Juli/Augustus 2024
Wat te doen tegen conversieverliezen DC naar AC?
De verliezen die optreden bij het omzetten van DC- naar AC-spanning zijn lange tijd voor lief genomen. Nu er steeds meer pv-panelen komen en het aantal thuisaccu’s toeneemt, groeit ook de behoefte om deze verliezen binnen de perken te houden. Waar liggen kansen voor verbetering en wat levert het uiteindelijk op?
Gelijkspanning wordt steeds populairder en raakt steeds meer geaccepteerd. Overstappen op gelijkspanning is ook steeds makkelijker, omdat pv-panelen het direct produceren, thuisaccu’s het een-op-een kunnen opslaan en het aantal apparaten dat op gelijkspanning draait, toeneemt. Anderzijds is de laatste groep nog sterk in de minderheid ten opzichte van AC-apparatuur. De cv-ketel, de (vaat)wasmachine, de magnetron, de koelkast, tal van andere huishoudelijke apparaten en gereedschappen hebben voorlopig nog wisselspanning nodig. Dat betekent dat er nog steeds op grote schaal conversie nodig is om de gelijkspanning van de pv-panelen of uit de accu geschikt te maken voor de AC-gebruikers.
Deze conversies gaan uiteraard gepaard met verliezen, waarbij langzaamaan de vraag rijst of deze niet zijn te beperken. Is het bijvoorbeeld tijd om apparatuur op wisselspanning zo snel mogelijk uit te faseren en volledig op DC over te stappen om zo conversieverliezen te elimineren? Zijn er technische oplossingen die de verliezen kunnen beperken?
Besparen op conversieverliezen
Om bij de laatste te beginnen: De belangrijkste besparingen op conversieverliezen zijn te behalen door de juiste componenten te kiezen. John van Vugt, vakspecialist elektrotechniek en markt bij Techniek Nederland: ‘Een beetje een open deur, maar goedkope omvormers die buiten de EU worden geproduceerd, hebben vaak een lagere kwaliteit dan omvormers waarvan precies bekend is hoe ze werken, welke materialen er zijn toegepast en hoe ze in elkaar zitten. Uiteraard zijn deze omvormers duurder, maar we gaan er ook vanuit dat installateurs in Nederland zich uitsluitend richten op een goede, kwalitatief hoogwaardige installatie met een hoge betrouwbaarheid en beschikbaarheid. Daarbij hebben kwalitatief hoogwaardige omvormers niet alleen lagere conversieverliezen, maar dragen ze ook bij aan een hogere power factor van een installatie. Het aantal installateurs dat kiest voor inferieure kwaliteit vanwege de lagere kosten is gelukkig beperkt.’
Het verschil tussen een AC- en DC-gekoppelde thuisbatterij.
Thuisaccu
Het kiezen voor kwaliteit geldt overigens niet alleen voor de AC/DC-omvormers, maar feitelijk voor alle componenten die in een installatie zijn opgenomen waarin gelijkspanning een rol speelt. Variërend van de pv-panelen zelf tot aan de thuisaccu die wordt gebruikt om energie in op te slaan.
Een thuisaccu kan zowel aan de DC- als aan de AC-kant worden gekoppeld. Bij de AC-gekoppelde variant wordt de gelijkspanning van de pv-panelen omgezet in wisselspanning en afgeleverd in de meterkast. Hier wordt bepaald of deze stroom direct wordt gebruikt, als wisselstroom wordt terug geleverd aan het net of naar de thuisbatterij wordt geleid. In het laatste geval moet de zojuist omgezette spanning opnieuw worden omgezet naar DC om opslag in de batterij mogelijk te maken. Daarna is het de vraag of de spanning wordt gebruikt voor een DC- of een AC-gebruiker en zal al naar gelang opnieuw een omzetting moeten plaatsvinden.
Ondanks dat AC-gekoppelde thuisaccu’s hogere conversieverliezen hebben, zijn ze op verschillende fronten aanzienlijk flexibeler in te zetten. Het is wat dat betreft ook goed om niet uitsluitend te kijken naar conversieverliezen bij het selecteren van componenten.
Bij een DC-gekoppelde accu stroomt de elektriciteit vanuit de pv-panelen direct in de thuisaccu. Dit scheelt een extra eindgroep in de verdeler en hiermee de bijbehorende ruimte en warmteontwikkeling. Bovendien is bij deze oplossing alleen conversie nodig wanneer de energie uit de batterij wordt afgenomen door een gebruiker. Het gaat dan om een DC/AC-omzetting naar een AC-gebruiker of eventueel een DC-DC omzetting, wanneer de gebruiker een ander spanningsniveau dan de accu nodig heeft.
‘Van conversieverliezen geen groter probleem maken dan het is’
Andere energievorm
DC/AC-conversieverliezen zijn volledig te vermijden wanneer de stroom afkomstig van pv-panelen direct wordt omgezet in een andere vorm van energie; bijvoorbeeld warmte die wordt opgeslagen in een warmteboiler. Enerzijds is hier sprake van een direct ‘gebruik’ van de gelijkspanning door een warmte-element, anderzijds vraagt dit warmte-element niet om een stabiele spanning, maar slaat gewoon alle stroom – hoog of laag – direct op als warmte. Dit warme water is direct te gebruiken als tapwater, maar ook voor het vullen van een hot-fill wasmachine en uiteindelijk ook voor het ontlasten van de cv-ketel. Is er voldoende warm water beschikbaar dan is het te gebruiken voor verwarming; is er onvoldoende dan springt de cv-ketel bij.
We wekken steeds meer duurzame energie op met pv-panelen die gelijkspanning leveren, terwijl het overgrote deel van de gebruikers op wisselspanning werkt.
Een volledig DC-netwerk of niet?
Gelijkspanningsspecialist Henry Lootens: ‘De conversieverliezen van DC naar AC beperken, betekent dat het duurzaam opwekken van gelijkspanning met pv-panelen aantrekkelijker wordt. Deze uitspraak wordt versterkt door het feit dat onderzoek inmiddels heeft aangetoond dat deze verliezen uiteindelijk wel meevallen, omdat de omzetters gewoon steeds beter worden. Bovendien wordt vaak over het hoofd gezien dat er bij het gebruik van uitsluitend gelijkspanning ook sprake is van conversie: namelijk van DC naar DC.’
Lootens doelt erop dat de spanning die een pv-paneel opwekt afhankelijk is van de hoeveelheid zonlicht die de panelen bereikt en dus variabel wordt aangeboden. Om een stabiele gelijkspanning voor de afnemer beschikbaar te stellen, zal altijd nog een DC/DC-omvormer nodig zijn om de aangeboden spanning op het juiste, stabiele niveau te krijgen. Ook hier treden verliezen op. In concrete cijfers: Wanneer de verliezen van de AC/DC-omzetters worden afgezet tegen de verliezen van de DC/DC-vormers, dan zal bij de overstap van wissel- naar gelijkspanning met behoud van AC-afnemers, een relatief klein verlies ontstaan dat rond de 3 procent ligt.
Business case
Met deze kennis rijst de vraag of er eigenlijk wel een business case is om over te stappen naar een volledige DC-samenleving. DC-componenten zijn immers ook duurder in aanschaf en er zijn zeldzame grondstoffen nodig voor de productie ervan, wat een negatief effect heeft op de ecologische footprint. Lootens: ‘Deze vraag is terecht, maar als fervent voorstander van gelijkspanning kan ik deze gelukkig nog volmondig met ‘ja’ beantwoorden. Overstappen naar DC levert namelijk ook andere financiële voordelen op. Een van de belangrijkste is dat DC-apparatuur over het algemeen langer meegaat en significant minder onderhoud vraagt. In een tijd waarin praktisch iedereen te maken heeft met een tekort aan voldoende technisch geschoold personeel levert DC ook op dit vlak een positieve bijdrage aan het bedrijfsresultaat.’
Deze omslag in mindset is onder meer gemaakt door gemeentes die zijn overgestapt naar DC-straatverlichting: een behoorlijk grote investering die echter ook wordt terugverdiend op de lagere onderhoudskosten. Niet alleen omdat lampen minder snel kapotgaan, maar ook omdat DC de mogelijkheid biedt om relatief eenvoudig op afstand te monitoren. Een kapotte lamp komt dus direct op een display of een andere manier bij de onderhoudsdienst terecht, waarmee langdurige fysieke controles langs elke straatlantaarn overbodig zijn geworden.
Lootens: ‘Laten we van conversieverliezen dus geen groter probleem maken dan het daadwerkelijk is. Of het nu om AC-DC gaat of om DC-DC: we hebben praktisch altijd te maken met deze verliezen. Onvermijdelijk. Installateurs doen er wat dat betreft verstandig aan om een brede focus te hebben op alle aspecten die samenhangen met gelijkspanning en hiermee een goede afweging te maken om zo te komen tot de juiste beslissing.’
Praktijkvoorbeeld
Verliezen die optreden bij het omzetten van AC naar DC moeten voor een goede businesscase worden afgezet tegen de totale kosten om deze overstap te maken. Een voorbeeld is het vervangen van verlichting in een kas, waarbij werd uitgegaan van een energiebesparing van 10 - 15 procent door over te stappen naar een andere driver die 50 procent zuiniger was dan zijn voorganger. De driver had oorspronkelijk een vermogen van 50 W en in de nieuwe variant 25 W. Omdat zij 1.000 W lampen aanstuurden, ging het totale vermogen echter van 1050 W naar slechts een iets lagere 1025 W, waarmee de beoogde besparing bij lange na niet werd gehaald. Een ongepland voordeel was wel dat de nieuwe oplossing de levensduur dermate verlengde dat er uiteindelijk alsnog grote besparingen werden bereikt door het sterk verlagen van de onderhoudsbehoefte van de lichtinstallatie.