<< Terug naar overzicht Energy Storage System

<<<<   Terug naar index van Dick's website.eu

De Accu's

Waarom ik loodaccu's gebruik:

Verschillende fabrikanten hebben systemen voor de opslag van zonne-energie.
Veel van die systemen maken gebruik van een lithium-ion accu voor de stroom opslag.
Maar persoonlijk hebben die niet mijn voorkeur vanwege het mogelijke brandgevaar van lithium-ion accu's.
Misschien is dat risico maar heel klein, maar ik wil dat risico helemaal niet in huis.

Mijn voorkeur ging uit naar opslag in loodaccu's.
Die hebben weliswaar een veel groter gewicht en volume dan lithium-ion accu's, maar dat vind ik voor deze toepassing geen bezwaar.
Ze zijn ook eenvoudig en vrijwel volledig te recyclen.
En sowieso spreekt de eenvoud van de loodaccu me aan, gewoon een betrouwbaar soort accu, die al meer dan 100 jaar zijn diensten bewijst.
In het geval van een AGM loodaccu (die ik gebruik), heb je er tijdens de levensduur van de accu nauwelijks omkijken naar.

Soorten loodaccu's.

Binnen de groep loodaccu's zijn er verschillende soorten:
Open (of natte) accu's; deze hebben een vloeibaar elektrolyt.
Deze hebben als belangrijk nadeel dat ze tijdens het laden waterstof en zuurstof produceren welke uit de accu ontsnapt.
Dit gasmengsel is zeer explosief, en niet iets wat ik in mijn huis wil hebben.
Open accu's mogen alleen gebruikt worden in ruimten waar voldoende ventilatie naar buiten is.

Gesloten accu's, hier komt tijdens normaal gebruik geen (althans zeer zeer weinig) gas uit, en kunnen daardoor goed binnenshuis toegepast worden.
Als de laadspanning en laadstroom te hoog zijn kunnen echter ook gesloten accu's explosief gas gaan uitstoten, wat dan via een veiligheidsventiel ontsnapt.
Het is dus zaak dat de lader de spanning en stroom binnen de voorgeschreven grenzen houdt.
Gesloten accu's worden ook wel aangeduid als: VRLA accu (Valve Regulated Lead Acid accu).
Binnen de gesloten accu's heb je onder andere de volgende soorten:
-Gel accu, waar het elektrolyt als een gel (pasta) tussen de loodplaten zit.
-AGM accu, waarbij het elektrolyt is geabsorbeerd in een glasvezelmat tussen de loodplaten (AGM = Absorbed glass mat).

De AGM accu is beter in staat om hoge stromen te verwerken dan de gel accu.
Om die reden is mijn keuze gevallen op het gebruik van AGM loodaccu's.
Gesloten accu's zijn onderhoudsvrij, je hoeft nooit het elektrolyt bij te vullen zoals bij open accu's het geval is.
En als je wil kun je de gesloten accu's op zijn kant plaatsen, het elektrolyt zal er niet uit lopen.
Heel veel informatie over de verschillende soorten loodaccu's is te vinden in dit boek: "Altijd stroom".
Het is op de volgende website van Victron Energy te downloaden (ook in het Nederlands): https://www.victronenergy.nl/orderbook .
Zeker een aanrader om een goed zicht te krijgen op het correct gebruik van loodaccu's.

Hoeveel accucapaciteit heb je nodig?

Om te beginnen heeft de gebruikte omvormer / lader een aanbevolen accucapaciteit.
Bij de "Multiplus II 48/3000/35-32" die ik gebruik, is de aanbevolen accucapaciteit 100 tot 400 Ah (bij 48 volt).

Om een beeld te krijgen hoeveel accucapaciteit zinvol is, kun je dagelijks de standen van de elektriciteitsmeter noteren, zowel van wat je aan elektriciteit inkoopt, als wat je teruglevert aan het net.
Als je in de zomer elke dag zo'n 4 kWh inkoopt voor het stroomgebruik in de avond / nacht, en de zonnepanelen leveren dagelijks minstens 4 kWh terug aan het net, dan zou je kunnen kiezen voor een accu die minstens 4 kWh kan opslaan.
Als je wat meer zonnepanelen hebt, kun je kiezen voor meer accucapaciteit, en proberen ook in het voorjaar en najaar genoeg opslag in de accu te hebben om de hele dag op zonne-energie te draaien.
Het is natuurlijk ook een kwestie van aanschafkosten, de accu's zijn de grootste kostenpost in het systeem, en het is maar net wat je er aan wil uitgeven.

