Je wilt een zonnepaneel en een accu gebruiken om een tuinlamp te laten werken. Voordat je aan een dergelijk project begint, moet je nagaan of je de basiskennis elektriciteit kent en een aantal hulpmiddelen koopt die helpen bij de installatie.

 

Basis elektriciteit & zonnepanelen

Elektriciteit bestaat altijd uit positieve en negatieve energie. Een kabel bestaat daarom uit een bruine of rode (plus) en een blauwe (min) draad, en soms ook uit een geel-groene (aard) die gebruikt wordt voor stroomafleiding naar de aarde/grond bij bliksem of kortsluiting.

Er bestaat wisselspanning (AC) en gelijkspanning (DC). Wisselspanning komt uit het stopcontact; er wordt simpelweg razendsnel gewisseld tussen positieve en negatieve energie. Daarom maakt het ook niet uit op welke manier je een stekker in het stopcontact stopt.
Zonnepanelen leveren altijd een gelijkspanning. De meeste zonnepanelen leveren een spanning tussen de 17-30 volt. Dit is het voltage (V) en dat is weer te onderscheiden in nominale- en nullastspanning. De nominale spanning is het voltage dat het zonnepaneel levert bij normale omstandigheden. De nullastspanning is de spanning die wordt gehaald als het zonnepaneel in de volle zon staat, op de juiste schuine hoek (ongeveer 36° richting het zuiden) en aangesloten is op het systeem. De nullastspanning is altijd hoger dan de nominale spanning.
Voorbeeld: een zonnepaneel dat 17 volt nominale spanning levert, kan een nullastspanning van 23 volt bereiken.

Zonnepanelen bestaan altijd uit cellen (zonnecellen). Elke cel levert meestal ongeveer 0,5 volt en een bepaald wattage. Alle aan elkaar gekoppelde cellen (in serie en parallel) leveren de spanning. In een paneel van 100 Watt zitten bijvoorbeeld 36 cellen: het paneel levert dan 36 x 0,5 = 18 volt. Grotere panelen hebben meer cellen en dus ook een hoger voltage.

 

De meeste autonome (zelfvoorzienende) zonne-energiesystemen werken op 12 of 24 volt. Beide spanningen zijn 'aanraakveilig'; als je een ontblote kabel of een aansluiting van een (kleine) accu aanraakt, zal er niets gebeuren en zal je hoogstwaarschijnlijk ook zelfs niets voelen. Bij grotere accu's die een hogere stroom kunnen leveren zal je bij het aanraken van de pool misschien een schokje voelen. Dodelijk zijn deze extra lage spanningen eigenlijk nooit. Toch is het wel raadzaam bij werkzaamheden aan het systeem de spanning uit te schakelen (ook omwille van kortsluiting).

 

Het vermogen (Wattage; W) van een zonnepaneel wordt altijd weergegeven in Wattpiek (Wp). Dit is het maximaal haalbare vermogen dat gehaald wordt wanneer alle omstandigheden gunstig zijn, zoals een optimale hellingshoek van 36°, volle zon zonder bewolking en een temperatuur van de cellen niet hoger dan 15°C. Veranderen een of meer omstandigheden, dan levert het paneel dus minder Watt.

 

Je kunt met het voltage, het wattage en het aantal ampère (de stroomsterkte) gaan rekenen. Voor zekeringen bijvoorbeeld moet je weten hoeveel ampère er door het systeem gaat, want zekeringen zijn per ampère te verkrijgen.
Onthoud:
Volt = Watt / Ampère    (voorbeeld: 60 W / 5 A = 12 Volt)
Watt = Volt x Ampère    (voorbeeld: 12 V x 0,5 A = 6 Watt)
Ampère = Watt / Volt     (voorbeeld: 50 W / 12 V = 4,2 Ampère)

 

Soorten panelen & schakelingen
Er zijn drie soorten zonnepanelen:
1) Monokristallijn. Deze zonnepanelen geven vooral veel stroom bij directe zonne-instraling en dus bij onbewolkt weer. Ze zijn ook het duurst en hebben meestal een lichtere kleur blauw.
2) Polykristallijn/multikristallijn. Deze zonnepanelen leveren minder stroom bij volle zon dan monokristallijne, maar hebben een iets hoger rendement bij bewolkt weer. Ze hebben meestal een donkere kleur blauw en zijn goedkoper dan monokristallijn.
3) Amorfe/dunne film. Deze zonnepanelen zijn het donkerst en het goedkoopst. Daarentegen is het rendement lager en heb je dus meer nodig om dezelfde energieopbrengst te halen.

 

Het makkelijkst is om een zo groot mogelijk paneel te kopen. Dus heb je 100 Watt nodig, koop dan een paneel waarvan de waarde zo dicht mogelijk in die buurt ligt. Liever te veel dan te weinig. Zo voorkom je dat je panelen moet gaan koppelen; dit kost extra geconcentreerd werk en geld wat je beter achterwege kunt laten.
Het is daarentegen wel mogelijk om panelen met elkaar te koppelen. Doe dit alleen met panelen van hetzelfde merk en vermogen. Er zijn twee schakelmethoden:
- serieschakeling. Hierbij wordt de plus van het ene paneel gekoppeld aan de min van het andere paneel. Daardoor wordt de spanning hoger, maar blijft het vermogen hetzelfde. Dus twee panelen van 50 Watt, die elk 17 Volt leveren zullen bij koppeling ook 50 Watt leveren, maar 34 Volt. Deze manier van schakelen wordt vooral gebruikt bij netgekoppelde systemen. Omvormers vragen meestal een hoge invoerspanning. Het nadeel van dit systeem is dat er sprake kan zijn van schaduwval: staat één paneel in de schaduw, dan bepaalt die de eindspanning. Hierdoor verlies je dus opgewekte stroom.
- parallelschakeling. Hierbij worden de plussen van de panelen aan elkaar gekoppeld, en de minnen. Daardoor blijft de spanning hetzelfde, maar wordt het vermogen verhoogd. Dus twee panelen van 50 Watt, die elk 17 Volt leveren zullen bij koppeling ook 17 Volt leveren, maar 100 Watt. Schaduwval is bij parallelschakeling niet mogelijk.
Het koppelen zou kunnen met kroonsteentjes (wel die een grote stroom aankunnen!), maar het nadeel is dat de panelen hierdoor moeilijker losgekoppeld kunnen worden. Dat is wel handig als de panelen om welke reden dan ook het dak af moeten. Gebruik solarconnectors, die kant-en-klaar aan een stukje kabel vast zitten. Ik knip de uiteinden door en gebruik dan alsnog kroonsteentjes. Het is mij nog niet gelukt om losse connectors stevig aan de kabel te krijgen; hiervoor zou een tang nodig zijn die ruim 300 euro kost.

 

Veranderende spanningen & de accu

Het aantal Watt of Ampère kun je vermenigvuldigen met het aantal uur. Daarmee kun je berekenen hoeveel stroom een systeem verbruikt of hoeveel inhoud van de accu verbruikt is. Voorbeeld:
Een lamp van 5 W op 12 V (= 5/12 = 0,41 A), die 6 uur brandt:
> 5 W x 6 uur = 30 Wh (Wattuur)
> 30 Wh / 12 V = 2,5 Ah (Ampère-uur)   (of: 0,41 A x 6 = 2,5 Ah)

De inhoud van accu's wordt altijd vermeld in Ampère-uur (Ah).

 

De spanning van een zonnepaneel moet altijd hoger zijn dan de spanning van een accu om hem te kunnen laden. De laadregelaar zorgt ervoor dat de 17 Volt die een zonnepaneel levert wordt omgevormd tot een geschikte laadspanning voor een 12 volt accu. De laadspanning zal meestal tussen de 13,8 en 14,5 volt liggen. Bij zware bewolking en een bijna volle accu zal de laadspanning aan de lage kant liggen. Aan het eind van de dag, als de zon bijna onder en de accu volgeladen is, zakt de spanning tot 12,7 volt. Dit is de rustspanning, wat zeggen wil dat de accu deze spanning geeft als hij al enige tijd (+- 2 uur) niet meer geladen is en er geen verbruikers aangesloten zijn. De rustspanning geeft een indicatie over de laadtoestand van de accu (vol of leeg, halfvol, enz.). Zo betekent een rustspanning van 12,7 volt dat de accu vol is en 11,1 volt dat de accu nagenoeg leeg is.

De accu mag nooit helemaal leeg komen, want dan ontstaat onherstelbare schade. De laadregelaar zal de verbruikers daarom uitschakelen als de spanning onder de 11 Volt komt. De accu is in werkelijkheid dan dus nog niet helemaal leeg; er zit nog zo'n 20% van de capaciteit in. Van een 60 Ah accu is dus maar 48 Ah bruikbaar. In de winter, bij vrieskou, kan de accu 40% of meer vermogen niet geven. Een 60 Ah accu kan dan dus maar 36 Ah leveren, waarvan 24 Ah bruikbaar is. Een grote accu lijkt veel en is ook teveel voor in de zomer, maar voor gebruik in de winter is een grote capaciteit dus wel nodig.
Het is niet zo dat accu's altijd met hetzelfde ampèrage geladen worden. Wanneer de accu nagenoeg leeg is, zal de volle stroom de accu ingaan (meestal max. 10 Ampère per 100 Ah accu-inhoud). Naarmate de accu geladen wordt, neemt de laadstroom al snel af. Het kost dus meerdere uren om de accu volgeladen te krijgen. Met een grote capaciteit heeft de accu nog wat reserve. In de winter raakt de accu leger, maar vanaf januari worden de nachten alweer steeds korter en krijgt de accu meer tijd om volgeladen te worden.

 

Voor zonne-energiesystemen kunnen het beste gelaccu's worden gebruikt. Deze zijn onderhoudsvrij en bestaan - zoals de naam doet vermoeden - uit een gelachtige substantie. Gelaccu's kunnen vaak op- en ontladen worden en kunnen in gekantelde posities ingebouwd worden. De rest van de tekst is gebaseerd op de gelaccu's.

 

De laadspanning van de accu wordt geregeld door de laadregelaar. De omgevingstemperatuur speelt daarbij een grote rol. Als het vriest, zal de laadspanning rond de 14,7 volt of hoger liggen. Bij kamertemperatuur komt de laadspanning nooit boven de 14,4 volt. De laadspanning verandert dus als de omgevingstemperatuur ook verandert. Als een accu (bijna) leeg is, zal hij met een grote stroom (ampèrage) worden geladen. Als de accu (bijna) vol is, gaat het ampèrage naar bijna 0. De laadspanning moet altijd goed zijn. Een te hoge of te lage spanning kan de accu kapot maken.
Er moet altijd voorkomen worden dat de accu te lang leeg staat. Daarmee kan de accu gaan sulfateren, waarbij kristalvormen ontstaan die zich hechten aan de loodplaten. Daardoor verliest de accu vermogen, en zo lijkt hij (te) snel vol of leeg te zijn. Als een gelaccu langer dan een maand (bijna) leeg is, levert dit blijvende schade op. Het is goed voor de accu als hij regelmatig tot vol geladen wordt.

 

Veiligheid

De plus- en mindraad mogen nooit tegen elkaar komen als er bij beide stroom op staat, want dan ontstaat kortsluiting (vonken) waarbij de maximaal leverbare energie in één klap vrijkomt. Niet voor niets waarschuwt men dan ook voor een groot risico op brand. Als dit bij of in de buurt van een accu gebeurt, bestaat er ontploffingsgevaar.
Daarom moet je altijd controleren bij werkzaamheden aan het systeem of er geen spanning meer staat op de kabels of aansluitingen. Ook moet je kunnen controleren of de accu op de juiste laadspanning staat. Daarbij is een voltmeter erg handig en noodzakelijk. Met een plus- en minpen kun je overal op spanning controleren. Let er wel op dat de meter ingesteld staat op volt (V) en gelijkspanning (DC).
Bij Conrad is een dergelijke meter te koop vanaf € 20. Ook kun je er het ampèrage mee berekenen (let op: bij het contact maken ontstaat hierbij een (kleine) vonk).
De Voltcraft VC130 (alleen bij Conrad verkrijgbaar)