Off-grid met een accu van 500 kWh?

Off-grid met een accu van 500 kWh?

Natuurlijk is autarkie de ultieme droom voor elke zelf-opwekker. We beginnen net te wennen aan het mantra dat we massaal van het gas af moeten, zouden we ook helemaal van het net af kunnen? Ik kan hier wel verklappen dat ik af en toe ook die vergezichten heb. Wat een weelde, nooit meer vastrecht van wat dan ook. Drinkwater maak je met wat filtertechnieken uit regenwater, je afvalwater gaat via het rietveldje weer als spoelwater naar de WC. En de energie die halen we van het dak, en als de zon het even niet doet, dus “simpelweg” uit de thuisbatterij. Gaat dat werken?

Energiebufferen is vooruitzien

Het all-electric Plushuis #1 is in 2012 geheel volgens de Trias Energetica gebouwd met als basisfilosofie dat de mooiste energie de niet verbruikte energie is. Het is ontworpen als een passiefhuis. Verder is er rekening mee gehouden dat salderen ooit ophoudt: Dat kan niet anders, het is immers een subsidie voor zonnepanelen, waarbij de PV eigenaar het net als “gratis” (maar zeker niet kosteloos!) buffer inzet om de winter door te komen. Als kers op de taart ligt er daarom 10 kWp aan PV vermogen op het zuiddak, met een jaarproductie van ca. 10 MWh. Daartussen 2 collectoren voor de tapwatervoorziening. Helaas mocht van de gemeente geen platdak, dus hier geen oost-west opstelling. Omdat we met z’n 5-en maar ca. 5000 kWh/jr verbruiken, leveren we dus ook ca. 5 MWh/jr terug aan het net. Uiteraard vooral in de zomer, gekscherend zeg ik altijd dat ik dat lever “voor de airco’s van de buren die niet willen isoleren”.

Ik heb me bij de keuze voor een warmtebron en afgiftesysteem terdege afgevaagd hoe je juist in de winter het energieverbruik minimaliseert. Volgens het Duitse Passiefhuis Instituut verwarm je een zo goed geïsoleerd huis via de luchtroute, en zeker niet via de waterroute. In je WTW-unit komt dan een mini lucht-lucht warmtepompje die in de inblaaskanalen warme lucht aanvoert, en als je tekort komt wordt dat met soort van broodroosterelementjes per inblaasventiel elektrisch bijgestookt. Het is een relatief goedkope en eenvoudige methode van verwarmen, maar…het mooie van water is dat je er bakken met energie in kunt bufferen, wat in lucht niet lukt. Ook zakt het rendement van een warmtepomp vrij dramatisch als de brontemperatuur laag is. In ons natte kikkerlandje kan het zomaar 2 weken mistig en koud zijn, waardoor je via het vele glas op het zuiden geen warmteinstraling hebt, maar wel verliezen. De echte passiefhuis die-hards kijken me altijd meewarrig aan als ik vertel dat ik daarom juist wél een water-water warmtepomp heb. Zie ook deze blog voor meer uitleg hierover: plushuis.nu/weerstandsverwarming

Met een warmtepomp ga je met water van 27 ºC de vloerverwarming in, en kom je met 22 terug. De zogenaamde CoP is hierdoor ca. 6, wat betekent dat je met 1 kWh aan stroomverbruik 6 kWh aan warmte opwekt. Bij lucht-water warmtepompen is deze verhouding jaarrond ca. 4,5, in koude perioden zakt dit tot ca. 3. Ter vergelijking: In een zelfde grootte huis dat door dezelfde firma in Delft is gebouwd, wordt wel via die lucht-luchtroute gewerkt: Het energieverbuik is daar ca. 2 maal zo hoog: ca. 8000 kWh/jaar!

Meten is weten

Dankzij mijn data-set (die teruggaat tot 1998) kan ik een aardige inkijk geven of het Plushuis #1 dat qua isolatie en luchtdichtheid nu al voldoet aan de normen van 2021 en verder “van het net af” zou kunnen.