Deze grafiek geeft aan welke percentage van je stroomverbruik je direct gebruikt van de zonnepanelen of van de accu, bij een bepaalde combinatie van paneelvermogen en accucapaciteit.
Het geeft dus aan hoeveel elektriciteit je nooit hoeft in te kopen van de energiemaatschappij.
Als de grafiek de 100% zou bereiken, dan hoef je nooit meer stroom in te kopen.
Alleen in de praktijk haal je die 100% niet, althans niet in Nederland, in de winter heb je vaak tekort aan zonne-energie, en moet je elektriciteit inkopen.

Zelf heb ik gekozen voor een accu die 3 kWh kan leveren indien hij volledig geladen is.
Achteraf gezien had ik wel wat meer accucapaciteit willen hebben, bijvoorbeeld één die minstens 5 kWh kan opslaan.
Aan de andere kant was dit mijn eerste ervaring met een opslagsysteem voor zonne-energie, en wilde niet meteen heel veel geld steken in iets waarvan ik nog niet wist hoe het me zou bevallen.



Deze grafiek toont de elektriciteit die ik per week heb ingekocht van de stroommaatschappij.
In 2017 had ik het Energy Storage System nog niet, we zien dat in de zomer er toen ongeveer nog 20 kWh per week ingekocht werd.
In 2022 was het Energy Storage System wel in bedrijf, en werd er in de zomer veel minder stroom ingekocht per week.
Toch kwam de hoeveelheid ingekochte energie niet helemaal op nul te liggen in de zomer van 2022.
Dit is niet altijd het gevolg van een lege accu, maar het kan ook zijn dat er op sommige momenten veel vermogen gebruikt wordt in huis, meer dan de batterij omvormer + zonnepanelen kunnen leveren, het resterende benodigde vermogen wordt dan alsnog via het lichtnet in huis gehaald.

Voor de winterperiode kunnen we niet zoveel conclusies trekken uit de grafieken van de stroom die via het lichtnet het huis in komt.
Dit omdat het stroomgebruik dan erg afhankelijk is van de buitentemperatuur, vanwege een warmtepomp die een deel van het huis verwarmt.

Tevens is voor het jaar 2022 de aan het lichtnet terug geleverde stroom in de grafiek weergegeven.
Daar is te zien dat in de winter er ook nog wel eens een paar kWh per week aan het lichtnet terug geleverd worden.
Het hoeft niet zo te zijn dat de accu op zo'n moment al helemaal vol geladen is, het kan ook zo zijn dat op een zonnig moment de zonnepanelen meer vermogen leveren dan het maximale laadvermogen van de accu plus het stroomgebruik in huis.
Het restant van de zonne-energie gaat dan alsnog het lichtnet in, in plaats van in de accu.



Sun Power VR M accu van Hoppecke.

Niet elke AGM loodaccu is even geschikt om een dagelijkse cyclus van laden en ontladen te doorlopen, een standaard AGM loodaccu kan dan al na een beperkt aantal cycli (bv 500 tot 1000 keer) versleten zijn.
De door mij gekochte accu's zijn van het type: Sun Power VR-M 12-150 van het merk: Hoppecke.
Deze AGM loodaccu's zijn speciaal ontwikkeld voor opslag van zonne-energie.
Ze hebben een hoog aantal laad / ontlaad cycli, en kunnen een hoge laadstroom aan.
Vier van deze 12 volt accu's zijn in serie geschakeld om aan de benodigde 48 volt systeemspanning te komen.
Voor wat betreft opslag van zonne-energie in AGM loodaccu's, is de Sun Power VR M serie één van de betere accu's, waar je dan ook een aardige prijs voor moet betalen.
Maar de specificaties zijn dermate goed, dat die prijs het waard is.

 

Overzicht van leverbare accu's uit de "Sun/Power VR M" serie van Hoppecke.

