Wind en PV combineren

[JantjeV8]

Een Enphase pv systeem geeft direct na de paneel een netspanning, geen gelijkstroom. De netspanning wordt gemaakt door de microomvormers die achter elk paneel gemonteerd worden. Al die spanningen bij elkaar worden gemonitord door een computer, de Envoy S Metered. Die Metered is slim genoeg om met een communicatiemodule en dynamisch contract te bepalen of er stroom terug geleverd, opgeslagen, of het beste (economisch) afgenomen kan worden.

Mijn vraag: Kun je in zo'n systeem ook een windmolen tussen plaatsen, die haar gelijkspanning afgeeft door zo'n gelijke micoromvormer en dat in 1 en hetzelfde systeem opnemen?

[Paul Joosten]

Als de afgegeven spanningen van die micro-omvormers gelijk van aard zijn ziet het systeem niet of dat van een zonnepaneel of een windturbine komt lijkt me. De vraag is dan eerder of de geleverde vermogens en spanningen van paneel en turbine aan de micro-omvormer gelijkaardig zijn. Dat is dan een heel klein windmolentje en het is maar de vraag of die wel voldoende opbrengst kan genereren om de kosten geen showstopper te laten worden.

[Adriaan Kragten]

Ik twijfel of dit zo maar kan om de volgende redenen. Stel de windturbine heeft een 3-phasen PM-generator en de geleverde stroom wordt gelijkgericht met een 3-fasen gelijkrichter. Als je met dit systeem een accu oplaadt, dan bepalen het aantal 12 V accu's dat in serie staat, de laadstroom en de laadtoestand van de accu's en de spanningsregelaar met dump load met welk spanning er uiteindelijk geladen wordt. De meeste accu ladende windturbines zijn voor een bepaalde nominale accuspanning bedoeld en dit kan 12 V, 24 V of 48 V zijn. Om gassen van een volle loodaccu te voorkomen gaat men meestal niet hoger dan tot 2,3 V per cel wat inhoudt tot 13,8 V voor een 12 V systeem, tot 27,6 V voor een 24 V systeem en tot 55,2 V voor een 48 V systeem. Als je een dergelijke windturbine zonder accu's gebruikt dan moet je de generator toch zo belasten dat de spanning ongeveer gelijk is aan de laadspanning die zou gelden bij accu gebruik.

Maar inverters worden normaal niet zo gebruikt dat de laadspanning beperkt wordt. De spanning wordt zodanig gekozen dat het opgewekte vermogen maximaal is (maximum power point tracking). Dit werkt prima met zonnepanelen omdat de spanning daarvoor maar traag verandert en omdat de maximum open spanning van een zonnepaneel niet heel veel hoger is dan de nominale spanning. Maar bij een windturbine kan de spanning zeer snel veranderen en de open spanning kan bij windstoten wel vier keer zo hoog worden als de nominale accuspanning. Als je een windturbine bij een volle accu zou ontkoppelen dan kan de open spanning zo hoog worden dat je je elektronica opblaast en de rotor gaat dan ook zeer hard draaien. Bij een windturbine die accu's laadt heb je dus altijd een dump load nodig die zoveel vermogen onttrekt dat de laadspanning niet te hoog wordt en dat de rotor zodanig belast wordt dat hij ongeveer bij zijn optimale snellopendheid draait.

Als je bij een windturbine maximum power point tracking toepast dan kan bij hoge vermogens de spanning veel hoger worden dan wanneer een accu met dump load wordt toegepast. Bij de hogere spanning hoort ook een hoger toerental en de rotor zal dan bij hoge windsnelheden veel lawaai maken. Het kan dus nodig zijn dat bij lage vermogens maximum power point tracking wordt toegepast maar dat bij hoge vermogens de spanning juist constant gehouden moet worden.

Netkoppeling van een windturbine kan wel maar de molen moet daarop ontworpen zijn en ook de inverter moet ontworpen zijn voor gebruik in combinatie met een windturbine. Windturbines die bedoeld zijn voor netkoppeling hebben meestal een veel hogere nominale spanning dan windturbines die bedoeld zijn voor acculaden. Maar netgekoppelde inverters zijn hierop berekend terwijl inverters die van 24 VDC of 48 VDC, 230 VAC en 50 Hz maken, juist geen hoge ingangsspanning aankunnen.

[JantjeV8]

Dit zijn de specs van die microinverters:
https://enphase.com/download/iq7-and-iq ... data-sheet

Het hoeft ook geen loei van een molen te zijn. Het gaat me er om dat ons nachtverbruik een beetje afgedekt kan worden met wind omdat dan de zon niet schijnt. Een thuisaccu zie ik (nog) niet zitten. We hebben ook niet veel/nauwelijks stroom over. En we hebben zeker pv-stroom te kort als het wat grijs is en door de nachten heen. En die periodes wil ik afdekken met wind, want geen zon is haast altijd wel wind. En door die Enhpase communicatie ga ik het overschot aan wind ook niet op het net dumpen waar je later de rekening nog van krijgt. Een beetje dat idee.

[benthuis]

Welke molen heb je op het oog Jantje?

[Adriaan Kragten]

Dit zijn de specs van die microinverters:
https://enphase.com/download/iq7-and-iq ... data-sheet

Het hoeft ook geen loei van een molen te zijn. Het gaat me er om dat ons nachtverbruik een beetje afgedekt kan worden met wind omdat dan de zon niet schijnt. Een thuisaccu zie ik (nog) niet zitten. We hebben ook niet veel/nauwelijks stroom over. En we hebben zeker pv-stroom te kort als het wat grijs is en door de nachten heen. En die periodes wil ik afdekken met wind, want geen zon is haast altijd wel wind. En door die Enhpase communicatie ga ik het overschot aan wind ook niet op het net dumpen waar je later de rekening nog van krijgt. Een beetje dat idee.

Geen loei van een molen maar vast toch wel één waar wat uitkomt. Stel nu eens dat je de VIRYA-3.6 zou gebruiken zoals die beschreven wordt in KD 794. Deze molen is niet bedoeld voor zelfbouw omdat een speciale pers nodig is om de bladen te welven. Ik noem hem alleen omdat daarvan de Pel-V kromme gegeven wordt in figuur 15 van KD 794. Het maximum vermogen is ongeveer 1 kW bij V = 10 m/s en de cut-in windsnelheid is 3,1 m/s. Dit is dus een Pel-V kromme van een molen waar je wat aan hebt.

Met de generator type 260-25 HS is de molen geschikt voor 48 V acculaden. Als deze spanning te laag zou zijn voor de inverter die je toepast dan kun je ook nog kiezen voor het type 260-25 LS die een backEMF heeft van 0,53 Vrmf/rpm heeft. Dit is een factor 0,53 / 0,31 = 1,71 hoger dan die van de 260-25 HS waardoor de gelijkgerichte spanning ook een factor 1,71 hoger is en de belaste DC spanning dan ongeveer 1,71 * 52 = 89 VDC wordt. Misschien komt dit in de buurt van de DC spanning waar jouw inverters voor bedoeld zijn.

De VIRYA-3.6 is alleen een optie als iemand hem in serie wil gaan produceren. Als je een andere molen wilt kopen dan zul je toch rond een rotordiameter van 4 m uitkomen als je een substantieel vermogen wilt opwekken. En ook dan moet je erop letten dat het spanningsniveau past bij jouw inverter, dat de Pel-V kromme niet pas bij 4 m/s of 5 m/s begint en dat de toren hoog genoeg is omdat het 's nachts meestal niet hard waait.

Als je een rotordiameter van 4 m toch te groot vindt; ik heb nog een prototype van de VIRYA-2.2S liggen die je voor een zacht prijsje kunt overnemen. Rotordiameter 2.2 m, drie bladen, lambda design = 4.5, geheel van RVS, nieuwe generatorlagers en keerring, bedoeld voor 24 V acculaden, inclusief laadspanningsbegrenzer met dump load maar zonder onderste torendeel, bovenste torendeel 2 m RVS buis, maximum vermogen 290 W bij V = 11 m/s. Je moet dus zelf een nieuwe onderste toren bouwen maar daar heb ik tekeningen van.

[JantjeV8]

Het is nog een wild plan. Ik zoek naar een mogelijkheid om eigen opwek beter op het eigen gebruik af te stemmen, en andersom eventueel, maar vooral ook om opslag te voorkomen. Of eigenlijk vooral de investeringen in opslag te voorkomen. Die investeringen zijn hoog, en dekken ideaal gezien dan nog maar een etmaal af. Een investering die ongeveer hetzelfde ziou kunnen kosten in wind, zou een bijna permanente opbrengst blijven geven.

Het gebied hier is open. Althans, een rij poulieren aan de straat is de zuidkant van ons perceel. Als ik de molen op de noordkant plaats staat hij 100m van die bomen vandaan, en vanuit alle andere windhoeken is er geen belemmering. Zo ver ik gelezen heb, zou een 5kW molen op een 15 meter mast al overbemeten zijn.

Vergeef me mijn technisch gebrekkige kennis, maar die Enphase inverters werken toch op 30(inschakel)-60V(uitschakel) als ik het goed begrijp?

[JantjeV8]

Het makkelijkst en goedkoopst is het om de PV uit te breiden. Naar een oppervlak zoeken waarbij ook bij weinig zon nog altijd ons gebruik wordt afgedekt. Dat houdt dus ook in dat je dan meer gaat overhouden en dus ook meer gaat terugleveren. En ook dan zijn de nachten niet afgedekt. Die verhouding gaat dan aan de andere kant scheef lopen. Nu nemen we nog teveel af van het net, met meer PV stop je teveel terug op het net. Gevoelsmatig is dan een molentje een betere stap om 'gaten' te overbruggen dan ee accu.

Op marktplaats staat een leuk ding, van windenwaaisma ofzoiets. Maar ik heb er totaal geen kijk op of dat wat kan zijn.

Ik zou dat graag in het Enphase systeem willen integreren, puur om dan 1 besturing te hebben. 1 Controller voor het inkomende en uitgaande stroomcircuit.

[Adriaan Kragten]

Ik weet niets van van Enphase inverters. Als ze bij 30 VDC inschakelen en bij 60 VDC weer uitschakelen dan ben ik er toch niet zeker van of je een windturbine kunt gebruiken die voor nominaal 24 V acculaden bedoeld is. Als je hem zonder accu's gebruikt dat wordt de open spanning al snel hoger dan 30 V en dan zou de inverter dus inschakelen. Maar als de inverter de spanning zo regelt dat het elektrische vermogen maximaal is dan kan de spanning gemakkelijk veel hoger worden dan 30 V. De molen gaat dan draaien bij een veel hogere snellopendheid dan de ontwerpsnellopendheid en dus meer lawaai produceren. De Cp wordt dan ook lager maar als de winst vanwege een hoger generatorrendement bij een hogere spanning groter is dan het verlies door een lagere Cp, dan wordt door de optimum power point tracker toch voor een hogere spanning gekozen. Ik denk wel dat je niet kunt kiezen voor een molen die bedoeld is voor 48 V acculaden omdat de laadspanning dan gemakkelijk hoger kan worden dan 60 V. Als de inverter dan uitschakelt dan draait je molen onbelast en dat wil je zeker niet hebben.

Je moet bij de keuze van een molen niet alleen kijken naar de maximum opbrengst. Voor de maximum opbrengst kan een zeer hoge windsnelheid nodig zijn die bijna nooit voorkomt. Het gaat om de vorm van de Pel-V kromme. Het belangrijkste is de rotor diameter want die bepaalt het bestreken rotoroppervlak en dat bepaalt het beschikbare aerodynamische vermogen bij een bepaalde windsnelheid. Het volgende is de torenhoogte want de windsnelheid neemt toe met de hoogte. Natuurlijk moet de rotor ook een acceptabele Cp hebben en moet de generator een acceptabel rendement hebben. En de molen moet zeker een goed werkende beveiliging hebben die het rotortoerental en de rotor thrust bij hoge windsnelheden beperkt.

[JantjeV8]

Kijk, dat daalt nu een beetje in.
Maar Adriaan, jij hebt het elke keer over accu's. Dat is niet mijn bedoeling. Die Enphase inverters doen DC direct omzetten naar 240V AC. Netspanning dus. Direct achter de paneel. Hier ligt geen gelijkstroom op het dak, geen stapeling van spanning.

[m.bouwer]

Sommige leden van de Gewiekste dreven met de wieken een motorreductor aan.
Je hebt dan 230 volt voor bijv. een kacheltje.

[Adriaan Kragten]

Kijk, dat daalt nu een beetje in.
Maar Adriaan, jij hebt het elke keer over accu's. Dat is niet mijn bedoeling. Die Enphase inverters doen DC direct omzetten naar 240V AC. Netspanning dus. Direct achter de paneel. Hier ligt geen gelijkstroom op het dak, geen stapeling van spanning.

Ik heb het niet over accu's omdat ik denk dat jij die gaat gebruiken maar omdat ik wil nagaan of je voor jouw situatie een windturbine kunt gebruiken die eigenlijk bedoeld is voor acculaden. Jou inverters kunnen een DC ingangsspanning aan die tussen bepaalde waarden moet liggen maar als de maximum spanning 60 V is, dan is dat veel hoger dan de maximum laadspanning van een 24 V accu die ongeveer 28 V is. De generator van een 24 V windturbine kan best een veel hogere spanning leveren dan 28 V, maar hij gaat dan erg hard draaien. Je kunt alleen een windturbine toepassen die dezelfde nominale spanning heeft als jouw zonnepanelen maar die vermeld je niet. Stel nu eens dat jouw panelen nominaal 24 V zijn. Je zou dan moeten meten hoe hoog de werkelijk spanning wordt bij maximale zonne-instraling. Als dat bijvoorbeeld 40 V wordt omdat de inverter daarbij de hoogste opbrengst levert, dan kan die 40 V ook optreden bij een windturbine maar die zal bij 40 V erg hard draaien.

[pelletpower]

Eigenlijk is de vraag, wat is het verschil tussen omvormer voor PV en wind.

Verder ben ik van mening dat je niet onder een accu uitkomt als je nul op de meter wilt. Ongeacht of dat bij pv of turbine is.

En een turbine vult panelen mooi aan. Wel lastig plaatsen, tenminste iets dat wat oplevert.

[Adriaan Kragten]

Nog even een aanvulling op mijn vorige post. Bij de meeste commerciële windturbines die bedoeld zijn voor 24 V acculaden staat de generatorwikkeling in ster omdat dat het hoogste rendement geeft en omdat het onbelaste kleefkoppel bij lage toerentallen dan het laagst is. Bij de VIRYA-2.2S wordt de behuizing van een kortsluitankermotor gebruikt met een standaard 230/400 V wikkeling. Voor 24 V acculaden moet deze wikkeling in delta aangesloten worden want anders wordt de spanning veel te hoog. Maar als je hem in ster zet dan wordt de spanning een factor wortel drie hoger en zou de molen dus geschikt zijn voor 42 V acculaden. De accuspanningsbegrenzer werk niet voor deze hoge spanning maar die gebruik jij toch niet in combinatie met de inverter. Het kan zijn dat de spanning die hoort bij stergelijkrichting beter past bij het spanningsniveau van de door jou toegepaste inverter. Een bijkomend voordeel is dat het generatorrendement in ster hoger is omdat er geen rondlopende hogere harmonische stromen zijn. Het maximum vermogen zal dan hoger zijn dan 300 W. Om de rotor bij hoge windsnelheden stil te kunnen zetten door kortsluiting te maken, moet het sterpunt ook kortgesloten worden.

[JantjeV8]

Dus als ik het goed begrijp: Eerst moeten de pieken en dalen van een windmolen in het gelijkstroomdeel afgevlakt worden vooraleer het door een enphase inverter geduwd kan worden.

Ik begrijp ondertussen ook dat een molen plaatsen vergunningsplichtig is. En voor je de vergunning aanvraagt moet je ee flora & fauna onderzoek laten doen waarin je aantoont geen schade te veroorzaken. In sommige gevallen moet je ook een geluidsonderzoek doen, maar dat zal in ons geval niet nodig zijn. De buren zitten daar ver genoeg van weg.

Een eco-collega van hier tipte mij energiebalans. Ook een aardige optie, maar geen onafhankelijkheid en ook niet perse goedkoop. Lees maar eens een aantal items op tweakers. Ik ben daar (nog) niet van overtuigd in elk geval.

Ik heb wat contact met iemand met een molen. Dat is een 5kW molen met 5,6m rotordiameter en de as op 9m hoog. Die eigenaar woont in windgebied 3 met zo'n 4m/sec gemiddeld. De molen heeft bij hem over een jaar 1550kWh opgebracht.
Volgens het tabelletje doet dat ding 5kW vanaf 9m/sec aan wind, dat is ongeveer windkracht 5. Als we aan de kust storm krijgen, dus 7Bf, dan zal het hier zo'n beetje met 6bF waaien. Maar de stevige bries in het open veld, dus kracht 3 & 4 hebben we hier ronduit wel vaak. Dat is rond de 5m/sec. Dan draait die molen zo'n 1 tot 1,5kW. Dan zou een molen van dat kaliber bij ons ergens rond de 4mWh uit moeten kunnen komen.

Belangrijk ding is wel, daar waar de pv niets doet, deze molen juist wel zichzelf terug verdient. Als je sec naar opbrengst, terugleveren en de euro's kijkt, lijkt het niet interessant. Maar als je er een tijdslijn overheen legt, kan het alsnog best gunstig uitpakken.