Deze grafiek laat mooi zien hoe de netto inname en invoeding van stroom is uit en in het net: 

Grafiek: surplus Plushuis 2013 - 2018

Plushuis energiebalans winterdip warmtepomp autarkie offgrid zoutbatterij accu Tesla Powerwall integraal advies

Als we meer inzoomen wat er in de winter gebeurt nemen we een een dag in januari dat het vriest:

In deze grafiek van 20 januari 2020 van ons Iungo-energiemonitoringsysteem zie je aan de paarse grafiek hoe vaak de warmtepomp aanslaat. De gele grafiek is die van de opbrengst van de zonnepanelen. De rode geeft de buitentemperatuur, en de blauwe de inkoop en verkoop van stroom via de slimme meter.

Grafieken Iungo-monitoring Plushuis 20 januari 2020IUngo Enermatics energieopslag thuisbatterij grafiek Plushuis advies zonnepanelen autark zelfvoorzienend passiefhuis Plushuis advies warmtepoomp zonnepanelen

Wat je heel mooi ziet is dat de warmtepomp niet meer loopt snel nadat de zon opkomt. Vanaf 11 u. loopt de warmtepomp eenmaal vanwege tapwatervraag en daarna pas weer vanaf 19 u.   

Overdag komt de zonneenergie al door de ramen naar binnen, zodat de warmtepomp niet aan hoeft te slaan. Dit huis wordt dus overdag door de zonnewarmte passief verwarmd. Het is niet voor niets gebouwd als een passiefhuis!!

Waar je naartoe wil is dat overdag als er stroom "over" is, de warmtepomp aanslaat en een groot buffervat vult met CV-water. Bijvoorbeeld Nibe heeft hiervoor eens speciale module, de MODBUS 40 die dit optimaliseert. Plushuis #11 heeft een PVT-systeem als bron van een Nibe warmtepomp en is uitgerust met zo'n module. Deze woning wordt door ons vanaf januari 2020 uitgebreid gemonitored middels ons Iungo-meetportal.  

Kan een Plushuis met zo’n verbruiksprofiel dan van het net af, dus off grid gaan?

Voor antwoord op de vraag of we helemaal van het net af zouden kunnen moeten we kijken hoe groot het netto verbruik is in de periode dat je op weekbasis onder de nullijn opereert, dus dat je op weekbasis stroom inkoopt: In de winter is dat verbruik ca. 1700 kWh. Als we dieper in de data duiken, en we maken een onderverdeling naar stroomverbruik voor de warmtevraag, en voor het overig verbruik, dan krijg je dit beeld:

Grafiek: Plushuis winterdip door warmtepomp en overig verbruik

Plushuis winterdip warmtepomp autarkie offgrid zoutbatterij accu Tesla Powerwall advies
De warmtepomp soupeert dus van die 1700 kWh ca. 1200 kWh op, het overige gaat in de kookplaat en PC etc.
Een deel van die 1200 kWh gebruikt de warmtepomp om lauw water voor de CV op te warmen, dit gaat met een hoge CoP van ca. 6. Het andere deel is nodig om de zonneboiler verder op te warmen naar douchebaar tapwater (ca. 48ºC), dit gaat met een lagere CoP van ca. 3. Gemiddelde CoP is ca. 4,9 en de geleverde thermische energie is ca. 8000 kWhth. In deze blog wordt dit verder uiteengerafeld.: www.plushuis.nu/balansdag   

Als je überhaupt al na wil denken over compleet van het net af, zul je dus vooral warmte ergens moeten opslaan. 

Bufferen in de bodem? 

Door een huis in de zomer met een bodem-warmtepomp passief te koelen (de compressor van de warmtepomp blijft uit, alleen de bronpomp draait) kun je de temperatuur van de bodem iets opkrikken. Hierdoor heb je aan het begin van het stookseizoen een beter rendement van je warmtepomp. Maar dit effect hangt sterk af van de grondwaterstromingen!  Uit onze jarenlange monitoring aan de drie bronnen van 100 m. diep van Plushuis #1 blijkt dat zodra je daar warmte in de zomer instopt, dat snel weglekt . Bovendien komt het er echt niet met 27 graden uit, hooguit met een graad of 12 à 13.

