Battery used Battery charging

Directe zonnestroom: off-grid zonder batterijen

Het gebruik van zonnepanelen zonder backup infrastructuur maakt hernieuwbare energieproductie veel betaalbaarder, efficiënter en duurzamer.

Afbeelding: Een laptop op directe zonnestroom. Foto: Marie Verdeil.
Afbeelding: Een laptop op directe zonnestroom. Foto: Marie Verdeil.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld

Conventionele zonnestroominstallaties stellen onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en de energieverslindende levensstijl die daaruit voortvloeit niet ter discussie. Zowel zonnepanelen op daken als grootschalige zonneparken voorzien ons van alle stroom die we maar willen, ook als de zon niet schijnt. Dat komt omdat deze systemen het centrale elektriciteitsnet, dat grotendeels op fossiele brandstoffen werkt, als een soort batterij gebruiken om stroomtekorten op te vangen.

Hoewel aan het elektriciteitsnet gekoppelde zonnepanelen het fossiele brandstofverbruik van thermische energiecentrales kunnen verlagen, wordt deze besparing op zijn minst gedeeltelijk tenietgedaan door de extra fossiele brandstoffen die nodig zijn voor de bouw en het onderhoud van wat in wezen een dubbele energie-infrastructuur is. Het combineren van zonne- en windenergie kan het aandeel hernieuwbare energie in het elektriciteitsnet verder vergroten, maar daarvoor moet de infrastructuur nog verder worden uitgebouwd. Behalve energie vraagt dat ook veel geld en tijd.

Centrales op fossiele brandstoffen vervangen door energieopslag, zodat het overschot aan elektriciteit dat wordt opgewekt op zonnige dagen kan worden bewaard voor wanneer er geen of onvoldoende zon is, stuit op hetzelfde probleem. Energieopslag, of die nu geïntegreerd is in een elektriciteitsnet of zich bij individuele huishoudens (off-grid systemen) bevindt, is zeer duur en koolstofintensief om te bouwen en te onderhouden.

Autonome zonne-installatie

De productie van zonnepanelen kost uiteraard geld en energie. De financiële en energetische kosten van de bijhorende back-up infrastructuur zijn echter vele malen groter. Voor netgekoppelde zonnestroominstallaties zijn deze kosten zeer moeilijk precies te berekenen, maar voor autonome zonne-installaties (zonder netkoppeling en met eigen energieopslag) is dat een stuk makkelijker. Als voorbeeld neem ik daarom de kleine autonome zonne-installatie die mijn woonkamer in Barcelona van stroom voorziet.

Dit systeem bestaat uit twee 50W zonnepanelen op het balkon, een 100 Ah loodaccu en een 10A laadregelaar. De opgewekte energie wordt onder meer gebruikt voor de verlichting, de muziekinstallatie, en het opladen van laptops en andere elektronische apparatuur. De aanvankelijke financële investering bedroeg 340 euro: 120 euro voor de zonnepanelen, 170 euro voor de accu en 50 euro voor de laadregelaar.

Maar terwijl de zonnepanelen dertig jaar zouden moeten meegaan en de laadregelaar ongeveer tien jaar, moet ik de loodaccu gemiddeld elke drie tot vijf jaar vervangen. 1 Over een levensduur van 30 jaar bedragen de kosten dan 120 euro voor de zonnepanelen, 150 euro voor de laadregelaars en – in het beste geval – 1.020 euro voor de accu’s. De accu’s (en de bijbehorende laadregelaars) maken dus ongeveer 90% van de totale levensduurkosten uit.

Energieopslag domineert ook de “ingebedde” energie (en de daaruit voortvloeiende koolstofuitstoot) van de installatie. De productie van mijn loodzuuraccu heeft 1.200 megajoule (MJ) energie gekost. 2 Over een levensduur van 30 jaar (zes accu’s in het beste geval) komt dat neer op 7.200 MJ. De drie laadregelaars voegen nog eens 360 MJ toe over een levensduur van 30 jaar, wat het totale energieverbruik voor het accusysteem op 7.560 MJ brengt. 3

Daarentegen kost de productie van de zonnepanelen slechts 2.275 MJ op een totaal van 9.835 MJ. 4 Conclusie: meer dan 75% van het totale fossiele energieverbruik is het gevolg van energieopslag.

Afbeelding: Rechts op het balkon staan de twee 50W zonnepanelen die de woonkamer van mijn appartement van stroom voorzien. Daarnaast staat het 30W zonnepaneel dat deze website doet werken. Foto: Marie Verdeil.
Afbeelding: Rechts op het balkon staan de twee 50W zonnepanelen die de woonkamer van mijn appartement van stroom voorzien. Daarnaast staat het 30W zonnepaneel dat deze website doet werken. Foto: Marie Verdeil.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld
Afbeelding: De structuur voor de zonnepanelen, opgebouwd uit afvalhout. Foto: Kris De Decker.
Afbeelding: De structuur voor de zonnepanelen, opgebouwd uit afvalhout. Foto: Kris De Decker.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld
Afbeelding: De loodzuuraccu van 100 Ah die de woonkamer na zonsondergang van elektriciteit  voorziet. Foto: Kris De Decker.
Afbeelding: De loodzuuraccu van 100 Ah die de woonkamer na zonsondergang van elektriciteit voorziet. Foto: Kris De Decker.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld

Andere soorten accu’s zouden deze conclusie niet significant veranderen. Voor een vergelijkbaar off-grid systeem met lithium-ion accu’s zou de energieopslag verantwoordelijk zijn voor ongeveer 95% van de totale levensduurkosten (die bijna het dubbele bedragen van een systeem met loodzuurbatterijen). Uitgaande van een optimistische levensduur (10 jaar) en inclusief de laadregelaars is lithium energieopslag goed voor zowat 70% van het geïnvesteerde energieverbruik in een zonnestroominstallatie. 5 6 Voor nikkel-ijzer accu’s zou de energieopslag verantwoordelijk zijn voor 85% van de totale levensduurkosten (er zijn geen data voor de energiekost). 7

De schaalgrootte en locatie van de zonne-installatie maken ook geen verschil uit. Een groter systeem heeft meer zonnepanelen nodig, maar ook grotere accu’s en duurdere en krachtigere laadregelaars. De verhoudingen blijven dezelfde. 8 De enige factor die de zonnepanelen een iets groter aandeel in het totale kostenplaatje kan geven, zijn de structuren waarop ze zijn gemonteerd. Ik hou daar geen rekening mee omdat ik ze zelf heb gebouwd uit afvalhout. Staan de zonnepanelen echter op een dak gemonteerd, dan ligt een doe-het-zelf oplossing minder voor de hand. Maar ook in dat geval blijft de kost van de energieopslag veruit het zwaarst doorwegen.

Directe zonne-energie: veel goedkoper en duurzamer

In tegenstelling tot fossiele brandstoffen zijn de zon en de wind niet op afroep beschikbaar. Het probleem met onze benadering van hernieuwbare energie is dat we vasthouden aan de eis dat stroom altijd oneindig beschikbaar moet zijn, ongeacht het weer, de seizoenen of het tijdstip van de dag. Het aanpassen van de vraag naar energie aan het aanbod – zoals dat vroeger gebeurde – zou leiden tot spectaculaire verlagingen van de kosten en het gebruik van fossiele brandstoffen.

Als ik bijvoorbeeld de batterijopslag van mijn zonnestroominstallatie zou weglaten, dan zou mijn systeem ongeveer tien keer goedkoper worden: 120 euro in plaats van 1.290 euro over een levensduur van 30 jaar (omgerekend 4 euro in plaats van 43 euro per jaar). Als alternatief zou ik 1.290 euro kunnen uitgeven aan zonnepanelen alleen, wat me een zonne-installatie van 1.075 watt zou opleveren. Dat is tien keer de capaciteit van de opstelling met batterijen, meer dan wat er op het balkon zou passen.

Zonder batterij en laadregelaar daalt ook de energiekost van de installatie van 9.835 MJ naar 2.275 MJ. Met andere woorden: ik zou minstens vier keer zoveel zonne-energie kunnen opwekken met eenzelfde investering in fossiele brandstoffen.

Hoe kan directe zonne-energie praktisch zijn?

Allemaal goed en wel, maar de zon schijnt niet na zonsondergang en de hoeveelheid zonne-energie varieert gedurende de dag en het jaar. Dus hoe kan het gebruik van zonnepanelen zonder batterijen (of andere back-up infrastructuur in het geval van netgekoppelde installaties) dan praktisch zijn?

Om die vraag te beantwoorden kijken we naar een pionier van “directe zonnestroom”: de Living Energy Farm. Deze milieu-educatieve gemeenschap in de Amerikaanse staat Virginia is volledig “off-the-grid” dankzij zonne-energie, maar slechts 10% van de opgewekte zonnestroom gaat door een (nikkel-ijzer) batterij. Nochtans leveren de zonnepanelen stroom voor meerdere woningen, een gemeenschappelijke keuken, een metaalwerkplaats, en een landbouwbedrijf. 9 10

Afbeelding: Directe zonnestroom op de Living Energy Farm.
Afbeelding: Directe zonnestroom op de Living Energy Farm.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld

De zonne-installatie is in gebruik sinds 2011 en bestaat uit afzonderlijke systemen met een totaal piekvermogen van 1.400 watt. 11 Ter vergelijking: het gemiddelde piekvermogen van een residentiële zonnestroominstallatie in Nederland – voor één huishouden – bedraagt 4.660 watt. Net zoals in mijn appartement wordt er bij de Living Energy Farm erg zuinig omgesprongen met energie, maar dat er nauwelijks batterijen worden gebruikt, heeft nog andere redenen.

Sommige apparaten worden alleen overdag gebruikt

Een eerste reden ligt voor de hand: sommige elektrische apparaten en machines worden alleen overdag gebruikt. Dat is bijvoorbeeld zo voor alle machines in de metaalwerkplaats, inclusief een lintzaag, compressor, slijpmachine, cirkelzaag, draaibank, freesmachine en boormachine. Het geldt ook voor landbouwmachines zoals een graanmolen en een dieptebronpomp. Direct gekoppeld aan zonnepanelen bieden deze machines alle mogelijkheden van moderne technologie op netstroom, met de uitzondering dat ze alleen overdag kunnen worden gebruikt. 10

Op veel kleinere schaal heb ik thuis een soldeerbout, lijmpistool en irrigatiepomp (voor het balkon) op directe zonne-energie aangedreven. Andere voorbeelden van apparaten en machines die alleen overdag zouden kunnen worden gebruikt, zijn stofzuigers, naaimachines, wasmachines, spelconsoles, lasersnijders en 3D-printers. Het is niet zo moeilijk om je een moderne samenleving voor te stellen waarin activiteiten zoals stofzuigen en doe-het-zelf klusjes alleen overdag plaats vinden. Het is zeker geen terugkeer naar de middeleeuwen.

Afbeelding: verschillende gereedschappen in de werkplaats van de Living Energy Farm. Foto: Alexis Zeigler.
Afbeelding: verschillende gereedschappen in de werkplaats van de Living Energy Farm. Foto: Alexis Zeigler.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld
Afbeelding: metaaldraaibank in de werkplaats van de Living Energy Farm. Foto: Alexis Zeigler.
Afbeelding: metaaldraaibank in de werkplaats van de Living Energy Farm. Foto: Alexis Zeigler.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld
Afbeelding: Solderen met directe zonnestroom. Foto: Marie Verdeil. Bekijk de video.
Afbeelding: Solderen met directe zonnestroom. Foto: Marie Verdeil. Bekijk de video.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld

Bovendien vereisen niet alle elektrische apparaten constante aandacht. Wasmachines of vaatwassers die automatisch in werking treden als de zon schijnt, zijn vaak geciteerde voorbeeldtoepassingen van een “slim” energienetwerk. Maar die aanpak steunt op een omvangrijke infrastructuur van elektriciteitstransmissie, communicatienetwerken, en met elektronica volgestouwde apparaten.

Bij een gedecentraliseerde aanpak met directe zonne-energie wordt de intelligentie daarentegen geleverd door de zon en de omwenteling van de planeet. Een wasmachine of vaatwasser op directe zonne-energie kan ‘s avonds worden volgeladen en aangezet. De machine start dan ‘s ochtends “automatisch” op. Je kan zelfs (elektronische of mechanische) tijdschakelaars gebruiken om verschillende apparaten na elkaar te laten werken.

Of wolken een extra limiet vormen voor een directe zonne-installatie, en in welke mate, hangt af van de grootte van de zonnepanelen. Een verdubbeling van het oppervlak van de zonnepanelen garandeert voldoende zonnestroom bij matige bewolking, terwijl de installatie veel goedkoper en duurzamer blijft dan een systeem met batterijen of andere backup-infrastructuur.

Een nog grotere oppervlakte aan zonnepanelen zou zelfs tijdens zware bewolking voldoende energie kunnen leveren, maar de omvang van het systeem vertienvoudigen brengt de kosten opnieuw op het niveau van een autonome installatie met batterijen. Een verviervoudiging van de oppervlakte maakt het systeem weer even afhankelijk van fossiele brandstoffen.

Veel apparaten hebben al batterijen

Directe zonnestroom sluit evenmin het gebruik van elektrische apparaten na zonsondergang uit. Zoals vermeldt beschikt de Living Energy Farm over een bescheiden batterijsysteem, dat stroom levert voor onder meer verlichting, ventilatoren, en elektronische apparaten na zonsondergang. 10 Daarbij beschikken heel veel moderne apparaten al over een ingebouwde energieopslag. Dat is het geval voor allerlei types elektrische voertuigen, voor de meeste elektronische gadgets, en voor oudere elektrische apparatuur met AA-batterijen.

Dit soort apparaten kan dus overdag worden opgeladen met directe zonne-energie en vervolgens gedurende een aantal uren na zonsondergang worden gebruikt dankzij de ingebouwde batterij. In combinatie met een lithium-ion powerbank kan een direct zonnepaneel het ook mogelijk maken om USB-apparaten op te laden na zonsondergang. Deze strategie kan zelfs werken voor verlichting, omdat er veel lampen op batterijen bestaan die je kan gebruiken als moderne toortsen, opgehangen in verschillende delen van kamers en gebouwen.

Afbeelding: Een mobiele telefoon op directe zonnestroom. Foto: Marie Verdeil.
Afbeelding: Een mobiele telefoon op directe zonnestroom. Foto: Marie Verdeil.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld

De chemische energieopslag uitbesteden aan het apparaat is uiteraard niet de duurzaamste optie. Voor de productie van lithium-ion batterijen zijn fossiele brandstoffen nodig, en bovendien worden ze (in tegenstelling tot loodzuuraccu’s) niet gerecycleerd. De beste oplossing is uiteraard het gebruik van elektrische apparaten reduceren. Maar ze opladen met directe zonne-energie is wel een stuk duurzamer en efficiënter dan via andere batterijen of een fossiel elektriciteitsnetwerk. Als we hightech apparaten gebruiken, dan liefst op een zo slim mogelijke manier.

Niet-elektrische energieopslag

Een derde reden waarom directe zonnestroom praktischer is dan het aanvankelijk lijkt, is dat sommige elektrische apparaten na zonsondergang kunnen worden gebruikt dankzij thermische energieopslag. Dat is veel goedkoper en duurzamer dan de opslag van elektrische energie. Thermische energieopslag is al redelijk ingeburgerd voor ruimte- en waterverwarmingssystemen, die door de zon verwarmd water opslaan in een geïsoleerde boiler of (alleen voor ruimteverwarming) in de gebouwschil. Het is geen verassing dat de Living Energy Farm zulke systemen heeft, en thermische zonne-energie zorgt ook voor warm water in mijn appartement.

Dezelfde aanpak werkt echter ook voor twee belangrijke huishoudelijke apparaten die na zonsondergang moeten werken en die bovendien erg veel elektriciteit verbruiken: de koelkast en het kookfornuis. In plaats van elektriciteit van een zonnepaneel op te slaan in een batterij om vervolgens na zonsondergang een koelkast of kookfornuis aan te drijven, maken deze apparaten op de Living Energy Farm gebruik van thermische isolatie. Die houdt de warmte binnen (in het geval van het kookfornuis) of buiten (in het geval van de koelkast) als er geen stroomtoevoer is. De thermische isolatie zorgt bovendien voor een zeer hoge energie-efficiëntie, waardoor elk van deze apparaten al kan werken op een zonnepaneel van slechts 100-200 watt.

Een koelkast op direct zonne-energie

Het is perfect mogelijk om een conventionele koelkast of vrieskast direct aan een zonnepaneel te koppelen, maar zo’n toestel zou ‘s nachts heel snel opwarmen. Zelfs koelkasten met de meest energie-efficiënte labels hebben een relatief beperkte isolatiedikte (meestal 2,5 cm). Als die isolatiedikte echter wordt verhoogd tot ongeveer 12,5 cm, dan daalt het energieverbruik van een koelkast met een factor vier. 12 13 De passieve koelcapaciteit van een koelkast kan verder worden verhoogd door toevoeging van thermische massa in de vorm van een waterreservoir binnenin het toestel. Overdag koelt het zonnepaneel het water of zet het om in ijs. ‘s Nachts vertraagt dit koude water of ijs de opwarming van de koelkast. 14

Een op directe zonnestroom werkende koelkast opent bovendien aan de bovenkant, niet aan de voorkant. Koude lucht is zwaar, en dus gaat er op die manier veel minder energie verloren als iemand de deur opent. Al deze ontwerpkeuze’s zorgen samen voor een spectaculaire energie-efficiëntie. Een studie van directe zonnekoelkasten in zeer zonnige regio’s (Texas en New Mexico, VS) liet zien dat ze hun koelcapaciteit behouden gedurende 6 of 7 dagen zonder stroomtoevoer. De apparaten functioneerden het hele jaar door met zonnepanelen van slechts 80W tot 120W. 15 De Living Energy Farm drijft haar zonnekoelkast aan met een paneel van 200W. 10

Afbeelding: De Sundanzer DDR165. Een koelkast speciaal ontworpen voor directe zonnestroom. Foto: Sundanzer.
Afbeelding: De Sundanzer DDR165. Een koelkast speciaal ontworpen voor directe zonnestroom. Foto: Sundanzer.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld

In tegenstelling tot zonneverwarming is zonnekoeling optimaal afgestemd op seizoensgebonden variaties in zonnestraling. Koeling vraagt meer energie in de zomer, wanneer er meer zonne-energie is. De eerder vermelde koelkast in New Mexico registreerde een elektriciteitsverbruik van 406 watt-uur per dag in de zomer en slechts 230 watt-uur in de winter. 16 Bovendien kan de technologie worden ingezet in de hele koudeketen, waarvan de huishoudelijke koelkast slechts een klein (maar essentiëel) onderdeel van uitmaakt. Een andere toepassing is luchtkoeling, al is dit minder goed onderzocht en vormt het een grotere uitdaging. 17

Een kookfornuis op directe zonne-energie

Ook een conventioneel kookfornuis kan in principe rechtstreeks aan een zonnepaneel worden verbonden, maar net zoals bij een conventionele koelkast is dat niet zo praktisch. Je kan alleen overdag koken, en je moet erg veel zonnepanelen plaatsen. Eén enkele kookplaat heeft al gauw 1.000 watt elektrisch vermogen nodig. Een elektrische zonnekoker lost deze problemen op door de kookplaat in te pakken met thermische isolatie. De technologie is in feite een combinatie van een elektrische kookplaat en een hooikist.

Afbeelding: Test van een elektrische zonnekoker. Foto: California Polytechnic State University (Cal Poly).
Afbeelding: Test van een elektrische zonnekoker. Foto: California Polytechnic State University (Cal Poly).
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld

Dankzij de thermische isolatie accumuleert een elektrische zonnekoker gedurende de dag langzaam warmte die dan na zonsondergang kan worden gebruikt om te koken. Op die manier kan een veel lagere stroomtoevoer voldoende zijn om hoge temperaturen te bereiken. Zie het als het “opladen” van je fornuis, niet met elektriciteit maar met warmte.

Onderzoekers van de Amerikaanse California Polytechnic State University (Cal Poly) bouwden het eerste elektrische zonnekooktoestel in 2015. Hun 12 volt apparaat, dat sindsdien verder is ontwikkeld, heeft slechts een zonnepaneel van 100W nodig om te werken. Het kookt een liter water in een uur. Met een volle dag zonlicht kunnen er bijna 5 kg bonen, rijst, stoofpot of aardappelen worden gekookt. 18

Koken na zonsondergang is mogelijk door het gebruik van een kookpot met een veel dikkere bodem (5-10 kg). Het onderzoeksteam van Cal Poly slaagde erin om de temperatuur van die solide warmteopslag op vijf uur tijd naar 250°C te brengen met een zonnepaneel van 100W. Vervolgens konden ze na zonsondergang een liter water koken in drie seconden. In een andere test roerbakten ze 1 kg groenten in twee minuten. De ideale configuratie bestaat uit twee kookpotten: één met en één zonder warmteopslag. Zo kan een elektrische zonnekoker zowel traag als snel koken, afhankelijk van het tijdstip en het gerecht. 19

Afbeelding: Het principe van een elektrische zonnekoker met solide warmteopslag. Tekening: California Polytechnic State University (Cal Poly).
Afbeelding: Het principe van een elektrische zonnekoker met solide warmteopslag. Tekening: California Polytechnic State University (Cal Poly).
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld

Thermisch of elektrisch?

Net als water- en ruimteverwarmingssystemen op zonne-energie, kunnen koken en koelen zowel met als zonder elektriciteit werken – enerzijds met PV-panelen en anderzijds met thermische zonnecollectoren. Maar terwijl ruimte- en waterverwarming op zonne-energie kosten- en energie-efficiënter zijn zonder elektriciteit, is dat voor koelen en koken op zonne-energie net andersom.

Voor ruimte- en waterverwarming zijn relatief kleine temperatuurverschillen nodig, die kunnen worden geleverd door goedkope thermische zonnecollectoren van glasplaten en waterbuizen. Voor koeling en koken zijn daarentegen grotere temperatuurverschillen nodig, waarvoor meer geavanceerde (vacuümbuis- of parabolische) zonnecollectoren nodig zijn - en deze zijn duurder dan PV-panelen. 20 21

De enige uitzondering is een eenvoudige zonnekoker – een geïsoleerde doos met een glasplaat bovenaan – maar die kan niet zo’n hoge temperaturen behalen. Bovendien heeft een elektrische zonnekoker een aantal extra voordelen. Met een niet-elektrisch toestel moet je buiten koken, wat minder praktisch maar ook minder efficiënt is, zeker in de winter: een thermische zonnekoker verliest dan meer warmte aan de omgeving. Een elektrische zonnekoker is ook energie-efficiënter omdat hij aan alle kanten is geïsoleerd. Hij werkt bovendien beter bij bewolkt weer en kan na zonsondergang worden gebruikt. Op de Living Energy Farm wordt de parabolische zonnekoker alleen in optimale omstandigheden gebruikt – bij volle zon en hoge buitentemperaturen.

Wat zijn de technische uitdagingen?

Hoewel de Living Energy Farm al deze toepassingen van directe zonne-energie in de praktijk brengt, zijn er wel een aantal technische uitdagingen voor wie het voorbeeld wil volgen. Bijna al onze moderne technologie is ontworpen om met een stabiele en ononderbroken stroomtoevoer te werken. Dat hoeft niet zo te zijn, maar voorlopig vraagt directe zonnestroom meestal enig knutselwerk. Een directe zonne-installatie is veel makkelijker te bouwen dan een autonoom systeem met batterijen, maar er zijn vaak aanpassingen nodig aan de kant van de toestellen.

Sommige apparaten kunnen rechtstreeks op een zonnepaneel worden aangesloten: het volstaat om de positieve en negatieve contacten van het zonnepaneel en het apparaat met elkaar te verbinden. Bijvoorbeeld machines met een gelijkstroommotor verdragen grote schommelingen in de stroomtoevoer. De metaalwerkplaats en de landbouwmachines op de Living Energy Farm werken op deze manier. Als wolken de zon blokkeren, kan de gecombineerde elektrische belasting groter worden dan de stroomtoevoer van de zonnepanelen, maar dat stopt de machines niet. Alle motoren zullen vertragen omdat ze de beschikbare energie delen, maar ze blijven allemaal nuttig werk doen. 10 22

Hetzelfde geldt voor alle apparaten die werken op basis van resistieve verwarmingselementen, zoals waterkokers, kookplaten of elektrische verwarmingssystemen. Ze werken ongeacht het vermogen of de spanning, alleen langzamer of sneller. Een koelkast op directe zonne-energie werkt bij voorkeur op een variabele DC-compressor, die de snelheid kan aanpassen aan de wisselende zonnestroomproductie. 10 23

Veel andere apparaten hebben een specifieke en stabiele spanningsingang nodig, die meestal niet overeenkomt met wat het zonnepaneel produceert. Dit kan worden opgelost door een DC-DC converter (een “buck” of “boost” converter) tussen het zonnepaneel en het apparaat te plaatsen. Dit is een kleine elektronische module die de fluctuerende spanning van een zonnepaneel omzet in een constante uitgangsspanning voor een laagspanningsapparaat (5V, 12V of hoger). 24

Afbeelding: Experimenten met directe zonnestroom. Foto: Marie Verdeil.
Afbeelding: Experimenten met directe zonnestroom. Foto: Marie Verdeil.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld

Gebruik je daarbij nog een omvormer, dan kunnen ook netstroomapparaten rechtstreeks op een zonnepaneel werken. 25 DC-DC converters zijn essentieel voor alle toestellen die elektronische componenten bevatten. Dat is tegenwoordig voor heel veel apparaten het geval, inclusief toestellen, zoals wasmachines of koffiezetmachines, die tot voor kort zonder elektronica werkten. Dat geeft je vaak twee opties om dergelijke apparaten op directe zonnestroom te doen werken. Je kan ofwel een DC-DC converter plaatsen, ofwel het toestel aanpassen door de elektronica te omzeilen.

Doe-het-zelf handleidingen & commerciële apparaten

De meeste toepassingen van directe zonnestroom werken op laagspanning, zodat je er op een veilige manier zelf mee aan de slag kan. Binnenkort publiceert Lowtech Magazine hierover een handleiding. De Living Energy Farm maakt voor een aantal toepassingen echter gebruik van gelijkstroom met hogere voltages. Voorbeelden zijn de werktuigmachines in de metaalwerkplaats (90V) en een aantal krachtige elektrische zonnekokers (48V, 180V). Het is geen goed idee om deze systemen zelf te bouwen, omdat deze voltages tot dodelijke ongevallen kunnen leiden.

Wie zelf een (laagspanning) elektrische zonnekoker wil bouwen, vindt uitgebreide handleidingen bij zowel de Living Energy Farm als Cal Poly. 26 De toestellen kunnen met eenvoudige materialen worden gemaakt. Het isolatiemateriaal moet brandbestendig zijn. Voorbeeldmaterialen zijn steenwol, glasvezel, natuurwol of klei.

Voor de verwarmingselementen kunnen verschillende technologieën woren gebruikt, maar het inbedden van nichroomdraden in cement is de eenvoudigste optie. Deze draden kunnen uit allerlei toestellen worden gehaald zoals broodroosters, ovens en kookplaten. In principe kunnen de verwarmingsdraden rechstreeks aan de kookpot worden bevestigd, maar het is praktischer om een verwarmd “nest” te maken waarin een pot kan worden geplaatst.

Afbeelding: Geïnspireerd door het werk van Cal Poly ontwikkelde de Living Energy Farm ook een aantal elektrische zonnekokers, waarvan ze er eentje via hun website te koop aanbieden. De Roxy Oven kan als kookplaat of als oven worden gebruikt, bijvoorbeeld voor het bakken van brood. De deur blijft ook gesloten als het toestel als kookplaat wordt gebruikt. Deze zonnekoker beschikt niet over energieopslag.
Afbeelding: Geïnspireerd door het werk van Cal Poly ontwikkelde de Living Energy Farm ook een aantal elektrische zonnekokers, waarvan ze er eentje via hun website te koop aanbieden. De Roxy Oven kan als kookplaat of als oven worden gebruikt, bijvoorbeeld voor het bakken van brood. De deur blijft ook gesloten als het toestel als kookplaat wordt gebruikt. Deze zonnekoker beschikt niet over energieopslag.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld
Afbeelding: De Roxy Oven zonder deur en met de glaswol isolatie zichtbaar. Het apparaat – gemaakt in de metaalwerkplaats met directe zonnestroom – werkt op 48V en vereist een zonnepaneel van 200 tot 500 watt. De Living Energy Farm biedt ook aan zonnekoelkast van Sunstar online te koop aan.
Afbeelding: De Roxy Oven zonder deur en met de glaswol isolatie zichtbaar. Het apparaat – gemaakt in de metaalwerkplaats met directe zonnestroom – werkt op 48V en vereist een zonnepaneel van 200 tot 500 watt. De Living Energy Farm biedt ook aan zonnekoelkast van Sunstar online te koop aan.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld

Verkwist een direct zonepaneel energie?

De duurzaamheid van een zonnestroominstallatie hangt niet alleen af van de energie die nodig is om de infrastructuur te produceren en te onderhouden, maar ook van de energie die de zonnepanelen gedurende hun levensduur produceren. Sommige mensen zullen opwerpen dat het directe gebruik van zonne-energie op dat vlak minder goed scoort dan conventionele zonnestroominstallaties met netkoppeling of batterijen.

Immers, de stofzuiger, de wasmachine en de boormachine worden niet elke dag gebruikt, en als er geen elektrisch apparaat is aangesloten dan produceert een zonnepaneel ook geen stroom. Bijgevolg zal de hoeveelheid elektriciteit die het paneel produceert over de gehele levensduur dalen, terwijl de energie die nodig was om het paneel te fabriceren dezelfde blijft. Dat maakt de stroom van een direct zonnepaneel koolstofintensiever.

Omdat energieopslag in batterijen (of het netgekoppelde alternatief) zo’n groot deel uitmaakt van de totale geïnvesteerde energie, kan een op zichzelf staand zonnepaneel wel heel wat energie verspillen voordat het minder duurzaam wordt dan de tegenhanger met batterijopslag of netkoppeling.

Bovendien vermijdt het directe gebruik van zonne-energie de laad- en ontlaadverliezen die worden veroorzaakt door de batterijen, of de energieverliezen in de transmissie-infrastructuur voor netgekoppelde systemen. Beide moeten worden gecompenseerd door extra zonnepanelen. Daarbij verspillen zonnepanelen die zijn aangesloten op accu’s of het elektriciteitsnet ook stroom – een gevolg van het grote verschil in energieproductie tussen zomer en winter.

Directe zonnestroom maximaliseren met collectieve diensten

Niettemin is het belangrijk om de energieproductie van een direct zonnepaneel te maximaliseren. In die context is het nuttig even terug te keren naar het oorspronkelijke voorbeeldsysteem dat op mijn balkon staat. Directe zonnestroom zou een mooie aanvulling op dit systeem kunnen zijn, met name voor de koelkast en het kookfornuis. Het was omwille van deze apparaten dat ik in 2016 concludeerde dat het onmogelijk was om mijn appartement volledig van het elektriciteitsnet af te koppelen.

De Living Energy Farm laat evenwel zien dat het wel degelijk zou kunnen: er is plaats voor nog eens 200 watt aan zonnepanelen (4 x 50W) op het balkon, voldoende om zowel een thermisch geïsoleerde koelkast en kookplaat aan te drijven. Extra batterijcapaciteit zou niet nodig zijn.

Voor het gebruik van andere apparaten is directe zonnestroom in mijn geval echter weinig nuttig. Het zou niet erg efficiënt zijn om een extra zonnepaneel te plaatsen voor de wasmachine of de boormachine, omdat die maar af en toe worden gebruikt. Dit lijkt in de kaart te spelen van een “slim” elektriciteitsnet, omdat op die manier vele huishoudens van dezelfde zonnestroom gebruik kunnen maken – er is altijd wel iemand die kleren moet wassen of een gaatje moet boren.

Maar zo’n slim elektriciteitsnetwerk vereist wel heel wat infrastructuur, zelfs als er op die schaal gebruik zou worden gemaakt van directe zonnestroom. Er zijn dan wel geen batterijen of fossiele brandstoffen als backup nodig, maar wel een transmissie- en communicatieinfrastructuur.

Afbeelding: Een platenspeler op directe zonnestroom en een DC-DC converter. Foto: Marie Verdeil. Bekijk de video.
Afbeelding: Een platenspeler op directe zonnestroom en een DC-DC converter. Foto: Marie Verdeil. Bekijk de video.
Bekijk origineel beeld Bekijk origineel beeld

De Living Energy Farm demonstreert een alternatieve oplossing: het gemeenschappelijk organiseren van huishoudelijke taken en werkzaamheden. In plaats van een collectief elektriciteitsnet dat energie verdeelt over vele indidviduele huishoudens, kunnen we ook collectieve diensten opzetten met een gedecentraliseerde energieproductie.

In de gemeenschappelijke werkplaats van de Living Energy Farm kan directe zonnestroom veel efficiënter worden ingezet dan in een individuele werkplaats die maar af en toe wordt gebruikt. Een collectief wassalon in elke straat zou ook veel efficiënter gebruik maken van directe zonnestroom. Bovendien besparen we zo heel veel energie op het bouwen van apparaten, en winnen we veel plaats.

Directe windstroom?

Deze strategie wordt nog belangrijker als we niet voor directe zonnestroom maar voor directe windstroom kiezen – of voor een combinatie van beide. De Living Energy Farm bevindt zich in een regio die veel zonniger is dan België of Nederland, maar in de Lage Landen is er wel meer wind.

Er is echter een belangrijk verschil tussen zonnestroom en windstroom. De efficiëntie van een zonnepaneel is niet afhankelijk van de grootte, wat zonnestroom ideaal maakt voor decentrale energieproductie. Daarentegen neemt de efficiëntie van een windturbine meer dan evenredig toe naarmate de rotordiameter groter wordt. Veel beter dan een windturbine per huishouden is dus een wat grotere windturbine voor een gemeenschap van huishoudens, bijvoorbeeld voor het aandrijven van een collectieve wasplaats of werkplaats.

Reacties

Als je op dit artikel wil reageren, stuur dan een mailtje naar solar (at) lowtechmagazine (dot) com. Je gegevens worden niet voor andere doeleinden gebruikt.

Reacties
Alex Van den Bossche

Dag Kris,

Veel laad-apparatuur kan in gelijkspanning werken:

De laptop, en vele andere

DC/DC verbruikt veel minder dan DC/AC

Invertoren verbruiken 10-20W/kVA, wat niet verwaarloosbaar is.

Ik gebruik mijn Dell laptop op ca. 180Vdc maar de gewone lader kan van 120-370V DC aan.

https://www.researchgate.net/publication/331907430_Direct_use_of_PV_panels

Dit jaar had ik voor de eerste helft, geëxtrapoleerd naar een gans jaar:

530 kWh verbruik uit het net 5500 kWh injectie, dus >10x meer injectie dan verbruik

Verleden jaar was de verhouding ca. 9.5, maar ik veranderde enkele toestellen.

Ik heb ook geen gasaansluiting, warm water (sanitair en aanrecht) komt voor 98% van PV.

Dit is pulsed DC, 6 panelen van 275W in de zomer, 18 in de winter.

In totaal 40 panelen in afdak om brandhout te drogen, mag niet op het huis want geklasseerd.

Diepvries werkt op -22°C maar wat minder in de nacht, met wat opslag in zonnebloemolie als PCM.

Een en ander is makkelijker in US die minder noordelijk is (= noorderbreedte van Spanje).

Ook Spanje in jouw geval.

Airco nodig hebben als de zon schijnt zou een oplosbaar probleem moeten zijn (opslag in ijs?).

Accu’s?

Ik schreef een boek bij TheIET:

“Battery management systems and inductive balancing”

Li-ion is duur en recycleert slecht, het risico is dat het BMS stuk gaat en zo ook de batterij.

LiFePO4 is iets robuuster.

Bij de wagen had ik een AGM batterij die 9.5 jaar meeging, en intensief start-stop gebruik.

Een AGM loodbatterij kan een alternatief zijn voor lithium.

Toch te overwegen: meer cycli en diepere ontlading mogelijk.

Lithium is ca. 75kg CO2/kWh batterij (in mijn boek, hoofdstuk “discussion about batteries”)

Het “uitgloeien” van de elektroden zou in feite een conversie naar grafiet zijn, die veel energie vraagt.

Lood is niet goed voor voertuigen omdat het mee vervoeren ervan indirect nog meer CO2 geeft.

Johan

Dag Kris, De oplossing tussen direct gebruik zonder netkoppeling noch batterij en netgekoppeld met (batterij of fossiele) backup in, wordt aangemoedigd door het vervangen van de terugdraaiende teller door de digitale teller met een teruglevertarief dat lager ligt dan het toelever tarief en het feit dat bij de geleverde netstroom ook het kostenplaatje van het net aangerekend wordt. In Nederland is dat nog niet het geval, in België, of toch de noordelijke regio ervan, meer en meer, net om de kosten voor de aanpassing van het net te verminderen. (Mocht dat nettarief iplv een vaste kost ook spotprijs gekoppeld worden, dan kunnen de buffers of backup op het net ook kleiner worden). Een inderdaad dure hulp daarbij is het installeren van een thuisbatterij, maar met een eenvoudige relatief goedkope ingreep kan je vermijden dat er veel zonnestroom naar het net ontsnapt :

Alvast mijn grote verbruikers (0.8à2.6kW opladen EV (uiteraard enkel als die thuis is), 500W sanitair warmwaterboiler en 1kW straalkacheltje tijdens het verwarmingsseizoen) worden aangestuurd via 120€ aan wifi gekoppelde elektronica en een maandabonnement van 1€ voor het gebruik van de server van homewizzard. Jammer genoeg hebben ze (nog) geen wifi gestuurde dimmer van enkele kW beschikbaar, die zou je kunnen inbouwen in vaatwassers/wasmachines/straalkacheltjes/accumulatiekachel (de aanwezige deelweerstanden (vb boiler/accumulatiekachel) apart schakelen werkt ook ongeveer maar minder optimaal). (een wifi gekoppelde voorschakel warmtepompje kan het nodige brandhout van de cv ketel ook verminderen). Bufferen van warmte om te koken lijkt me een interessante. Zou het ombouwen van een geïsoleerde gas of houtgestookte kookstoof (type aga) mogelijk zijn, of zijn die niet straf genoeg geïsoleerd ?
Vriendelijke groet, Johan

Johan Vanpoucke

Ik leef reeds 35 plus jaar op een zeilbootje, momenteel in de Med. Mijn enige vorm van energie inkomen zon en wind. Sedert 2 jaar nu ook de diesel gedumpt (niet letterlijk) en een 200 € trolling elektrisch motortje voor windstille dagen. Sedert ik dat motortje heb kocht ik ook een 24 volt lifepo4 accu die vanuit mijn 12 Volt loodaccus gevoed word. Direct van de zonnepanelen en windgeneratoren naar de lifepo4 bleek geen goed idee. Ik heb sedert 2 weken nu ook een klein slow cookertje dat ik in een hooikist gebruik, tijdens de zomer is het koken met elektriciteit direct van zon en wind mogelijk. Dat ding gebruikt bij slow slechts 60 watt. Interessant artikel, dank.

Michael Moulaert

Dag Kris,

Boeiend artikel!

Wat je schrijft, bedacht ik me ook al tijdens de plaatsing van onze zonnepanelen. We zetten bijvoorbeeld DC zonnestroom om in AC en laden via transfo onze fietsbatterij op, met alle verliezen van dien :)

Je zou bijna standaard en DC net op 12/24 volt moeten hebben naast ons AC net, waar primair stroom wordt afgezet naar laders, frigo met ijsbuffer, … en de rest afzetten op het DC net. Maar dat is voorlopig toekomstmuziek.

Waar ik zelf werk van wil maken is een vriezer of koelkast op DC. Ik wil het het kleinste diepvriesmodel in ons tuinhuis zetten met een zonnepaneel op het dak.

Hoe werken die modellen van Sundanzer? Heb je meer info over wat ik daar allemaal voor nodig heb?

Alvast bedankt!

Michael Moulaert

Emmie van der Hoeven

Geachte heer De Decker,

Ik mis in het stukje over directe zonne-energie een passage over de zoutbatterij van “Dr Ten”. Daarmee zijn veel nadelen van batterijopslag te ondervangen dunkt mij.

Groet,

Emmie van der Hoeven


  1. De levensduur van loodzuuraccu’s hangt af van vele factoren. Als ze te diep worden ontladen of niet geregeld volledig worden opgeladen, kan de levensduur korter zijn dan drie jaar. Langs de andere kant kan een loodzuurbatterij die nauwelijks of niet wordt ontladen veel langer meegaan dan vijf jaar. De academische literatuur houdt het echter op 3 tot 5 jaar en dat is ook mijn ervaring met de batterijen die ik sinds 2016 heb gebruikt. Zie bijvoorbeeld: “Optimal Sizing and Life Cycle Assessment of Residential Photovoltaic Energy Systems With Battery Storage”, A. Celik, in “Progress in Photovoltaics: Research and Applications”, 2008. & “Energy pay-back time of photovoltaic energy systems: present status and prospects”, E.A. Alsema, in “Proceedings of the 2nd World Conference and Exhibition on photovoltaics solar energy conversion”, July 1998. ↩︎

  2. De productie van een loodzuurbatterij (op basis van grotendeels gerecycleerde materialen) kost ongeveer 1 MJ energie per watt-uur opslagcapaciteit. Mijn 100 ampère-uur batterij komt overeen met een opslagcapaciteit van 1.200 watt-uur, en dus is de ingebedde energie gelijk aan 1.200 MJ. Over een levensduur van 30 jaar heb ik in het beste geval zes van deze batterijen nodig, dus 7.200 MJ in totaal. Bron: “Energy Analysis of Batteries in Photovoltaic systems. Part one (Performance and energy requirements)” and “Part two (Energy Return Factors and Overall Battery Efficiencies)” (PDF). Energy Conversion and Management 46, 2005. ↩︎

  3. Er is niet veel onderzoek gebeurd naar de ingebedde energie van laadregelaars. De meest relevante data die ik vond is een waarde van 1 MJ per watt maximaal vermogen: Kim, Bunthern, et al. “Life cycle assessment for a solar energy system based on reuse components for developing countries.” Journal of cleaner production 208 (2019): 1459-1468. Voor een capaciteit van 120W (mijn laadregelaar heeft een maximaal vermogen van 10A x 12V = 120W) komt dat neer op 120 MJ. Voor de geschatte levensduur vond ik waarden van 7 en 12,5 jaar: dezelfde referentie als hierboven, alsook: Kim, Bunthern, et al. “Second life of power supply unit as charge controller in PV system and environmental benefit assessment.” IECON 2016-42nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IEEE, 2016. Ik maakte daarom de berekening op een geschatte levensduur van 10 jaar. ↩︎

  4. Nawaz, I., and G. N. Tiwari. “Embodied energy analysis of photovoltaic (PV) system based on macro-and micro-level.” Energy Policy 34.17 (2006): 3144-3152. Volgens deze veel geciteerde bron kost het 3,500 MJ om 1 m2 zonnepaneel te produceren. Mijn twee zonnepanelen samen meten 0,65 m2, wat neerkomt op een totale energiekost van 2.275 MJ. Een recentere literatuurstudie legt de energiekost voor de productie van verschillende types zonnepanelen op 1.034 tot 5.150 MJ/m2. De meest recente studies van silicon zonnepanelen in dit overzicht leggen de energiekost op ongeveer 1.000 MJ/m2, veel lager dan het cijfer dat ik gebruik. Zie: Ludin, Norasikin Ahmad, et al. “Prospects of life cycle assessment of renewable energy from solar photovoltaic technologies: A review.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 96 (2018): 11-28. ↩︎

  5. Lithium-ion batterijen zijn een stuk duurder dan loodzuuraccu’s, maar in tegenstelling tot loodzuuraccu’s kunnen ze dieper worden ontladen (tot 15% van hun totale capaciteit) en hebben ze een langere levensduur (7 tot 10 jaar). Er zijn dus minder en kleinere batterijen nodig. Brengen we deze factoren in rekening, dan bedragen de levensduurkosten voor de batterij 750 euro, tegenover 1.020 euro voor de loodzuurbatterijen. Langs de andere kant vereisen lithium-ion batterijen een meer gesofistikeerde en duurdere laadregelaar: een 10A laadregelaar kost tussen de 200 en 600 euro, afhankelijk van de kwaliteit. Gaan we uit van een prijs van 400 euro voor de laadregelaar en een levensduur van 10 jaar voor zowel de batterij als de laadregelaar, dan is de batterijopslag goed voor 95% van de totale levensduurkosten (in totaal 2.070 euro, veel meer dan de totale kost voor het systeem met loodzuurbatterijen). Bronnen: https://www.lithiumion-batteries.com/products/product/12v-50ah-lithium-ion-battery & https://www.lithiumion-batteries.com/products/12v-lithium-ion-battery-chargers/ ↩︎

  6. Hoewel de productie van een lithium-ion batterij meer energie kost dan de productie van een loodzuuraccu (1.4-1.9 MJ/Wh tegenover 1 MJ/Wh), wordt dit gecompenseerd door een langere levensduur en een grotere ontlaadcapaciteit. De energiekost van de lithium-ion batterijen over een levensduur van 30 jaar bedragen dan ongeveer 3.000 MJ, aanzienlijk minder dan een vergelijkbaar loodzuuraccu-systeem. Daartegenover staat een laadregelaar die een complexere elektronica bevat. Helaas is er geen data beschikbaar voor de energiekost van zo’n laadregelaar. Er zit dus niet anders op dan de energiekost te schatten op basis van de financiële kost, die vier tot twaalf keer duurder is dan een laadregelaar voor een loodzuurbatterij. Gaan we uit van een vier keer hogere kostprijs, dan stijgt de ingebedde energie van de laadregelaar naar 480 MJ, of 1.440 MJ over een periode van 30 jaar. De totale energiekost voor het systeem bedraagt dan 6.685 MJ, minder dan een vergelijkbaar systeem met loodzuurbatterijen. Daarvan is bijna 70% toe te wijzen aan de batterijopslag. ↩︎

  7. Nikkel-ijzer batterijen zijn nog groter en zwaarder dan loodzuuraccu’s en ze hebben geregeld onderhoud nodig. Maar ze kunnen volledig worden ontladen en hebben een zeer lange levensduur (20 jaar). Bovendien kunnen ze worden gebruikt met dezelfde laadregelaars als loodzuuraccu’s. De levensduurkosten over 30 jaar voor de batterij zijn 750 euro, goedkoper dus dan de zes loodzuurbatterijen met een vergelijkbare capaciteit. De totale levensduurkosten voor een nikkel-ijzer batterijsysteem met 100W zonnepanelen bedragen 1.020 euro, waarvan 85% gaat naar energieopslag. Helaas zijn nikkel-ijzer batterijen moeilijk te vinden, zeker de kleinere modellen. Bronnen: https://beyondoilsolar.com/product/nickel-iron-battery-industrial-series/ & https://beyondoilsolar.com/product-category/batteries/nickel-iron/ ↩︎

  8. Om precies te zijn zou de prijs van de zonnepanelen in een wat grotere zonnestroominstallatie in verhouding nog kleiner worden. Dat komt omdat zonnepanelen met kleine afmetingen (zoals 50W) in verhouding duurder zijn per watt piekcapaciteit dan zonnepanelen met meer conventionele afmetingen (vanaf 250W). Min of meer hetzelfde geldt voor de energiekost. ↩︎

  9. https://livingenergyfarm.org ↩︎

  10. Alexis Zeigler, de oprichter van de Living Energy Farm, schreef een boek over het project, dat integraal online staat: Empowering Communities. A Practical Guide to Energy Self Sufficiency and Stopping Climate Change. Het is ook op papier te bestellen↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎

  11. Omdat er in het geval van directe zonnestroom niet voor elk apart systeem een laadregelaar nodig is, brengt het opsplitsen van een zonnestroominstallatie geen extra kosten of energieverbruik met zich mee. ↩︎

  12. Onderzoek laat zien dat het verdubbelen van de isolatiedikte van 2,5 cm (standaardisolatie) naar 5 cm het jaarlijke elektriciteitsverbruik van een koelkast (50 liter inhoud) verlaagt van 250 naar 125 kilowattuur. 13 Met een isolatiedikte van 10 tot 12,5 cm halveert het elektriciteitsverbruik opnieuw tot ongeveer 60 kilowattuur per jaar. Nog dikkere isolatie brengt een kleinere reductie in het elektriciteitsverbruik en is niet langer aantrekkelijk omdat dikkere isolatie ook de kosten en de omvang van de koelkast doet toenemen. De studie betreft een door zonne-energie aangedreven AC koelkast die werkt dankzij een omvormer en een batterij, wat minder energie-efficiënt is dan een koelkast op directe zonnestroom. ↩︎

  13. Gupta, B. L., Mayank Bhatnagar, and Jyotirmay Mathur. “Optimum sizing of PV panel, battery capacity and insulation thickness for a photovoltaic operated domestic refrigerator.” Sustainable Energy Technologies and Assessments 7 (2014): 55-67. ↩︎ ↩︎

  14. Deze thermische massa kan letterlijk een container zijn met water die in het interieur van de koelkast wordt geplaatst. Of gewoon een aantal flessen drinkwater. Maar het water kan ook worden opgeslagen in reservoirs langs de zijkant van het apparaat, achter een binnenbekleding die ze op hun plaats houdt en aan het zicht onttrekt. Water heeft een hogere warmteopslagdichtheid dan lucht, waardoor de temperatuur langer stabiel blijft. ↩︎

  15. Ewert, M., et al. “Photovoltaic direct drive, battery-free solar refrigerator field test results.” Proceedings of the solar conference. American solar energy society; American institute of architects, 2002. ↩︎ ↩︎

  16. Dit voordeel geldt alleen als de koelkast in een onverwarmde ruimte staat opgesteld. De moderne gewoonte om een koelkast in een verwarmde keuken te plaatsen terwijl de buitentemperatuur ‘s winters gelijk of lager is dan die in de koelkast, is uiteraard absurd verspillend. Maar dit voordeel is evenmin geldig in tropische landen, waar de temperatuur het hele jaar door hoog is. ↩︎

  17. Het gebruik van directe zonnestroom voor ruimtekoeling is niet zo grondig geanalyseerd als voor huishoudelijke koelkasten. Zie: Luerssen, Christoph, et al. “Life cycle cost analysis (LCCA) of PV-powered cooling systems with thermal energy and battery storage for off-grid applications.” Applied energy 273 (2020): 115145. Bovendien is het onwaarschijnlijk dat er even grote energiebesparingen mee kunnen worden bereikt. Een koelkast is altijd geïsoleerd, maar in het geval van een luchtgekoelde ruimte of gebouw is dat niet noodzakelijk het geval. Bovendien staat een koelkast opgesteld in een ruimte waar een stabiele temperatuur heerst. Een gebouw is onderhevig aan grotere temperatuurschommelingen en kan ook worden opgewarmd door directe zonnestraling. Luchtkoeling op directe zonnestroming is dus een stuk ingewikkelder. Zie: Qi, Ronghui, Lin Lu, and Yu Huang. “Parameter analysis and optimization of the energy and economic performance of solar-assisted liquid desiccant cooling system under different climate conditions.” Energy conversion and management 106 (2015): 1387-1395. ↩︎

  18. Solar Electric Cooking, Pete Schwartz, Cal Poly Physics. Zie ook deze PowerPoint van dezelfde auteur. ↩︎

  19. Insulated Solar Electric Cooker with Solid Thermal Storage, Andrew McCombs et al., 2022. Zie ook deze video↩︎

  20. Zie: Ferreira, Carlos Infante, and Dong-Seon Kim. “Techno-economic review of solar cooling technologies based on location-specific data.” International Journal of Refrigeration 39 (2014): 23-37. ///// Riffat, James, et al. “Development and testing of a PCM enhanced domestic refrigerator with use of miniature DC compressor for weak/off grid locations.” International Journal of Green Energy 19.10 (2022): 1118-1131. ///// Du, Wenping, et al. “Dynamic energy efficiency characteristics analysis of a distributed solar photovoltaic direct-drive solar cold storage.” Building and Environment 206 (2021): 108324. ///// Alsagri, Ali Sulaiman. “Photovoltaic and photovoltaic thermal technologies for refrigeration purposes: an overview.” Arabian journal for science and engineering 47.7 (2022): 7911-7944. ↩︎

  21. Of dat ook geldt voor het ingebedde energieverbruik, is niet duidelijk. Er is weinig onderzoek verricht naar de ingebedde energie van gesofistikeerde zonnecollectoren. ↩︎

  22. In beide gevallen is het wel nodig om de schakelaar van het apparaat te omzeilen, omdat DC elektriciteit schakelaars meer verhit dan AC elektriciteit. In de plaats daarvan kan een geschikte externe schakelaar uitkomst bieden, maar daarmee omzeil je wel het veiligheidsmechanisme van het apparaat, wat uiteraard een risico inhoudt. 10 Opnieuw, dit hoeft niet zo te zijn: het is technisch perfect mogelijk om apparaten te maken die geschikt zijn voor directe zonnestroom. ↩︎

  23. Een compresser met een constante snelheidsaandrijving kan slechts 50% van de geproduceerde zonnestroom nuttig gebruiken, terwijl een compressor met een variabele snelheidsaandrijving ongeveer 75% nuttig gebruikt. 15 Een condensator is nodig om de compressor van een energieboost te voorzien tijdens de startfase. ↩︎

  24. In plaats van een DC-DC converter kan je ook een kleine “bufferbatterij” en laadregelaar plaatsen. Net zoals een DC-DC converter zal de laadregelaar een stabiel uitgangsvoltage garanderen. Bovendien kan de kleine batterij een beperkte energieopslag bieden die nuttig kan zijn om korte pieken in het energieverbruik op te vangen. Sommige apparaten hebben bijvoorbeeld een stroompiek bij het opladen. Het nadeel van een bufferbatterij is dat de kosten en de ingebedde energie toenemen, en dat er extra componenten stuk kunnen gaan. Een condensator is een alternatieve technologie om stroompieken op te vangen. ↩︎

  25. Het gebruik van laagspanning gelijkstroom apparaten is echter een stuk energie-efficiënter omdat ook zonnepanelen laagspanning gelijkstroom produceren: https://www.lowtechmagazine.be/2016/02/zonne-energie-installatie-op-dc-gelijkstroom.html ↩︎

  26. Insulated Solar Cooker Construction Manual, Living Energy Farm. Insulated solar electric cooker manual, Pete Schwartz, Cal Poly Physics. Roxy Oven Manual, Living Energy Farm. Videopresentatie handleiding zonnekokers, Alexis Zeigler, Living Energy Farm. Video handleiding voor het maken van verwarmingsdraden. Energieopslag: Insulated Solar Electric Cooker with Solid Thermal Storage, Andrew McCombs et al., 2022. Also see this video↩︎