De capaciteit van de Sun/Power VR M 12-150, is ongeveer 150 Ah bij 50 uur ontlaadtijd (C₅₀).
Bij kortere ontlaadtijd daalt de capaciteit, bij 10 uur ontlaadtijd (C₁₀) is de capaciteit 133 Ah, en dat is de capaciteitswaarde die ik instel in het Energy Storage System.
Die 10 uur ontlaadtijd geldt voor 100% ontlaaddiepte, maar ik ontlaad de accu's niet dieper dan 50%, dus bij diezelfde ontlaadstroom kom je dan op 5 uur ontlaadtijd, wat redelijk overeenkomt met hoe ik de accu's gebruik.
Als ze volledig geladen zijn, bevatten de accu's 48 volt x 133 Ah = 6384 Watt-uur.
Maar omdat het ontladen beperkt wordt tot 50%, is maar de helft, dus iets meer dan 3 kWh beschikbaar voor gebruik uit een volle accu.
Voor de levensduur van een loodaccu is het beter om niet dieper te ontladen dan 50%.
Mocht je de accu toch dieper gaan ontladen, bijvoorbeeld tot 80%, dan is het zeer belangrijk om hem direct daarna weer op te laden, anders verkort het sterk de levensduur van de accu.
En aangezien dit "direct opladen" niet gegarandeerd kan worden bij een systeem dat door zonne-energie wordt geladen, beperken we het ontladen tot 50%.

De grafiek toont het aantal laad en ontlaad cycli tijdens de levensduur van de accu, als functie van de ontlaaddiepte (Depth of discharge).
Als dit aantal laad en ontlaad cycli is bereikt, is de accucapaciteit afgenomen tot 80% van de oorspronkelijke waarde.
Bij nog vaker laden / ontladen zal de accucapaciteit snel verder afnemen, de accu is dan toe aan vervanging.
Des te dieper je de accu ontlaadt, des te korter is de levensduur.
Bij 50% ontladen haalt deze accu ongeveer 2500 laad en ontlaad cycli.
Als we rekenen met 1 cyclus per dag, zou de accu ongeveer 6,8 jaar meegaan.

Maar ook als je de accu (bijna) nooit ontlaadt, heb je sowieso te maken met een levensduur van maximaal zo'n 20 jaar voor dit type accu.


Vier stuks Sun/Power VR M 12-150 accu, opgesteld in mijn keldertje.


Warmtebeeld van de accu's na 2 uur laden met 20 ampère.
Het koudste punt in de ruimte (keldertje) is 17 °C.
Bovenzijde accu is 19 °C.
Het warmste punt, tussen twee accu's (kleur wit), is 21 °C.
Dus de accu's warmen maar een klein beetje op tijdens het laden.

Als je andere accu's gebruikt die veel meer opwarmen tijdens het laden, kan het nodig zijn om een temperatuursensor op de accu toe te passen, en de laadspanning aan te passen aan de accutemperatuur.
Zelf gebruik ik geen accu temperatuursensor.


De laad en ontlaad parameters.

Om de accu op de juiste wijze te laden en te ontladen, hebben we enkele gegevens nodig.
De volgende afbeelding komt uit de gebruiksaanwijzing van de accu's.



De rood omcirkelde gegevens zijn voor ons van belang.
 

Het laden.

Het laden van de accu gebeurt in 3 fasen:

1. "Bulk" fase
De accuspanning is lager dan de absorptie spanning (in mijn geval is de absorptie spanning 2,4 volt per cel, zie bovenstaande tabel).
Alle beschikbare stroom van de zonnepanelen wordt in de accu gepompt, waarbij er wel een maximale stroom is ingesteld die de lader kan leveren (in mijn geval staat die op 20 ampère).
De accuspanning loopt langzaam op richting de absorptie spanning (van 2,4 volt per cel).

2. "Absorption" fase
De accuspanning heeft de absorptie spanning bereikt, de accu is dan voor ongeveer 90% geladen.
De accuspanning loopt niet verder meer op.
De absorptie fase heeft een maximale tijdsduur welke volgens de specificatie van de accu is ingesteld op 180 minuten.
De stroom welke de accu op neemt zal langzaam afnemen.
Aan het einde van de absorptie fase is de laadstroom van de accu maximaal nog maar ongeveer 1 ampère, meer stroom wil er niet in.
Aan het einde van de absorptie fase kunnen we accu als 100% geladen beschouwen.
De absorptie fase is bedoeld om binnen korte tijd, door middel van een iets hogere spanning, de laatste 10% van de capaciteit in de accu te krijgen.

3. "Float" fase
De lader verlaagt zijn spanning tot de "Float" spanning, volgend de accuspecificatie is die ingesteld op 2,25 volt per cel.
De stroom welke de accu opneemt zal nog iets verder afnemen.
De float spanning houdt de accu volledig geladen.

Zodra de energie van de zonnepanelen onvoldoende is om het huis van stroom te voorzien, zal de accu gaan ontladen, en gaan meehelpen om het huis van energie te voorzien.

In principe is er nog een 4e fase in het laadproces mogelijk, de "Storage" fase, waarbij de spanning uit de lader nog iets verder omlaag gaat naar 2,2 volt per cel.
De Storage fase zou in gaan, één dag na het begin van de float fase, en is bedoeld om de accu langdurig in geladen toestand op te slaan.
In een opslagsysteem voor zonne-energie waar je elke avond / nacht de accu gaat ontladen komt de storage fase in de praktijk echter niet voor.

Aangezien mijn systeem op 48 volt werkt, dus 24 accucellen in serie, moeten we alle spanningen met 24 vermenigvuldigen.
Absorptie spanning van 2,4 volt per cel wordt: 57,6 volt.
Float spanning van 2,25 volt per cel wordt: 54,0 volt.
Deze spanningen zijn met VEconfigure in het systeem ingevoerd.

Het ontladen.

Over DOD en SOC.

Voor de accu wordt in de specificatie een "Depth of Discharge" (DOD, ofwel ontlaaddiepte) aanbevolen van 50%.
Bij de Victron apparatuur moeten we echter geen DOD, maar een een "State of Charge" (SOC, ofwel laadtoestand) invullen.
En DOD en SOC zijn niet hetzelfde, eerder elkaars tegengestelde.
Een volledig geladen accu heeft een SOC van 100 %, en een DOD van 0 %.
SOC en DOD zijn samen altijd 100%.
Een DOD van 50% komt dus overeen met een SOC van 50%.
In de "Remote Control" is daarom op het scherm: "Device list - Settings - ESS" een Minimum SOC van 50 % ingevuld.


De minimale ontlaadspanning van de accu.

Bij het ontladen van de accu wordt ook de accuspanning in de gaten gehouden.
Zodra de accuspanning te laag wordt, zal het ontladen stoppen, ook als de minimale SOC nog niet is bereikt.
De accuspanning waarbij het ontladen moet stoppen, is geen vaste waarde, maar is afhankelijk van de ontlaadstroom.
Bij een hoge ontlaadstroom mag de accuspanning wat verder dalen dan bij een lage ontlaadstroom.

In de specificatie van de accu lezen we over de minimale ontlaadspanning:
2,01 volt / cel bij I <= 0,16 x I₁₀
1,90 volt / cel bij I >= 4 x I₁₀
En een lineaire interpolatie bij: 0,16 x I₁₀ <  I < 4 x I₁₀.

I₁₀ is de ontlaadstroom die hoort de capaciteit C₁₀ (de accucapaciteit bij volledig ontladen in 10 uur).
I₁₀ (in ampère) = C₁₀ (in ampère-uur) / 10 (uur).

De spanningen gaan we ook omrekenen naar 24 cellen in serie, en we krijgen voor de minimale ontlaadspanning van de accu:
2,01 volt x 24 bij I <= 0,16 x C₁₀ / 10
1,90 volt x 24 bij I >= 4 x C₁₀ / 10

Voor 24 accu's in serie komt de minimale ontlaadspanning volgens de specificatie van de Sun Power VR M accu daarmee op:
48,24 volt bij I <= 0,016 x C₁₀
45,6 volt bij I >= 0,4 x C₁₀

Het zou makkelijk zijn als we deze waarden direct konden invoeren in het Energy Storage System.
Maar zo simpel is het niet, want daar moeten we (in VEconfigure) de minimale ontlaadpanning opgeven bij andere stroomwaarden, namelijk bij:
I = 0,005 C
I = 0,25 C
I = 0,70 C
I = 2 C
De waarde "C" is daarbij de accucapaciteit, en aangezien ik de C₁₀ waarde van de accu heb ingevoerd als accucapaciteit moeten we de minimale accuspanning bepalen bij:
I = 0,005 C₁₀
I = 0,25 C₁₀
I = 0,70 C₁₀
I = 2 C₁₀
 

Met behulp van Excel heb ik een grafiek gemaakt met de specificatie van de accu, dat is de blauwe lijn die je hieronder ziet.