Het bedrijf Ecovat stopt enorme goed geïsoleerde vaten in de grond, denk aan 800 m3 en groter. Daarin wordt "zomeroverwarmte" gebufferd voor een hele woonwijk tot de winter. Hier speelt de inhoud/oppervlak verhouding een erg belangrijke rol waarom het warmteverlies in de tijd reletief meevalt.. 

IJsbuffer?

Vooral in Duitsland waar bodembronnen vaak veel lastiger zijn te boren dan in onze slappe grond, worden vaak "Eisspecher" ingezet. Je kunt uit ijs grote hoeveelheden energie onttrekken door de fase-overgang van ijs naar water. In deze grafiek (bron: Viessmann) wordt dat goed weergegeven.  

Principe Energieopslag in ijs (bron Viessmann)

Het bedrijf Solarfreezer heeft volgens dit principe een concept voor de Nederlandse renovatiemarkt ontwikkeld waarbij een bufferzak in de kruipruimte dient als ijsbuffer. Het bedrijf Solareis zet dit principe vooral in om kantoren die een veel grotere koelvraag hebben energiezuinig te maken. Voor woningbouw zien wij de meerwaarde niet 1-2-3. 

Een Ecovat in je kelder? 

Water is en blijft een mooi medium om energie in op te slaan: oneindig voorradig, spotgoedkoop en oneindig vaak op te laden.
Dus dan maar bufferen in een tank de kelder. Die buffer warm je met collectoren in de zomer op (die liggen in de zomer toch vaak niets te doen in de brandende zon) naar zeg 52 graden.

De opslagtank die het CV-water sinds 2012 in de kelder van Plushuis #1 buffert is 500 l. De bodem-warmtepomp vult dit vat en ook het aparte zonneboilervat met 300 l. tapwater periodiek. Uit de bovenstaande grafiek blijkt dat die 800 l. te weinig is om bijvoorbeeld de hele nacht door te komen zonder dat de warmtepomp hoeft aan te slaan, laat staan om de heel winter niet te hoeven draaien.  

Hoe groot zou voor Plushuis #1 zo'n "mini-Ecovaatje" in de kelder moeten zijn? We gaan even uit van het ideale geval zonder lekverliezen, dan zouden we een tank van ca. 42 m3 nodig hebben, dat is te overzien. 

Het rapport van DWA in opdracht van en TKI Urban Energy uit juni 2020 "Onderzoek naar kleinschalige warmteopslag" gaat nader in op warmteopslag.2)

Heeft u ook een accu van 500 kWh?

Nu we de opslag van warmte geregeld hebben blijft over het stroombufferen van de zomer naar de winter: ca. 500 kWh.

1 Tesla accu doet 10 kWh, 50 van die dingen lijkt me wat veel van het goede, zeker gelet op de prijs van $ 3500 per stuk. Ik hoor nu iedereen terecht denken ”dat doet het net goedkoper”.

energieopslag thuisbatterij grafiek Plushuis advies zonnepanelen autark zelfvoorzienend Bron Ode.be

Bron: www.ode.be

Mijn grootste bezwaar van batterijopslag is dat accugebruik leidt tot verlies aan duurzame energie van 8-14% www.deingenieur.nl/artikel/thuisaccu-bij-zonnepaneel-kost-energie

En zolang de moeizaam opgewekte duurzame energie niet onbeperkt tegen de plinten klotst moeten we die zo slim mogelijk inzetten, en zeker niet door opslagverliezen verloren laten gaan. Maar dus ook niet "affakkelen" in tapwaterboilers met dikke spiralen erin, omdat we maar "zoveel mogelijk energie zelf moeten verbruiken".   

Perfecte synergie tussen zon en wind

Waarom zou je als woningeigenaar koste wat kost je volledige energievoorziening jaarrond op eigen perceel willen verzorgen als je dat tegen veel lagere investeringen ook met windmolens in de buurt kunt doen?

