Lezers vertelden me dat ze graag kleinschalige fotovoltaïsche installaties willen bouwen zoals de systemen die Low-tech Magazine’s website en kantoor van stroom voorzien. Alleen weten ze niet waar te beginnen en welke onderdelen te kopen. Deze handleiding brengt al die informatie samen: wat je nodig hebt, hoe alles te bedraden, wat de ontwerp-opties zijn, waar je zonnepanelen plaatst, hoe je stroom splitst en meetinstrumenten installeert. Het gaat in dit artikel over zonne-energiesystemen die batterijen opladen en eenvoudigere configuraties die geen batterij nodig hebben.

Conventionele PV-installaties worden op daken en in velden geïnstalleerd. Ze zetten de gelijkstroom (DC) elektriciteit die zonnepanelen produceren om in wisselstroom (AC) waarop de meeste apparaten werken. ’s Nachts en bij slecht weer vallen ze terug op het electriciteitsnet. Niets van dat in de kleine systemen die we in deze handleiding bouwen. Deze systemen zijn volledig onafhankelijk van het electriciteitsnet, werken zuiver op gelijkstroom, en voorzien geen hele huishoudens of steden van elektriciteit, maar eerder een kamer, een verzameling toestellen, of een specifiek toestel. Kleinschalige zonne-installaties als deze zijn een extreme vorm van gedecentraliseerde energievoorziening.

Het meeste werk bij het bouwen van een klein zonnesysteem is het kiezen van de juiste onderdelen en het bouwen van de structuur voor het zonnepaneel. De bedrading is redelijk eenvoudig, tenzij je een uitgebreid controlepaneel wil. Je hebt ook weinig gereedschap nodig: een striptang, een paar schroevendraaiers (ook kleintjes) en een houtzaag zijn onmisbaar. Een soldeerbout, een tang en een multimeter zijn handig, maar niet noodzakelijk.

• Voor je begint: veiligheid
• Voor je begint: laagspanning of hoogspanning?
• Voor je begint: heb je echt een batterij nodig?
• Wat je nodig hebt: de onderdelen van een klein fotovoltaïsch systeem
• Hoe verbind je zonnepanelen in serie en parallel?
• Hoe bouw je een zonnesysteem met batterij-opslag?
  • Batterijen
  • Laadregelaars
  • Bedrading
• Hoe bouw je een zonnesysteem zonder batterij-opslag?
  • DC-DC-omzetters
  • Bedrading
• Het formaat bepalen van je zonnepanneel, batterij en andere onderdelen
  • Zonder batterijen
  • Met batterijen
  • Andere onderdelen: laadregelaars, DC-DC-omzetters, kabels, connectoren & zekeringen
• Hoe bouw je een structuur voor je zonnepaneel?
• Stroom splitsen en verschillende toestellen simultaan aandrijven
• Hoe voeg je meetinstrumenten toe?
  • Spanningsmeter voor de batterij
  • Watt, volt en stroommeters
• Controlepaneel en stekkers
• Waar vind je toestellen met een lage spanning?

Voor je begint: veiligheid

Bij gelijkstroom met lage spanning bestaat er geen risico op een fatale elektrische schok. Dat geldt zeker voor systemen die op 12 volt (V) werken. Afhankelijk van de elektrische geleiding van je lichaam (en andere factoren) mag er tot 20-50V door je lichaam stromen vooraleer je het met je leven bekoopt.¹

Toch hebben laagspanning zonne-energieysystemen ook risico’s. De grootste gevaren zijn pijnlijke elektrische schokken (niet dodelijk), brand, ontplofte batterijen en schade aan onderdelen. Als je je aan een paar simpele regels houdt, hoef je je geen zorgen om te maken. In al mijn zonne-energie-experimenten de voorbije zeven jaar heb ik nooit brand veroorzaakt of een schok gevoeld (maar wel een paar onderdelen kapot gemaakt).

• Raak elektrische onderdelen nooit aan met natte handen.
• Raak nooit het ontblootte stuk van een positieve en negatieve draad tegelijkertijd aan. Je wordt deel van het elektrische circuit en krijgt een elektrische schok. Het is geen enkel probleem om één draad aan te raken. Hetzelfde geldt voor batterij-uitgangen: één aanraken kan, twee tegelijk niet.
• Verbind een positieve draad nooit met een negatieve draad. Dat veroorzaakt kortsluiting wat kan leiden tot een elektrische schok, schade aan onderdelen, brand of een ontplofte batterij. Gebruik verschillende kleuren voor positieve en negatieve draden en houd je daaraan.
• Stop altijd een zekering in je zonnesysteem.
• Zorg ervoor dat je kabels dik genoeg zijn.
• Verbind een zonnepaneel nooit rechtstreeks met een batterij. Gebruik een laadregelaar tussenin.
• Plaats een loodzuurbatterij nooit in een afgesloten container.

Voor je begint: laagspanning of hoogspanning?

Elektrisch vermogen (uitgedrukt in watt) staat gelijk aan stroom (in ampère) vermenigvuldigd met spanning (uitgedrukt in volt). Elektrisch vermogen (W) kan dus refereren naar een lage spanning (V) met een hoge stroom (A) of een hoge spanning met een lage stroom. Conventionele zonne-installaties voor thuisgebruik hebben altijd een transformator die de lage spanning (gelijkstroom) van een zonnepaneel omzet in de hogere spanning (wisselstroom) die door meeste apparaten gebruikt wordt. Je kan hetzelfde doen voor een klein zonnesysteem, maar het is beter om de transformator weg te laten en rechtstreeks met gelijkstroom en laagspanning aan de slag te gaan.²³ Dat is ook het type elektrische installaties dat je in auto’s, vrachtwagens, zeilboten, caravans en kampeerwagens vindt.

Vermogen (watt) = V (volt) x A (ampère)

De transformator weglaten heeft veel voordelen. In de eerste plaats maakt het de zonne-installatie goedkoper, want transformators zijn duur. Ten tweede verhoogt het de energie-efficiëntie van het hele systeem. Laagspanningsgelijkstroom omzetten naar hoogspanningswisselstroom kan tot 50 procent energieverlies met zich meebrengen in kleine zonnesystemen.

Hoogwaardige omvormers (“inverters”) kunnen meer dan 90% efficiënt zijn wanneer ze hun capaciteit volledig benutten. Wanneer de elektrische lading echter ver onder de maximumcapaciteit ligt van de transformator (wat vaak het geval is met kleine zonnesystemen), dan daalt de efficiëntie snel. Bovendien is er vaak extra energieverlies (5-15%) in het omzetten van AC naar DC omdat vele moderne toestellen intern op laagspanning werken. Dat energieverlies vindt plaats in de AC/DC-adapter van het toestel.

Hoogspanningswisselstroom (220-240V in Europa, 110V in de VS) is het resultaat van meer dan een eeuw gecentraliseerde energieproductie.² Elektriciteitscentrales die op fossiele brandstoffen draaien worden energie-efficiënter naarmate ze groter worden. In die zin is het logisch een aantal grotere centrales te bouwen en de energie te verdelen over een regio. Omdat energieverlies door weerstand evenredig is met het kwadraat van de stroom, zijn hoge spanningen de sleutel tot energie-efficiënte stroomoverdracht over langere afstanden.

Zonne-energie maakt deze aanpak overbodig. In tegenstelling tot een fossiele energiecentrale of een windmolen, hangt de efficiëntie van een zonnepaneel niet af van het formaat. Omdat de energie van zonnepanelen ter plekke gebruikt kan worden, is het bovendien niet nodig om zonne-energie om te zetten in hoogspanning en deze over grote afstanden te transporteren.

Je kan energieverliezen vermijden en een energie-efficiënter systeem creëren door een apparaat dat op gelijkstroom werkt rechtstreeks te koppelen aan een zonnepaneel. Praktisch gezien kan je hetzelfde toestel dan met een kleiner zonnepaneel van stroom voorzien, omdat er geen energieverlies is. Dit veronderstelt wel dat je toestellen met een laag voltage gebruikt. Je kan er bij gebrek aan alternatieven uiteraard voor kiezen af en toe een omvormer in te pluggen om een bepaald toestel te doen werken. Koop in dat geval geen te krachtige omvormer, want die moet op volle kracht draaien om efficiënt te zijn. Ik heb nog geen omvormers gevonden onder de 150 watt.

Voor je begint: heb je echt een batterij nodig?

De zon schijnt niet altijd. Vooral ’s nachts niet. Voeg je een batterij en een laadregelaar toe aan je zonnesysteem, dan kan je de verzamelde zonne-energie ook na zonsondergang gebruiken. Helaas zijn batterijen duur, kost de productie ervan veel energie, en hebben ze een korte levensduur.⁴ Batterijen zijn verantwoordelijk voor 80-90% van de totale kosten en geïnvesteerde energie over de gehele levensduur van een off-grid zonnesysteem.⁵ Ze introduceren ook laad- en ontlaadverliezen, die moeten worden gecompenseerd door grotere zonnepanelen. Voor loodzuurbatterijen, de meest kostenefficiënte optie, kunnen deze verliezen oplopen tot 20-30%.

Batterijen zijn verantwoordelijk voor 80-90% van de totale kosten en geïnvesteerde energie over de gehele levensduur van een off-grid zonnesysteem.

Deze handleiding is geen argument tegen energieopslag, die voor sommige toestellen zeker handig is. Maar vaak is het mogelijk een fotovoltaïsch zonnesysteem te bouwen zonder energieopslag. Zulke ‘directe’ zonnesystemen zijn goedkoper, sneller en eenvoudiger te maken. Met directe zonnestroom kan je overdag een waaier aan apparaten gebruiken, zelfs krachtige toestellen. Voorbeelden zijn elektrisch gereedschap en werkplaatsgereedschap, geluidssystemen en ventilatoren. Andere toestellen, zoals koelkasten, kooktoestellen en verwarmingssystemen, kunnen directe zonnestroom in combinatie met warmte- of koudeopslag gebruiken als goedkoop en duurzaam alternatief voor batterijen.⁶

Een deel van het geld dat je aan batterijen uitspaart, kan je uitgeven aan grotere zonnepanelen, waarmee je de stroomvoorziening vergroot bij minder optimaal weer. Een direct zonnesysteem kan dus perfect werken bij bewolkt weer, ook al werkt het niet tussen zonsondergang en zonsopgang. Deze aanpak werkt ook bijzonder goed voor het opladen van apparaten met batterijen, zoals smartphones, tablets, laptops, fietsverlichting, draagbaar elektrisch gereedschap en powerbanks. Je kan deze apparaten enkel overdag opladen, maar je kan ze na zonsondergang blijven gebruiken tot de batterij leeg is.

Het onderscheid tussen zonnepanelen met of zonder energieopslag is niet altijd heel duidelijk. Zo kun je bijvoorbeeld een zonnepaneel direct aansluiten op een USB-powerbank (met daartussen een DC-DC converter). Het systeem wordt dan een batterijopslagsysteem op basis van lithium-ion, waarbij gebruik wordt gemaakt van het energiebeheer dat al beschikbaar is in de powerbank. Als je draagbare LED-lampen oplaadt met batterijen, kan een zonnepaneel zonder batterijopslag ook ’s avonds licht bieden – een moderne benadering van de toorts.

Wat je nodig hebt: de onderdelen van een klein fotovoltaïsch systeem

Zonnepanelen zijn het belangrijkste onderdeel van alle systemen die we hier bouwen. Zonnepanelen zijn verkrijgbaar in verschillende spanningen, meestal 12V of 24V, soms 36V, 48V of hoger voor netgekoppelde systemen. Voor kleinschalige systemen is 12V of 24V wat je nodig hebt, vooral om mee te beginnen. Je vindt ook kleine zonnepanelen met spanningen onder de 12V.

Mensen vragen vaak welke zonnepanelen ze moeten kopen, maar veel advies kan ik niet geven. Je kan kiezen tussen mono- en polykristallijne zonnepanelen. De eerste zijn krachtiger en duurder, maar het verschil is klein. Bijna alle zonnepanelen worden in China gemaakt, waar je ze ook koopt.⁷ Een goed advies is om prijzen te vergelijken en er eentje te kopen dat niet uitzonderlijk goedkoop of duur is.

De andere onderdelen zijn afhankelijk van het type installatie dat je wil bouwen. Een zonne-installatie met batterijopslag heeft ook een laadregelaar en een batterij nodig. Voor een batterijloos, direct zonnesysteem is alleen een DC-DC converter nodig (of zelfs niet). Beide systemen hebben ook elektrische kabels, zekeringen en connectoren nodig. Optionele onderdelen zijn aan/uit-knoppen en meetinstrumenten.

Hoe verbind je zonnepanelen in serie en parallel?

Zonnepanelen kunnen individueel, in serie of parallel gebruikt worden. Wanneer je zonnepanelen parallel aansluit, blijft de uitgangsspanning gelijk, maar verdubbelt de stroomopbrengst. Dat is de meest voorkomende opstelling. Heb je (bijvoorbeeld) 50W aan zonne-energie nodig, dan kan je een zonnepaneel van 50W kopen of een aantal kleinere (2x25W or 5x10W) en die parallel opstellen.

Meerdere kleinere panelen kopen in plaats van één groot paneel is niet de goedkoopste optie, want kleinere zonnepanelen kosten meer per watt piekvermogen. Maar soms is het de enige manier om panelen te plaatsen waar je ze wil hebben. Mijn vensterbank is bijvoorbeeld te smal voor een zonnepaneel van 60W, maar ik kan wel drie zonnepanelen van 20W naast elkaar monteren. Het zou goedkoper en makkelijker zijn om één zonnepaneel van 60W te hebben met een formaat dat overeenkomt met mijn vensterbank, maar dat formaat is niet verkrijgbaar.

Wanneer je zonnepanelen parallel aansluit, blijft de uitgangsspanning gelijk, maar verdubbelt de stroomopbrengst.

Je kan zonnepanelen ook in serie opstellen. De uitgangsspanning verdubbelt, maar de stroomopbrengst blijft hetzelfde. Door zonnepanelen in serie te bedraden, kan je 24V-apparaten van stroom voorzien met 12V-zonnepanelen. Je kan natuurlijk net zo goed een 24V-zonnepaneel kopen. Je kiest best voor zonnepanelen van hetzelfde type, ongeacht of je ze in serie of parallel aansluit.

Je kan zonnepanelen ook serieel én parallel aansluiten. Zo kan je bijvoorbeeld twee groepen van drie 12V-panelen parallel aansluiten en de twee groepen vervolgens in serie met elkaar verbinden. Het resultaat is een 24V-systeem met de gecombineerde stroomopbrengst van drie zonnepanelen. Met batterijen kan je hetzelfde doen voor hetzelfde effect.

Hoe bouw je een zonnesysteem met batterij-opslag?

Als je een zonne-energiesysteem met batterijopslag bouwt, heb je een zonnelaadregelaar en een batterij nodig. De meeste off-grid zonne-installaties werken op loodzuurbatterijen. Voor draagbare zonnesystemen met batterijen is lithium-ion de meest praktische optie. In andere gevallen zijn loodzuurbatterijen nog steeds de veiligste en meest betaalbare optie. Ze vragen minder ingewikkelde laadsoftware dan lithium-ionbatterijen. Er zijn veel andere, minder vaak voorkomende batterijtypen, maar daar ga ik hier niet verder op in.

Laadregelaars

Koppel een zonnepaneel nooit rechtstreeks aan een batterij. Wil je zonne-energie voor later bewaren, installeer dan een laadregelaar. Een zonnelaadregelaar reguleert de uitgangsspanning van het zonnepaneel alnaargelang de spanning die de batterij nodig heeft in verschillende oplaadfases. De laadregelaar zorgt ook voor een stabiele 12V output van de batterij en legt het systeem stil wanneer de spanning onder een bepaald niveau zakt. De meeste zonnelaadregelaars hebben een optie-menu om die waarden aan te passen.

Er zijn honderden soorten zonnelaadregelaars. Naar mijn ervaring werken ze allemaal goed voor kleine zonnesystemen. De goedkoopste laadregelaars functioneren prima, maar ze moeten op de juiste spanning werken en voldoende capaciteit hebben). Duurdere laadregelaars (zoals MPPT) zijn niet de moeite waard voor kleinschalige systemen. Als je systeem met lithium-ionbatterijen werkt, heb je een andere, duurdere zonnelaadregelaar nodig. Als je handig bent met elektronica, kan je de regelaar ook zelf bouwen.⁸

Batterijen

Het type batterij dat je nodig hebt voor een kleinschalig zonnesysteem is een gesloten loodzuuraccu. Voor een zonnepaneel van 12V, heb je een 12V batterij nodig. Als je een 24V zonnepaneel gebruikt, heb je een 24V accu nodig. Draag goed zorg voor loodzuurbatterijen, want ze kunnen snel kapot gaan. Het is belangrijk dat hun spanning niet onder een bepaald niveau daalt en dat ze regelmatig volledig opgeladen worden. Bewaar een loodzuuraccu nooit gedurende langere tijd zonder opladen. Houd de batterij aangesloten op een zonnepaneel, zeker als je voor langere tijd op vakantie gaat.

Draag goed zorg voor loodzuurbatterijen, want ze kunnen snel kapot gaan.

Is de laadregelaar aan een zonnepaneel en batterij gekoppeld, dan zal de laadregelaar de accu loskoppelen als de spanning onder een bepaald niveau daalt (meestal 12V). Deze waarde kan je aanpassen in het menu. Je kan tot 11V gaan, ten koste van de levensduur van de batterij. Als je de batterij een langere levensduur wil geven, kan je de waarde ook hoger instellen, bijvoorbeeld op 12,2 of 12,5V. In dit geval zal je aan energieopslagcapaciteit inboeten.

Plaats een loodzuuraccu niet in een gesloten container. Plaats een zekering in de positieve draad tussen de accu en de zonnelaadcontroller, zo dicht mogelijk bij de batterij. Controleer de spanning met een digitale voltmeter. Als je meer wil weten over batterijen, is de Battery University een goed vertrekpunt.

Bedrading

Zonnelaadregelaars verbinden alle andere onderdelen van een zonnesysteem met energieopslag: de batterij, het zonnepaneel en de elektrische apparaten die je van stroom voorziet. Er steken zes draden uit een laadregelaar: twee naar de accu, twee naar het zonnepaneel en twee naar de elektrische belasting. Je moet de componenten altijd in de hieronder beschreven volgorde aansluiten.

1. Sluit de accu aan op de zonnelaadregelaar (accusymbool)
2. Sluit het zonnepaneel aan op de zonnelaadregelaar (zonnepaneelsymbool)
3. Sluit de elektrische belasting aan op de zonnelaadregelaar (lichtsymbool)

Om los te koppelen, ga je in tegengestelde richting te werk:

1. Ontkoppel de elektrische belasting van de zonnelaadregelaar (lichtsymbool)
2. Koppel het zonnepaneel los van de zonnelaadregelaar (zonnepaneelsymbool)
3. Koppel de accu los van de zonnelaadregelaar (accusymbool)

Sluit het zonnepaneel nooit aan op de laadregelaar als deze niet op de accu is aangesloten. Beschouw de batterij en de laadregelaar als één geheel. Voorkom dure fouten door na zonsondergang aan zonnesystemen te werken, of door de zonnepanelen overdag af te dekken.

Hoe bouw je een zonnesysteem zonder batterij-opslag?

Bij het gebruik van directe zonnestroom is er geen batterij of laadregelaar nodig. Het zonnepaneel is rechtstreeks op het gevoede apparaat aangesloten of heeft daartussen een DC-DC-omzetter. Sommige apparaten functioneren perfect met fluctuerende spanningen, zoals ventilatoren, pompen en andere apparaten met een gelijkstroommotor. Afhankelijk van de spanning zal de motor sneller of trager draaien. Ook verwarmingselementen kunnen op verschillende spanningen werken. Andere apparaten – zoals alle elektronica – hebben daarentegen een nauwkeurige en constante ingangsspanning nodig. Een DC-DC (“buck” of “boost”) omzetter is dan essentieel om die stabiele spanningsingang te bieden.

DC-DC-omzetters

Een DC-DC-omzetter is een elektronische module die de ingangsspanning van een zonnepaneel (of andere stroombron) omzet in een stabiele uitgangsspanning voor een apparaat, bijvoorbeeld 5V voor USB-gadgets en 12 tot 20V voor elektrisch gereedschap. “Step down” of “buck”-omzetters verlagen de uitgangsspanning ten opzichte van de ingangsspanning. “Boost” converters verhogen de spanning op een vergelijkbare manier. Een DC-DC-converter brengt energieverlies met zich mee, maar dat verlies is kleiner dan de verliezen van batterijen, omvormers en AC/DC-adapters.

Voor zonnesystemen zonder batterijopslag is het belangrijk te weten dat 12V-zonnepanelen meer dan 12V produceren. In volle zon zal de uitgangsspanning dichter bij 20V liggen. Hetzelfde geldt voor 24V-zonnepanelen, die een uitgangsspanning zullen hebben van ongeveer 32V. De 12V- of 24V-aanduiding refereert simpelweg aan het type accusysteem waarvoor je je zonnepaneel wil gebruiken. Wil je 12V-apparaten rechtstreeks op een zonnepaneel laten werken, dan heb je dus een DC-DC-module nodig die de 20V-instroom omzet in een stabiele 12V-uitstroom. Als je 5V-apparaten wil gebruiken, heb je een module nodig met een constante 5V-uitvoer.

Zorg ervoor dat je de juiste elektronische module hebt. De meest veelzijdige DC-DC converter accepteert een breed scala aan ingangsspanningen en zet deze om naar elke gewenste uitgangsspanning. Dit type DC-DC-converter kan rechtstreeks op een zonnepaneel worden aangesloten en kan alle apparaten van stroom voorzien, ongeacht de spanning waarop ze werken. Met dergelijke modules kan je de uitgangsspanning aanpassen door aan een klein schroefje te draaien of op een knopje te drukken. Sommige buck- en boost-omzetters hebben een klein digitaal scherm waarop de uitgangsspanning wordt weergegeven. Gebruik anders een multimeter om de uitgangsspanning aan te passen.

Andere DC-DC-converters hebben een nauwkeurige spanningsingang nodig en kunnen daarom alleen worden aangesloten op een stabiele spanningsbron, zoals een 12V-accu. Er zijn ook DC-DC-omzetters met een variabele ingangsspanning maar een vaste uitgangsspanning. Deze kunnen rechtstreeks op een zonnepaneel worden aangesloten. Zorg er in dat geval voor dat de uitgangsspanning overeenstemt met het apparaat dat je van stroom wilt voorzien.

Bedrading

Het aansluiten van een direct zonnesysteem zonder batterijopslag is eenvoudig. Is er geen DC-DC omvormer aanwezig, schroef dan de + en de - van het zonnepaneel op de + en de - van het toestel en zet er een zekering tussen. Voeg eventueel een aan/uitknop toe. Zorg ervoor dat het toestel dat je van stroom voorziet de juist spanning ontvangt.

Als het directe zonne-PV-systeem een ​​DC-DC-omvormer heeft, sluit je de plus en de min van het zonnepaneel aan op de plus en de min van de ingang van de DC-DC-omvormer. Verbind daarna de plus en de min van de uitgang van de DC-DC-converter met de plus en de min van het apparaat. Zet er een zekering tussen.

Bij sommige modules moet je de draden erop solderen, andere modules hebben schroeven of pluggen. Wanneer de DC-DC converter een variabele uitgangsspanning heeft, kan je het zonnepaneel voor verschillende soorten apparaten gebruiken door aan het kleine schroefje te draaien. Het alternatief is een controlepaneel bouwen dat apparaten met verschillende spanningen kan aandrijven.

Het formaat bepalen van je zonnepaneel, batterij en andere onderdelen

Alle componenten van een zonne-installatie moeten op elkaar afgestemd worden. Dat is veel makkelijker voor een zonnesysteem met directe aandrijving dan een zonnesysteem met batterijopslag.

Zonder batterijen

In een direct zonnesysteem is de keuze van het zonnepaneel niet moeilijk. Je stemt de stroomproductie van het zonnepaneel af op het apparaat dat je wil opladen of van stroom voorzien. Zonnepanelen bereiken echter zelden hun maximale stroomproductie, dus je kiest best een zonnepaneel met een vermogen twee zo groot als het vermogen van het apparaat dat je wil aansluiten. Als je het ook bij bewolkt weer wil laten werken, moet je het paneel nog groter maken. Lichte bewolking heeft weinig effect op de energieproductie, maar zware bewolking kan de productie quasi stilleggen.

Een laptop die je rechtstreeks op een zonnepaneel laat draaien, heeft tijdens het opladen veel meer stroom nodig dan wanneer de batterij volledig is opgeladen (of wanneer deze zonder batterij werkt). Een zonnepaneel kan groot genoeg zijn om een ​​laptop van stroom te voorzien, maar niet om diens batterij op te laden.

Met batterijen

De grootte van het zonnepaneel berekenen voor een PV-installatie met batterij is veel ingewikkelder. In dit geval komt er ook een extra uitdaging bij: het kiezen van het formaat van je batterij. Een zonne-energiesysteem met batterij heeft een groter paneel nodig om extra energie op te slaan voor de nacht en voor periodes van slecht weer. Je moet ook rekening houden met het lokale klimaat. In minder zonnige klimaten met grotere seizoensverschillen - zoals België en Nederland - heb je in de winter veel grotere panelen nodig om de accu’s op te laden. Bovendien bedragen de verliezen bij het laden en ontladen bij loodzuuraccu’s 20-30% en bij lithium-ionbatterijen ongeveer 10%.

Nachtelijke energieopslag

Bij het dimensioneren van een zonnepaneel voor een direct zonnesysteem moet je alleen maar naar het vermogen kijken.⁹ Bij een zonne-installatie met een batterij moet je ook berekenen hoeveel energie je nodig hebt. Het energieverbruik komt overeen met het vermogen vermenigvuldigd met de tijd. Wil je bijvoorbeeld na zonsondergang een verlichtingssysteem van 20 W nog 6 uur laten werken, dan heb je 6 uur x 20 watt vermogen = 120 wattuur energie nodig.

Energie (wattuur) = vermogen (watt) x tijd (uren)

Het juiste formaat vinden van de batterij en het zonnepaneel kan in eerste instantie lastig lijken. Om de grootte van de ene te berekenen, moet je immers de grootte van de andere weten, dus waar begin je? In het algemeen is het best om eerst te bepalen welk batterijformaat je nodig hebt. Als we ons aan bovenstaand voorbeeld houden, heb je een energieopslag nodig van 120 wattuur om de lampen 6 uur te laten branden.

Helaas mag je de batterijen niet volledig ontladen. Loodzuurbatterijen mogen niet onder de 50% van hun maximale capaciteit zakken, en lithium-ionbatterijen niet onder de 15%. Als je 120 wattuur opslagcapaciteit nodig hebt, heb je dus een loodzuuraccu van 240 wattuur nodig (of een lithium-ionbatterij van 138 wattuur). Ten tweede moet je rekening houden met de laad- en ontlaadverliezen, die minstens 20% (of 48 wattuur) aan het totaal toevoegen, wat neerkomt op een loodzuuraccu-opslagcapaciteit van 288 wattuur (10% voor lithium-ionbatterijen, 152 wattuur). Om het juiste formaat batterij te vinden, moet je deze waarde omrekenen naar ampère-uren, omdat de opslagcapaciteit van batterijen op die manier wordt gespecificeerd. Voor een loodzuuraccu van 12 V komt 288 wattuur overeen met een accuopslagcapaciteit van 24 Ampère-uur (Ah) (288/12=24).

Nu je de grootte van de accu kent, kan je het formaat van het zonnepaneel bepalen. Dat moet in ieder geval groot genoeg zijn om de accu bij helder weer op de kortste dag van het jaar volledig op te laden. Dat is een minimumvereiste omdat loodzuuraccu’s regelmatig volledig moeten worden opgeladen. Als je in een bewolkt klimaat woont, kan je het zonnepaneel beter zo groot maken dat de batterij ook bij matige bewolking volledig kan worden opgeladen. Als er overdag ook zonne-energie wordt verbruikt, moet je daar ook rekening mee houden en wordt de totale zonnepaneeloppervlakte opnieuw groter.

In het geval van loodzuurbatterijen begint de berekening met een waarde van slechts de helft van de batterijcapaciteit. Je ontlaadt de batterij immers nooit onder 50%, dus het zonnepaneel moet slechts 50% (of minder) van de opslagcapaciteit bijladen. Een batterij van 288 wattuur volledig opladen vraagt dus 144 wattuur stroom van het zonnepaneel.

Vervolgens begin je met een willekeurig formaat zonnepaneel en zie je wat dat geeft. In bovenstaand voorbeeld zal een zonnepaneel van 50 watt dat op halve kracht werkt (25 W) in minder dan 6 uur 144 Wh opleveren, wat genoeg is om een batterij volledig op te laden in de regio waar ik woon (Barcelona). Een paneel van 20 W dat op halve kracht draait, zou daarentegen 14,4 uren nodig hebben voor het hetzelfde resultaat. Dat is dus te klein, want zelfs in juni is de dag nooit zo lang.

Energieopslag bij slecht weer

Bovenstaande batterij-opslag is slechts voldoende om de nacht door te komen bij optimaal weer. Maar ze zal de lichten ’s avonds niet aan kunnen houden als het weer overdag tegenwerkt. Om dat op te lossen, vergroot je oftewel de batterij-opslag oftewel de oppervlakte van je zonnepaneel.

De meest efficiënte optie is om meer of grotere zonnepanelen te installeren en de batterij-opslag ongewijzigd te laten. Zonnepanelen zijn namelijk veel goedkoper en minder energie-intensief dan batterijen. Omdat het zonnepaneel groter is, zal de batterij ook onder een wolkenpak volledig opladen. Je hebt dan natuurlijk voldoende ruimte nodig voor grotere (of extra) zonnepanelen, wat niet altijd het geval is.

Wil je energiezekerheid vinden met een uitgebreider batterijsysteem, dan vermenigvuldig je de vereiste batterijcapaciteit met het aantal slecht-weer-dagen waarin je stroom nodig hebt. Heb je bijvoorbeeld een 24 Ah batterij nodig om de lichten een avond te laten branden, dan heb je een 3 x 24 Ah = 72 Ah batterij nodig om drie dagen zonder zonnestroom te compenseren.

Dit is een worst-case scenario en in plaats van opslagcapaciteit toe te voegen, kan je op die momenten ook je energieverbruik verlagen door minder lichten te gebruiken of door ze minder lang te gebruiken. De grootte van je batterij is altijd een compromis tussen energiezekerheid aan de ene kant en kosten (geld en energie) aan de andere kant. Je moet dus bereid zijn om op bepaalde dagen je energievraag aan te passen.¹⁰ Alleen fossiele brandstoffen bieden 100% energiezekerheid, tot ze op zijn natuurlijk.

Nadat je beslist hebt hoeveel extra batterijcapaciteit je nodig hebt, moet je het oppervlak van je zonnepanelen naar verhouding vergroten. Al die batterijen moeten immers opgeladen worden. Bereken zoals hierboven.

Online software

Ik heb al mijn kleinschalige zonne-installaties opgemeten door snelle berekeningen zoals hierboven en door te experimenteren. Maar je kan ook online rekensoftware gebruiken, zoals deze. Na het kiezen van het systeem (“off-grid”) en de lengtegraad, voer je de gegevens in van het geïnstalleerde PV piekvermogen (in Wp), batterijcapaciteit (in Wh), ondergrens waarbij batterij wordt afgekoppeld (in %), energieverbruik (in Wh), de hellingshoek (in graden) en azimut (in graden, de positie van het PV-paneel ten opzichte van de richting pal zuid). Als resultaat krijg je de gemiddelde dagelijkse energieproductie voor alle maanden van het jaar. Je kan dan spelen met de verschillende variabelen om te weten te komen wat je minimaal nodig hebt aan energieproductie en -opslag.

Andere onderdelen kiezen: laadregelaars, DC-DC-omzetters, kabels, connectoren & zekeringen

Eens je het paneel en - indien nodig - de batterij hebt gekozen, kan je alle andere onderdelen kiezen: laadregelaars, DC-DC-omzetters, kabels, connectoren, zekeringen en schakelaars. In dit geval gaat ‘grootte’ of ‘formaat’ niet zozeer over de werkelijke grootte, maar wel over de hoeveelheid vermogen (voltage en stroom) dat een component aan kan.

Laadregelaars en DC-DC-omzetters

Zowel laadregelaars (voor zonne-energiesystemen op batterijen) als DC-DC-omzetters (voor directe zonne-energiesystemen) moeten compatibel zijn met het voltage dat het zonnepaneel produceert. Gebruik je een zonnepaneel van 12V en een batterij van 12V, dan moet je laadregelaar ook op 12V werken. Gebruik je geen batterij voor je 12V zonnepaneel, dan heb je voor de DC-DC-omzetter een input nodig die overeenstemt met de voltage output van je zonnepaneel (19-20V in volle zon).

Produceert je zonnepaneel 3A stroom, dan heb je een DC-DC-omzetter of een laadregelaar nodig die minstens 3A stroom verdraagt.

Net zo belangrijk is dat beide componenten de hoeveelheid stroom (A) verdragen en daarvoor moet je weten hoeveel stroom je zonnepaneel produceert. Die informatie vindt je op de achterzijde van je paneel (of je meet het met een multimeter). Produceert je zonnepaneel bijvoorbeeld 3A stroom, dan heb je een DC-DC-omzetter of laadregelaar nodig die minstens 3A stroom verdraagt. Met twee van deze panelen parallel geschakeld, moeten je onderdelen 6A stroom aankunnen. De goedkoopste DC-DC-omzetters kunnen slechts 2 tot 5A aan en de goedkoopste zonnelaadregelaars maximum 5A. De prijs van beide componenten stijgt snel al naargelang hun stroomcapaciteit verhoogt.

Kabels

Elektrische bedrading is te koop in vele diameters. Zorg ervoor dat de kabels dik genoeg zijn voor de stroom die erdoor moet vloeien om een elektrische brand te vermijden. Elektrische laagspanningssystemen hebben kabels met een grotere diameter nodig dan hoogspanningssystemen, omdat er meer stroom doorheen vloeit. Het maken van de juiste keuze kan verwarrend zijn want er zijn verschillende standaarden, en geen enkele ervan is gemakkelijk te begrijpen.

De makkelijkste oplossing is om alle componenten te bedraden met een kabel met relatief grote diameter, zoals 20AWG (maximaal 11A) of 18AWG (max 16A). Kiezen voor een dikkere kabel bespaart kosten en werk als je je zonnesysteem later wil uitbreiden. Het enige nadeel van de dikkere kabel is dat deze duurder is. Een goedkope oplossing is om oude elektrische kabels te gebruiken van afgedankte toestellen. Je kan ze open snijden om de positieve en negatieve draad te ontbloten.

Zekeringen

De zekering is een essentieel veiligheidsonderdeel dat de elektrische stroom in het circuit onderbreekt als er iets fout gaat. Je kan een zonne-installatie bouwen zonder zekeringen, maar dan riskeer je een elektrische brand of schade aan onderdelen bij kortsluiting. Een zekering moet een maximum stroomcapaciteit hebben die net iets hoger ligt dan de piekstroom in je systeem. Bij kortsluiting stijgt de stroom en brandt de zekering door. Eens je het probleem hebt opgelost, kan je de zekering vervangen.

Een zekering moet een maximum stroomcapaciteit hebben die net iets hoger ligt dan de piekstroom in je systeem.

Als de maximale stroom in het systeem 5A is, zorg dan voor een zekering van 6A of 7A. Het zonnepaneel en de accu bepalen de maximale stroomproductie van het systeem. Maar let op: in een zonnesysteem op batterijen kan de stroom tussen de batterij en de elektrische belasting een stuk hoger liggen dan tussen het zonnepaneel en de batterij. Dit gebeurt wanneer je een toestel met hoog stroomverbruik aan je batterij verbindt (met of zonder de laadregelaar ertussen). In dat geval heb je dikkere kabels en zwaardere zekeringen nodig tussen de batterij en het apparaat dat je aandrijft.

Een zekering moet zo dicht mogelijk bij de energiebron liggen (het zonnepaneel of de batterij). Extra zekeringen kunnen ook toestellen beschermen tegen problemen met DC-DC-omzetters. Er zijn twee soorten zekeringen: de ouderwetse, die bestaat uit een kleine, glazen tube in een zekeringhouder, of de nieuwere soort: plastic kaartjes die iets makkelijker te vervangen zijn. Een stroomonderbreker kan een alternatief zijn voor een zekering.

Connectoren

Je hebt connectoren nodig om twee kabels te verbinden, bijvoorbeeld wanneer je een zekering aan je circuit toevoegt. Er zijn verschillende soorten. Soms moet je kabels in een connector schroeven, andere plugs werken zonder schroevendraaier. Je kunt de draden ook aan elkaar solderen.¹¹ Connectoren hebben vaak een maximale stroomcapaciteit van 10A of 20A, waardoor ze geschikt zijn voor de meeste kleinschalige zonne-energiesystemen.

Schakelaars

Schakelaars zorgen ervoor dat je je elektrisch circuit kan openen en sluiten. Ze zijn handig wanneer je stroom splitst om die naar bepaalde toestellen te sturen (maar niet naar anderen). Een eenvoudige schakelaar heeft één ingang een één uitgang (’enkelpolige’ schakelaar). Deze wordt, net als een zekering, in de positieve draad geplaatst. Aan-uitschakelaars die oplichten wanneer ze actief zijn, zijn iets ingewikkelder om aan te sluiten.¹²

Hoe bouw je een draagstructuur?

Het is verstandig je zonnepaneel op een draagstructuur te bevestigen. Dat maakt het gebruiksvriendelijker en biedt bescherming aan een object dat 30 jaar of meer moet meegaan. Commercieel beschikbare structuren voor zonnepanelen zijn vaak duurder dan de panelen zelf. Dat is een eerste reden om er zelf een te bouwen. Een andere reden is dat het je toelaat om de structuur volledig op maat te maken van een specifieke plek.

Er zijn veel manieren om een draagstructuur te bouwen, zowel voor stationair als mobiel gebruik. Ik beschrijf hieronder hoe ik mijn eigen systemen heb gemaakt, meestal op basis van afvalhout en metalen houtverbindingen. Je kan zonnepanelen ook bevestigen aan bestaande structuren, zoals een schildersezel, een oud bedframe of wat je ook maar kan vinden.

Hoe bevestig je het paneel aan de structuur?

Ik gebruik twee methodes om zonnepanelen aan dragers te bevestigen. Voor de eerste methode zoek ik stukken hout die ongeveer dezelfde dikte hebben als het paneel, schuif ze in het aluminiumkader en schroef ze vast in de vier voorgemaakte gaten (kleinere panelen hebben slechts 2 gaten). Idealiter past een houten stuk onder twee van die openingen, maar met vier aparte stukjes hout lukt het ook.

Vervolgens verbind je deze houten stukken met twee andere houten stukken die je gekruist over de eerste legt. Het zonnepaneel zit nu stevig vast op een houtstructuur. Plaats voldoende hout onder het zonnepaneel waar je de scharnieren gaat bevestigen (zie verder) die het zonnepaneel aan het onderste deel van de constructie bevestigen en waarmee je het in verschillende kantelhoeken kunt instellen.

Wees voorzichtig: zonnepanelen zijn delicaat. Wanneer je hout in het aluminium van het zonnepaneel bevestigt, moet je oppassen dat je schroef niet te lang is en het zonnepaneel doorboort. Zelfs het kleinste gaatje kan ervoor zorgen dat het paneel nooit meer werkt. Pas ook op dat er niets op je werkblad ligt wanneer je de voorzijde van het paneel neerlegt op een oppervlak, bijvoorbeeld om de houtstructuur achteraan te bevestigen. Als je te veel druk uitoefent en er ligt bijvoorbeeld een schroef onder je paneel, maak je het glas kapot.

Een andere methode is het bouwen van een kader rond het paneel, alsof het een schilderij is. De achterkant van het kader is een dunne houten plaat, aan elke zijde net iets groter dan het zonnepaneel. Je maakt een gat in het midden van de plaat om er de kabels door te trekken en aan de zijkant van het plakkaat bevestig je houten latjes, zodat het zonnepaneel ertussen past. Als laatste bevestig je kleine metalen of houten stukjes aan de voorzijde die ervoor zorgen dat het paneel op zijn plaats blijft. Vervolgens kan je een scharnier toevoegen en de bovenstructuur verbinden met een lagere draagstructuur.

Hoe verstel je de kantelhoek en de rotatie van het paneel?

Omdat de stand en oriëntatie van de zon gedurende de dag en het jaar variëren, maakt een zonnepaneel met een vaste positie geen optimaal gebruik van zonne-energie. Het zal alleen zijn maximale capaciteit genereren als de zonnestralen loodrecht op het paneel vallen.

De meest gebruikte systemen hebben zonnepanelen met een vaste hoek en richting. Kleinschalige zonnesystemen werken prima zo. Maar in tegenstelling tot zonnepanelen op daken, zijn kleine panelen meestal binnen handbereik en kan je een manueel mechanisme toevoegen zodat hun hoek en misschien zelfs hun oriëntatie tegenover de zon kan variëren. Je zou de hellingsgraad dan elk seizoen kunnen aanpassen, terwijl je het zonnepaneel een aantal keer per dag naar de zon draait. Dat kan allemaal automatisch, met elektronica, of manueel. Het manueel aanpassen van hellingshoek en oriëntatie is vooral handig bij het gebruik van directe zonnestroom, omdat je dan meestal aanwezig bent.

Het toevoegen van beide mechanismen bemoeilijkt het ontwerp van de draagstructuur. Meestal is een structuur met een variabele hellingshoek voldoende. Panelen in een bijna verticale positie kantelen is de sleutel voor voldoende zonne-energie in de winter, wanneer energietekorten het meest waarschijnlijk zijn.

De ideale hellingshoek van een zonnepaneel hangt af van het seizoen en de locatie. Dat kan je snel berekenen met online tools. Bijvoorbeeld in Brussel varieert de optimale hellingsgraad tussen 16 graden (verticaal vertrekpunt) in december en 62 graden in juni. Een vaste hoek van 50 graden is dan een compromis tussen winter en zomer.

Waar zet je het zonnepaneel?

Kleinschalige zonne-energiesystemen kunnen mobiel zijn of een vast plaats hebben. Je kan ze op vensterbanken, balkons, terrassen en binnenplaatsen installeren. Je kan ze in een rugzak stoppen en meenemen. Ze kunnen ook binnen staan, dicht bij een raam. Zo heb ik een paneel op mijn bureau voor het raam. Het is verbonden aan een batterij, laadregelaar en een ingebouwd lampje. Het werkt goed in de winter wanneer de zon laag aan de hemel staat en zonlicht diep in de kamer doordringt. Binnenskamers zonne-energie verzamelen is misschien niet het meest efficiënt, maar de structuur moet niet bestand zijn tegen wind en regen.

Hoe zet je de zonnepanelen op een veilige manier vast?

Het zonnepaneel mag uiteraard niet van de vensterbank of het balkon vallen. Bouw dus een stevige structuur, die bestand is tegen een storm. Ik heb mijn draagstructuren tussen het raamkader en een metalen houder voor plantenbakken geperst. Zonder deze houder zou ik de zonnepanelen waarschijnlijk nooit hebben durven installeren op de smalle vensterbanken. Je kan de basis van een draagstructuur ook verzwaren met stenen en ‘dode’ loodzuurbatterijen, zodat de wind er geen vat op heeft.

Zonnepanelen op balkons hebben minder kans om naar beneden te vallen. Toch is het belangrijk ze voldoende te verzwaren of vast te maken want zonnepanelen zijn goede windvangers. Ik heb twee grote structuren gebouwd, een voor een 30W zonnepaneel (die deze website van stroom voorziet) en een voor twee panelen van 50W, die energie leveren voor de woonkamer. De kleinere structuur is eveneens plantenbakhouder, en de grotere doet ook dienst als opslagkist vol spullen. Al mijn zonnepanelen - op de vierde verdieping van het gebouw - hebben intussen verschillende stormen doorstaan zonder schade.

Stroom splitsen en verschillende toestellen simultaan aandrijven

Wanneer je een zonne-energiesysteem hebt gebouwd, kan je er elektrische apparaten op aansluiten. Als de zonne-installatie slechts één doel heeft, sluit dan het elektrische apparaat aan op de zonnelaadregelaar, de DC-DC-omzetter of het zonnepaneel. Misschien wil je ook een schakelaar om het systeem aan en uit te zetten.

Maar misschien wil je ook een flexibeler systeem, waarbij je de stroom kan verdelen over verschillende toestellen om die tegelijkertijd of afwisselend te gebruiken. Dat is eenvoudig als alle toestellen op hetzelfde voltage draaien. Je hebt alleen een connector nodig met twee ingangen (een plus en een min) aan de ene kant en verschillende uitgangen aan de andere kant. Je kan eventueel nog een aan-uitknop toevoegen per circuit in plaats van (of bovenop) een schakelaar voor het hele systeem. Wil je toestellen gebruiken met verschillende voltages, dan moet je de stroom splitsen via verschillende DC-DC-omzetters naar de afzonderlijke stroomcircuits.

Het splitsen van stroom werkt voor directe zonne-installaties en voor zonne-energiesystemen met een batterij. Maar je bouwt ze een beetje anders. Wanneer je een accu en een laadregelaar gebruikt, is de uitgangsspanning een stabiele 12V of 24V. Als al je apparaten op 12V of 24V werken, kan je de stroom verdelen zonder een DC-DC-omzetter. Als je er ook een circuit in wil zetten dat een andere spanning nodig heeft (bijvoorbeeld 5V voor het opladen van USB-apparaten), kan je een DC-DC-converter gebruiken met een stabiele ingangsspanning (12V/24V) en een uitgangsspanning van 5V.

Gebruik je een zonnepaneel rechtstreeks, dan is de uitgangsspanning afhankelijk van de zonneomstandigheden. Bovendien is ze vaak hoger dan wat de apparaten nodig hebben. Als alle apparaten op dezelfde spanning werken, bijvoorbeeld 12V, installeer je een DC-DC-omzetter die een variabele ingangsspanning accepteert en de gevraagde uitgangsspanning produceert. Daarna splits je de stroom. Als de apparaten op verschillende spanningen werken, moet je de stroom eerst splitsen en vervolgens in elk circuit een DC-DC-converter plaatsen. Verdeel de stroom opnieuw als je een tweede uitgang wil met dezelfde uitgangsspanning.

Als je zonne-energiesysteem een ​​accu en laadregelaar heeft en alle aangesloten apparaten op dezelfde spanning werken, kan je ook typische 12V/24V-stekkers gebruiken. Je plugt ze in en uit afhankelijk van het apparaat dat je wil gebruiken. Als je meerdere stopcontacten hebt, kan je meerdere apparaten tegelijkertijd gebruiken.

Hoe voeg je meetinstrumenten toe?

Een zonne-installatie werkt perfect zonder meetinstrumenten, maar ze zijn handig om je systeem te begrijpen en te onderhouden. Ze helpen je ook de energie-efficiëntie te optimaliseren.

Accuspanningsmeter

Als je zonnesysteem met batterijen werkt, voeg dan een spanningsmeter (V) toe. Hoewel de meeste laadregelaars het voltage van de batterij tonen, moet je meestal op een knopje duwen om het te kunnen aflezen. Als je daarentegen een digitale spanningsmeter rechtstreeks aan de accu verbindt, weet je in een oogopslag wat de staat van de batterij is. Digitale spanningsmeters kunnen erg fel zijn, dus als je ze ’s nachts wil kunnen uitzetten, voeg dan een schakelaar toe.

Een accuspanningsmeter aflezen vraagt wat oefening. In principe mag het voltage nooit onder 12V zakken (24V in het geval van een 24V accu), maar de exacte opslagcapaciteit wordt pas weergegeven als er geen actieve stroomtoevoer is (het zonnepaneel werkt niet) en er geen elektrische belasting is (er is geen toestel aangesloten). Als je van de batterijmeter in deze situatie 12V afleest, laat je de batterij best niet verder ontladen om vroegtijdige veroudering te voorkomen. Lees je 12,9 of 13V, dan is de batterij volledig opgeladen. Naarmate de batterij verouderd, daalt die laatste waarde langzaamaan (12,6V is een typische waarde voor een volledig opgeladen oudere batterij).

Als je een elektrisch apparaat aanzet, daalt het voltage en geeft het niet langer de batterij-opslag weer. Als het zonnepaneel actief is, stijgt het voltage en komt dat ook niet meer overeen met het laadvermogen van de batterij.

In volle zon zal de batterij snel meer dan 13V meten. Sluit je ’s nachts een energievretend toestel aan de zonnelaadregelaar aan, dan kan het voltage van de batterij onder 12V zakken. Maar in beide gevallen kan de batterijopslagcapaciteit hetzelfde zijn, bijvoorbeeld 12,4V. Om de werkelijke opslagcapaciteit te weten, moet je het voltage dus ’s nachts nakijken zonder aangesloten toestellen. Het kan even duren voordat het voltage stabiliseert, dus neem je tijd om een exacte meting te maken.

Dat klinkt allemaal omslachtig, maar eens je je systeem leert kennen, kan je de opslagcapaciteit vaak meteen inschatten, ook als de batterij aan het op- of ontladen is. Als ik bijvoorbeeld de lichten aandoe in mijn bureau, dan daalt de batterijvoltage van 12,9 naar ongeveer 12,1V. Na een paar uur gebruik, is het voltage gedaald naar 11,7 of 11,8V. Maar als ik de lichten aan het einde van de avond weer uitdoe, stijgt de waarde terug naar 12,5 of 12,6V. Als de batterij overdag oplaadt, geeft de spanningswaarde de laadstatus aan. Wanneer de spanning bijvoorbeeld herhaaldelijk op en neer gaat (tussen ongeveer 13 en 15V), is de batterij volledig opgeladen.

Watt-, spannings-, en stroommeters

Andere praktische instrumenten zijn watt-, spannings- en stroommeters. Je kan ze tussen het zonnepaneel en de laadregelaar zetten, of tussen de laadregelaar en de elektrische belasting. In het eerste geval meten ze de stroom die het zonnepaneel produceert. In het andere geval meten ze de stroom die de elektrische toestellen verbruiken. De meeste zonnelaadregelaars nemen deze metingen op in hun menu, maar de navigatie is vaak omslachtig.

In een direct aangedreven zonnesysteem zonder DC-DC-omzetter zal het stroomverbruik van de elektrische belasting altijd gelijk zijn aan de stroomproductie van het zonnepaneel. Daarom volstaat één meetinstrument. Wanneer je daarentegen een DC-DC-converter gebruikt, kan je er een meetapparaat voor en achter plaatsen. Deze gegevens zullen de energieverliezen van de omzetter tonen.

Meetinstrumenten kunnen digitaal of analoog zijn. Ik kies voor digitale meters op de batterij omdat ze vanop een afstand zichtbaar zijn. V&A-meters die fluctuerende waarden weergeven, kunnen beide zijn. Wattmeters zijn lastig te vinden in de analoge versie.

Bedrading

Spanningsmeters worden parallel geschakeld. Zo verbind je bijvoorbeeld de positieve en negatieve draad van een voltmeter met de positieve en negatieve aansluitingen van een batterij. Digitale wattmeters hebben twee inkomende kabels en twee uitgaande kabels. Stroommeters zijn iets complexer, zie daarvoor de illustratie onderaan.

De meeste mensen kunnen beter overweg met watt dan met spanning en stroom. Maar al is een wattmeter een zinvolle toevoeging aan je zonne-installatie, het zijn de spanning- en stroommeters die je belangrijke informatie bieden als je op problemen botst. Een spanningsmeter is handig om controles uit te voeren, zeker in directe zonnestroomsystemen wanneer je bijvoorbeeld wil weten of een DC-DC-omzetter de juiste hoeveelheid spanning uitstuurt of als je wil weten hoeveel spanning je zonnepaneel produceert.

Stroommeters helpen je ook de energie-efficiëntie te optimaliseren. In een zonnesysteem op batterijen kan je met stroommeters aan beide zijden van de laadregelaar profiteren van zoveel mogelijk overtollige zonne-energie. Is de batterij bijna helemaal opgeladen, zal het zonnepaneel niet meer op volle kracht energie produceren en zal je de stroommeter zien dalen. Dat betekent dat je zonne-energie verspilt. Sluit je op dat moment een toestel aan op je systeem (of zet je een schakelaar aan in een van je circuits), dan zal je de stroommeter van zowel de elektrische belasting als van het zonnepaneel de hoogte in zien gaan. Als je vervolgens de limiet bereikt, gebruik je op dat moment alle stroom die het paneel produceert. Zo kan je een laptop opladen of elektrisch gereedschap gebruiken met energie die anders verloren zou gaan.

Controlepaneel en stopcontacten

Als je aan-uitschakelaars en meetinstrumenten toevoegt, is het handig om deze componenten op een controlepaneel te monteren.

Bekabel het hele systeem eerst zonder controlepaneel, zodat je zeker bent dat alles werkt. Haal het daarna weer uit elkaar. Meet dan alle onderdelen op en maak een schets voor je controlepaneel. Kies daarna je materiaal (karton, hout, metaal, plastic), maak alle gaten voor de schakelaars en de meetinstrumenten en plaats je onderdelen erin. Je kan nu alles opnieuw bedraden en een doos bouwen rondom het controlepaneel. DC-DC-omzetters kunnen achterin het paneel bevestigd worden, tenzij je de uitgangsspanning regelmatig wil aanpassen. Als je meetinstrumenten en schakelaars hebt, kan ook de laadregelaar naar achteren verdwijnen. Maar zorg ervoor dat je paneel makkelijk te openen is voor onderhoud, herstellingen en aanpassingen.

Denk ook aan je stroomuitvoer. Waar wil je je toestellen kunnen inpluggen, en wat voor connectoren ga je gebruiken? De 12V-tegenhanger van het stopcontact (de zogenaamde sigarettenaansteker-stekker) is het meest voorkomende type, maar er zijn alternatieven. Je kan ook apparaten aansluiten door de draden in een klemmenblok te schroeven of ze rechtstreeks op de stroomuitgang te solderen. Dat kan handig zijn voor een ledstrip, bijvoorbeeld. Uiteraard heb je dan een aan-uitschakelaar nodig om de verlichting uit te zetten.

Het grootste nadeel van laagspanningsstroom is het relatief hoge energieverlies tijdens de elektriciteitsoverdracht, vooral voor krachtige apparaten. Daarom horen de stopcontacten zo dicht mogelijk bij de rest van de zonne-installatie te liggen. Installeer daarom best meerdere, afzonderlijke systemen in plaats van een gecentraliseerde installatie met vele meters distributiekabels. Kies dikkere elektrische draden als je laagspanningsstroom over langere afstanden wil verdelen.³

Waar vind je apparaten die werken op gelijkstroom?

Het weglaten van een omvormer impliceert het gebruik van apparaten die op laagspanning en op gelijkstroom werken. Dat is niet zo ingewikkeld als het klinkt. Allereerst werken veel apparaten intern al op laagspanningsstroom: alle USB-apparaten, ledverlichting, andere elektronica en draadloze elektrische gereedschappen. Elk apparaat met een adapter – de tegenhanger van de omvormer – kan rechtstreeks op een laagspanningsnetwerk worden aangesloten simpelweg door het netsnoer te vervangen of aan te passen. Je kan bijvoorbeeld een laptop op laagspanning laten werken als je de standaardadapter vervangt door een 12V adapter voor in de auto.¹³ In de meeste situaties is het dus niet nodig om apparaten aan te passen.

In andere gevallen vergt het aanpassen van een apparaat op 12V/24V meer werk en kennis. Sommige toestellen – zoals digitale tv’s en LED-armaturen – hebben een AC/DC-adapter binnenin, waardoor je ze moet openen en componenten moet verwijderen. Of misschien moet je een AC-motor vervangen door een DC-motor. Het aanpassen en maken van laagspanningsapparaten is een te breed onderwerp om in deze handleiding in detail te bespreken. In toekomstige handleidingen zal Low-tech Magazine daar dieper op ingaan. Marie Verdeil heeft bijvoorbeeld een industriële ventilator omgebouwd om op 1V tot 24V te werken en tot 250 watt koelvermogen te leveren. Hij kan rechtstreeks door een zonnepaneel aangedreven worden (zie video) of via een batterij.

Tenslotte kan je een ruim assortiment aan commerciële 12V of 24V toestellen kopen die ontworpen zijn voor gebruik in auto’s, vrachtwagens, zeilboten en kampeerwagens. Dat gaat van een ventilator tot een waterkoker of koelkast. Helaas zijn deze toestellen vaak redelijk duur en niet altijd van goede kwaliteit. Ze zijn ook gemaakt om in erg kleine ruimtes te gebruiken en zijn dus meestal te compact om handig te zijn in ’normale’ huishoudsituaties. Over het algemeen is het beter om een al bestaand apparaat om te vormen of gewoon een nieuw toestel te bouwen.