Daarna heb ik een tweede grafieklijn toegevoegd (de rode), waarvan de punten bij 0,005 C₁₀ en 0,25 C₁₀ en 0,70 C₁₀ zodanig zijn gekozen dat ze de blauwe lijn overlappen.
Althans t/m een stroom van 0,4 x C₁₀ volgen de grafieken redelijk het zelfde traject, en dat is ook het gebied waar de ontlaadstroom zich doorgaans bevindt.
Bij 0,4 x C₁₀ is de ontlaadstroom al (0,4 x 133 = ) 53,2 ampère, wat een vermogen van zo'n 2500 Watt is, en dat is ook het vermogen dat de Multiplus II ongeveer continu kan leveren.
Alleen voor kortere tijd (enkele seconden) kan de Multiplus II nog wel meer vermogen leveren en meer stroom trekken, maar voor zo'n korte tijdsduur maak ik me geen zorgen dat de accuspanning misschien even onder zijn minimum gespecificeerde waarde komt.

De rode grafieklijn is opgebouwd uit de volgende punten:
48,28 volt bij 0,005 C₁₀
46,62 volt bij 0,25 C₁₀
43,52 volt bij 0,7 C₁₀
43,52 volt bij 2 C₁₀
Deze waarden zijn in principe universeel bruikbaar voor elk systeem dat gebruik maakt van Hoppecke Sun Power VR M accu's in combinatie met een Victron Multiplus II, ongeacht de accucapaciteit.
Maar we moeten er nog één ding aan toe voegen, en dat is een compensatie voor het spanningsverlies in de aansluitkabels, en die waarde kan voor elk systeem verschillen.

De accu's zitten met kabels verbonden met de + en - aansluiting van de multiplus II, we gaan de weerstand van die kabels bepalen.
Eerst de totale kabellengte bepalen, inclusief de korte verbindingskabels waarmee de accu's onderling verbonden zijn.
Bij mij is de totale kabellengte 6,64 meter, en de kabeldikte is 35mm² voor alle kabels.
Een koperkabel van 35 mm² heeft een weerstand van 0,4886 mΩ per meter.
Dus de kabelweerstand is 6,64 x 0,4886 = 3,244 mΩ.

In de kabel is ook een 125 A zekering opgenomen, die volgens de datasheet een weerstand heeft van 0,37 mΩ.

En er is een accuschakelaar waarvan ik geen gegevens heb over de interne weerstand.
Wel is bekend dat deze schakelaar een continue stroom van 300 ampère aan kan.
Als ik de weerstand van deze schakelaar nu eens inschat op 0,2 mΩ , dat zou er bij 300 ampère een vermogensverlies van 18 Watt optreden in de schakelaar.
Dat lijkt me wel een enigszins redelijke waarde, er van uit gaande dat je zo'n zware schakelaar met hele dikke koperkabels aansluit die de geproduceerde warmte goed afvoeren.
Maar misschien zit ik er wel helemaal naast met mijn inschatting.

De totale verliesweerstand wordt dan:
    Kabels:       3,244 mΩ.
    Zekering:     0,370 mΩ.
    Schakelaar: 0,200 mΩ.
        Totaal:     3,814 mΩ.
 

In deze tabel een berekening van het spanningsverlies tussen accu en Multiplus II.
Het spanningsverlies is de stroom in ampère maal de verliesweerstand.
Als we het spanningsverlies aftrekken van de minimale accuspanning, krijgen we de minimale ingangsspanning van de Multiplus II.
De laatste colom geeft de minimale spanning die we overhouden op de ingang van de Multiplus II, en deze waarde zijn met VEconfigure ingevoerd in het systeem (in het veld "Assistant configuration", en dan "Start assistant").
 

<< Terug naar overzicht Energy Storage System

<<<<   Terug naar index van Dick's website.eu