Het mooie van windenergie is dat je er just veel van hebt als er weinig zonne-energie geproduceerd wordt op je eigen dak. Voor mijn eigen Plushuis #1 heb ik daarom samen met andere burgers geïnvesteerd in de 4 windmolens van Windpark Nijmegen-Betuwe.
Dit park is vrijwel volledig in handen van burgers, verenigd in Energiecoöperatie WPN. In 2015 hebben 1.013 coöperatieleden samen 2 miljoen euro bij elkaar gebracht om het park in 2016 te realiseren.
Dat de molens letterlijk eigenhandig door mijn zoon mede gebouwd zijn toen hij in 2016 zijn stage Mechatronica liep bij windmolenfabrikant Lagerwey in Barneveld is natuurlijk helemaal mooi.  

"Onze" windmolens: 

Merk en Type: Lagerwey l100-2,5 MW

Masthoogte: 99 meter  Rotordiamater: 100 meter

Windpark Nijmegen-betuwe app windenergie aanvulling op zonneenergie Plushuis Ede advies niet autark zelfvoorzienend energiepositief   Windpark Nijmegen-Betuwe app windenergie aanvulling op zonneenergie Plushuis Ede advies niet autark zelfvoorzienend energiepositief 2 Windpark Nijmegen-Betuwe app windenergie aanvulling op zonneenergie Plushuis Ede advies niet autark zelfvoorzienend energiepositief 2

Qua opbrengsten in MWh en in €€ boeren we goed als particuliere collectieve windmolenaars.

Dunkelflaute

Als er geen zon is en tegelijkertijd geen wind waait spreken de Duitsers heel poëtisch over een Dunkelflaute
De deskundigen verwachten dat we ons pas na 2025 wat meer zorgen moeten gaan maken hoe we voorkomen dat tijdens zulke langere periodes van weinig zon en wind het licht letterlijk uitgaat.
In de zomer krijgen we dan te maken met "zomeroverstroom", dus energie "teveel", en in de winter juist te weinig.
Voor die piek in de zomer zijn prima softwarematige oplossingen denkbaar (en worden nu al toegepast), bijv. het aftoppen van de piek door de omvormers van zonnepanelen terug te regelen.
Voor de Dunkelflaute ofwel de midwinterdip zullen we bijv. gascentrales standby willen houden als noodvoorziening. En ja dat kost geld, maar ik heb ook nooit beweerd dat energie "ooit gratis gaat worden".  

Voorlopig dus nog even niet autark

Ik ga dus voorlopig nog niet van het net af, en hou het op de 19 aandeeltjes in de 4 windmolens bij Nijmegen.

Zeker zolang ik voor mijn zomeroverstroom betaald word, en nog teruggave energiebelasting op de koop toe krijg, komt er in mijn machinekamer voorlopig geen Powerwall naast de PV omvormers te hangen. Wel denk ik me suf hoe ik "ooit" het 900 kg zware accupakket van onze EV in de kelder krijg als die technisch afgeschreven is om nog goed mee te kunnen rondrijden. Als stationaire accu zou hij een prima tweede leven kunnen krijgen als huisbatterij. Maar we zijn pas op 200.000 km (stand voorjaar 2020), en die accu kan echt nog wel "even" mee, er rijden Tesla's rond met inmiddels 900.000 km op de teller!.  

Wel blijf ik nadenken over warmte opslaan in de kelder. En wie weet krijg ik dat accupaket toch in de kelder gewurmd voor de dag-nacht opvang.
En ondertussen …….blijven we van autarkie dagdromen!

Mei 2015, bijgewerkt juli 2020

Nicolaas van Everdingen

Voetnoten:

1) Jasper Vis schreef een prima blog waarin hij deze bovenstaande blog verwerkte: jaspervis.wordpress.com/2016/11/01/kunnen-nederlandse-woningen-off-grid-met-een-thuisbatterij

2) dwa.nl/onderzoek naar kleinschalige warmteopslag

Deel dit bericht:  

Direct naar: