtheid. Tevens presteren ze in koude omgevingen veel beter dan loodaccu’s. Laat staan dat loodaccu’s soms 3 keer groter zijn in omvang, en het gewicht van een Li-ion accu is vele malen lichter.. Dit is dus ideaal voor het gebruik in laptops etc.. Echter is er wel een maar aan deze soort accu, ze kunnen namelijk minder goed tegen hoge temperaturen, wanneer je laptopaccu / telefoonaccu vaak warm wordt. Het nadeel van Lithium-ion-accu’s is ook dat ze continu hun capaciteit verliezen, dus ook als ze niet worden gebruikt (dit is nagenoeg niet zo bij AGM accu’s). Li-ion accu’s zijn ook een stuk duurder dan loodaccu’s.

6.1.3 Lithium-ijzer-fosfaat-accu’s LiFePO4 (LFP)

Dit is een variatie op de Li-ion accu zoals hierboven genoemd en is een relatief nieuwe soort. Lithium-ijzer-fosfaat-accu wordt ook wel afgekort met LiFePO4 of LFP. Deze accu’s worden gebruikt in auto’s, fietsen, laptops, etc. Groot voordeel van de LiFePO4 is dat het een stabielere en veiligere oplossing is. Deze accu heeft nog een grotere energiedichtheid en gaat veel langer mee. Ook zijn de grondstoffen voor deze accu in ruimere mate aanwezig en kun je deze accu altijd gebruiken volgens de maximale capaciteit.

6.2 Onderhoud van je eigen thuisbatterij

Afhankelijk van welke accu je kiest, dien je onderhoud fysiek uit te voeren of niet. Een juiste lading en ontlading is altijd vereist en bepaald ook sterk de levensduur van je accu. Een loodaccu bijvoorbeeld, daar moet soms onderhoud aan worden uitgevoerd. Deze accu’s moeten om sulfatering tegen te gaan na verloop van tijd worden bijgevuld met gedestilleerd water. Er ontstaat namelijk gas welke ontsnapt en niet wordt hergebruikt in de accu. Een gemiddelde natte loodzuur heftruckaccu heeft 1300 tot 1700 cycli. 

Droge Gel-, AGM-accu’s hoeven niet bijgevuld te worden met water. Ze zijn volledig onderhoudsvrij. Dit soort accu’s hebben bij het ontladen tot maximaal 30% 1500 cycli.

Wanneer tractie accu’s goed worden onderhouden, dan kun je er minimaal 1500 cycli mee doen.

Wanneer je kijkt naar Li-ion vs LiFePO4, dan zie je dat de LiFePO4 ongeveer 4 tot 5 keer meer cycli heeft en is ook veiliger. Li-ion kan bijvoorbeeld vlam vatten door oververhitting en bij een LiFePO4 is dat niet het geval. Een LiFePO4 heeft 3000 tot 5000 cycli.

6.3 Recyclability

Als je een accu aanschaft, dan wil je natuurlijk dat deze ook te recyclen valt. Je wilt bijvoorbeeld niet dat je accu op een groot industrie terrein terecht komt en daar de komende 100 jaar nog ligt. Vandaar hier wat informatie over de recyclability van accu's

6.3.1 Natte & droge loodaccu

Natte loodaccu’s moeten worden gerecycled en kunnen dus niet zomaar worden weggegooid. De loden platen en het zwavelzuur is slecht voor natuur en mens. Lood en zwavelzuur wordt gerecycled uit de accu, en ook de behuizing, kunststoffen en rubber kan allemaal worden gerecycled. Het lood uit de accu wordt gebruikt voor de ontwikkeling van nieuwe lood zuur accu’s. Hoewel Loodaccu’s goed te recyclen zijn, brengt het veel schade met zich mee als een loodzuur accu onverhoopt in de natuur beland. Daarom moeten Loodzuur accu’s altijd volgens de juiste manieren worden gerecycled.

6.3.2 Li-ion / Lithium-ion accu

Lithium-ion accus bestaan grotendeels uit Lithium, nikkel, kobalt en grafiet. Lithium wordt gewonnen uit mijnen in de lithium-driehoek Argentinië, Bolivia en Chili. Op de wereld is een beperkte hoeveelheid Lithium. De productie en winning van grondstoffen voor de Lithium-ion accu gaat soms gepaard met kinderarbeid.

Rond de 95% van de koper, nikkel, mangaan en kobalt kan worden gerecycled, met lithium is dit echter minder makkelijk. Daarom is men druk op zoek naar een oplossing hiervoor.

Een rapport van de EPA uit 2013 publiceerde dat batterijen welke lithium bevatten en gebruik maakten van kobalt en nikkel een hele grote milieu-impact hebben. Buiten de uitputting van de grondstofbronnen, creëren ze ecologisch giftige omgeving met ernstige gevolgen voor menselijke gezondheid. Deze milieu-impact is nagenoeg volledig te verwijten aan productie / verwerking van nikkel en kobalt.

6.3.3 LiFePO4 / Lithium-ijzer-fosfaat accu

Ten opzichte van de Lithium-ion accu heeft de lithium-ijzer-fosfaat accu / LiFePO4 accu veel voordelen.

Lithium zelf is niet giftig en het hoopt niet op zoals lood of andere zware metalen. Over de recycling van de specifieke LiFePO4 is nog niet veel bekend. Maar voor lithium-ijzer-fosfaat accu’s worden er geen giftige of zeldzame metalen gebruikt, maar metalen en grondstoffen waaronder koper, ijzer en grafiet. Fosfaatzouten zijn minder goed op te lossen dan de metaaloxiden, wanneer ze dus in de natuur terecht komen, dan wordt dit minder snel opgenomen. lithium-ijzer-fosfaat accu’s zijn ook in de meeste omstandigheden chemisch gezien stabiel tegen verbranding / breuk (zeker ten opzichte van Li-ion accu’s).

6.4 Grootte van je accu

In de volgende alinea gaan wij er vanuit dat je een off-grid systeem voor elektrische energie opwekking hebt die: onder matige omstandigheden genoeg stroom opwekt om de accu volledig op te kunnen laden ondanks je verbruik op die dagen. Dus niet hoog zomer dag en geen donkere winter dag, een beetje er tussenin.

De grootte van je accu is afhankelijk van de factor aantal gebruiksdagen dat je zonder energie-opwekking kan komen te zitten ten opzichte van het minimale verbruik per dag. Het is inmiddels te verwachtten dat op dagen waarbij er minder wordt opgewekt, je in jouw verbruik hier rekening mee houdt. Hieronder de formule:

Maximaal aantal gebruiksdagen (zonder opwekking) x minimale verbruik per dag x factor onvoorzien = benodigde aantal bruikbare kWh

Indien je er vanuit gaat dat je bijvoorbeeld maximaal 5 dagen zit zonder een goede dag van energie opwekking, dan vermenigvuldig je dit met het minimale verbruik voor je off grid huishouden in kWh (bijvoorbeeld 2 personen 2,6kWh per dag).

5 gebruiksdagen x 2,6 kWh x factor onvoorzien = benodigde aantal bruikbare kWh

Als je nu in een extreme winterweek plotseling toch die 7 dagen vol bewolkt, geen zuchtje wind hebt en je 5e dag heb je alles puf uit de accu getrokken, dat wil je niet. Dus je vermenigvuldigt het met een factoor voor onvoorziene problemen. Deze factor kun je zelf kiezen, wij gebruiken hierbij de factor 1,5.

5 gebruiksdagen x 2,6 kWh x 1,5 = 19,5 aantal bruikbare kWh

Hieruit komt dat we een accupack van 19,5 kWh zouden moeten hebben, willen we onder bovengenoemde omstandigheden het huishouden draaiende kunnen houden. Echter is er op een doorsnee winterdag wel degelijk stroomopbrengst.

In de wintermaanden waait het regelmatig aanzienlijk meer dan in de zomer. En zelfs brengen de zonnepanelen op een doorsnee-winterdag nog steeds stroom op. Dit is ongeveer 3% van de totale jaaropbrengst van de zonnepanelen.

Heb je een off grid energieopslag en ook zonnepanelen, dan kan het lonen om bijvoorbeeld de hellingshoek van de zonnepanelen in herfst te verhogen naar een hoek van 40 tot 45 graden. Het heeft ook als voordeel dat met behulp van de zwaartekracht de sneeuw er afglijdt, Daarnaast hangt de zon ook lager in de winter en zal in een efficiëntere hoek op de zonnepanelen vallen. In de lente als het niet meer vriest en de zon staat weer wat hoger, dan verander je dit terug naar een hellingshoek tussen de 5 en 35 graden.

Bij het berekenen van de accu grootte kijk je altijd naar het aantal bruikbare kWh’s. Dit is belangrijk. Een natte loodzuur accu heeft namelijk een hele andere bruikbare capaciteit dan een droge loodzuur accu, Lithium-ion accu of bijvoorbeeld een Lithium-ijzer-fosfaat accu.

6.5 12V, 24V of 48V accu, thuisbatterij

De keuze tussen een 12V, 24V of 48V hangt af van waarvoor het de accu gaat gebruiken. In bijvoorbeeld auto’s zul je veel 12V accu gebruiken, echter wanneer je apparaten in bijvoorbeeld de vrachtwagen op 24V werken, dan gebruik je een 24V accu.

Wanneer je bijvoorbeeld een grote energieopslag ontwerpt dan is een 48V accusysteem een slimmere keuze ivm de lagere amperes die door de bekabeling loopt. Lagere ampères betekend ook minder stroomverlies, en dit is efficiënter.

U (voltage) x I (stroom) = P (schijnbaar vermogen)

Mogelijkheid A: 12V x 20A = 240W
Mogelijkheid B: 48V x 5A = 240W

Bij mogelijkheid A zie je dat het aantal Ampère hoger is dan bij mogelijkheid B. Bij een hogere stroom wordt de weerstand in de kabel snel hoger waardoor deze warm wordt, hierdoor heb je dikkere bekabeling nodig. Bij B scheelt het heel veel geld en gewicht aan kabels voor je systeem.

Tevens zijn over het algemeen apparaten die meer stroom moeten kunnen handelen veel duurder dan diegene die minder ampères kunnen verdragen. Voor een groot off-grid systeem komt er aardig wat vermogen de woning binnen. Om zo efficiënt en goedkoop mogelijk uit te komen, zul je met een systeem dat 4x zo weinig Ampères hoeft te verwerken bijna altijd goedkoper uit zijn.

De ene voltage off grid accusysteem (12V, 24V of 48V accu) kost niet meer dan de ander, of je nu een 4,8kWh met 12V of een 3kWh systeem met 48V neemt, de kosten voor de accu blijven hetzelfde.

Onderstaand 3x een 4800 Wh systeem (4,8kWh) uitgelegd met 4 stuks 12V 100A accu’s:

48V systeem: 
4 accu’s paralel geschakeld

24V systeem: 
A - 2 accu’s in serie & B - 2 accu’s in serie
A & B zijn paralel geschakeld

12V systeem: 
4 accu’s in serie geschakeld

Bij een accupakket met parallelschakeling wordt het aantal ampère bij elkaar opgeteld en bij een schakeling met de accu's in serie, wordt het voltage bij elkaar opgeteld.

Hoe groter je systeem is, hoe meer voltage je wilt opslaan. Zeker voor een off grid oplossing is een 48V efficiënter omdat je met meer vermogen werkt. Bij de combinatie met een off-grid systeem en een 12V accu zullen de ampères veel hoger zijn en dus ook de verliezen in de kabels.

Wanneer je werkt met grote Solar installaties, grote accu capaciteiten, dan ga je eigenlijk vanzelf al naar 48V systemen.

Wil je meer weten over off grid systemen & vind je dit onderwerp leuk? Laat dan even een reactie achter hieronder!
Ook als je nog een vraag hebt, dan kun je eenvoudig hieronder de vraag stellen.