Noodstroomvoorziening op basis van een thuisbatterij met UPS-functie

In dit artikel bespreken we een noodstroomvoorziening op basis van een thuisbatterij die geheel automatisch overschakelt naar noodstroom gedurende netspanningsuitval. Dit betreft een passieve noodstroomvoorziening, dat houdt in dat zonder tussenkomst van een mens de aangesloten apparaten automatisch noodstroom krijgen. Zo zal je vriezer je dankbaar zijn dat hij tijdens een stroomstoring geheel automatisch overgeschakeld is naar noodstroom. Deze oplossing verschilt fundamenteel van een thuisbatterij met backupaansluiting, want dan moet je zelf met verlengsnoeren aan de slag om de vriezer van elektriciteit te blijven voorzien.

Voor- en nadelen

• altijd stroom op alle, of een beperkt aantal stopcontacten
• stil en schoon
• overschakelen gebeurt automatisch
• autonomietijd beperkt tot circa één dag
• het te leveren vermogen (het aantall apparaten dat tegelijkertijd gebruikt kan worden) wordt mogelijk beperkt tot inhoud van je portemonnee
• zonnepanelen kunnen de accu niet laden tijdens een stroomstoring
• niet geschikt tijdens een crisis met zeer langdurige stroomstoring
• thuisbatterij met UPS-functie heeft een hoger stand-by gebruik

Introductie

In dit artikel bespreken we een noodstroomvoorziening die gebaseerd is op een thuisbatterij met een UPS functie, UPS staat voor Uninterruptible Power Supply. Bij een stroomstoring zal deze thuisbatterij automatisch overschakelen van netbedrijf naar eilandbedrijf.

Wees er op bedacht dat wat we in dit artikel bespreken, iets heel anders is dan een noodstroomvoorziening op basis van een UPS. Dat is namelijk een noodstroomvoorziening die doorgaans één of hooguit een paar apparaten van noodstroom voorziet en daarnaast is het alleen maar een UPS en geen thuisbatterij.

Deze noodstroomvoorziening is dus primair een thuisbatterij en streeft dus naar maximale zelfconsumptie van je zonne-energie en verhoging van de zelfvoorzienendheid.

Een thuisbatterij valt bij een stroomstoring normaal gesproken uit, maar het type dat we hier behandelen heeft iets speciaals. Hij beschikt namelijk niet over één maar over twee 230 Volt aansluitingen.

Stap voor stap uitleg

We zullen aan de hand van illustraties uitleggen hoe deze noodstroomvoorziening werkt. We beginnen met een normale situatie, dus als er geen stroomstoring is.

Netbedrijf (alles normaal)

De woning is gekoppeld aan het werkende elektriciteitsnet, vandaar dat dit "netbedrijf" wordt genoemd. De elektriciteit komt binnen in de meterkast (in de illustratie hieronder de grijze kast, links in de woning) en de elektriciteit wordt in de groepenkast via automaten (zekeringen) verdeeld naar de diverse elektriciteitsgroepen.

We hebben het aantal groepen in de voorbeelden bewust beperkt tot drie groepen: eén groep waaraan de thuisbatterij gekoppeld is, één groep waaraan de elektrische apparaten in de woning zijn gekoppeld, hier voorgesteld door een lamp en de derde groep waaraan de zonnepaneelomvormer is gekoppeld.

Nu de netspanning aanwezig is, zal de thuisbatterij werken, de zonnepaneelomvormer staat lekker elektriciteit op te wekken en het licht brandt (voorstellend: de apparaten in de woning werken) en iedereen is blij.

Stroomstoring, alles valt uit

Nu gaan we kijken wat er gebeurt bij een stroomstoring en in de volgende stappen gaan we kijken wat we daar aan kunnen doen. Hieronder de situatie zoals dat bij iedereen zal zijn met een thuisbatterij en een zonnepaneelomvormer tijdens een stroomstoring.

Kommer en kwel alom. De netspanning is uitgevallen, de (aan het net verbonden) thuisbatterij is uitgevallen, de (aan het net verbonden) zonnepaneelomvormer is uitgevallen en het licht brandt niet meer (de apparaten in de woning werken niet meer).

De zonnepanelen leveren wel elektriciteit (gelijkspanning) aan de zonnepaneelomvormer, maar die doet daar niets mee omdat de netspanning is weggevallen en hij zich moeten uitschakelen, zoals iedere zonnepaneelomvormer dat op de hele wereld doet.

Evenzo met de thuisbatterij, de accu in de thuisbatterij levert wel gelijkspanning, maar de thuisbatterij doet daar niets mee omdat de netspanning is weggevallen en de thuisbatterij zich heeft uitgeschakeld, net zoals alle thuisbatterijen op de hele wereld dit doen.

Stroomstoring, thuisbatterij met backupaansluiting

Sommige thuisbatterijen hebben een backupaansluiting, dat is een doodnormaal stopcontact dat zich op de thuisbatterij bevindt. Daar kan je de stekker van een apparaat in steken (zoals die van de vriezer) of via een verlengsnoer en verdeeldoos een beperkt aantal apparaten op aansluiten. Deze oplossing, met zijn voor- en nadelen, hebben we beschreven in het artikel noodstroomvoorziening op basis van een thuisbatterij met backupaansluiting.

Hoewel de thuisbatterij op zich is uitgevallen, levert hij alleen op de backupaansluiting nog wel 230 Volt. In deze situatie functioneert de thuisbatterij vergelijkbaar met een powerstation of aggregaat.

De elektriciteit wordt geleverd vanuit de accu, die dus steeds leger zal raken. Opladen is pas weer mogelijk als de stroomstoring voorbij is.

Overigens, de zonnepaneelomvormer werkt nu niet meer. Die krijgt immers geen netspanning, dus heeft hij zichzelf uitgeschakeld. De apparaten in de woning werken ook niet, want die krijgen geen elektriciteit. Alleen de apparaten die je handmatig op de backupaansluiting van de thuisbatterij hebt aangesloten werken (tijdelijk) wel.

Wellicht een onverwacht detail: tijdens netbedrijf zal de backupaansluiting géén elektriciteit leveren. Bij een stroomstoring moet je die backupaansluiting handmatig met een knopje activeren.

Stroomstoring, thuisbatterij met UPS-functie

Thuisbatterijen "met UPS-functie" hebben niet één maar twee 230 Volt aansluitingen: de "net-aansluiting" en de "eiland-aansluiting", in de illustratie genoemd AC-IN en AC-OUT (AC staat voor alternating current, wisselstroom). De net-aansluiting werkt niet, de netspanning is immers uitgevallen. Maar de eiland-aansluiting (AC-OUT) levert wel 230 Volt. Die elektriciteit komt uit de accu. De zonnepaneelomvormer die aangesloten is aan het net, is uitgevallen en kan dus geen zonne-energie leveren aan de accu van de thuisbatterij.

De "eilandbedrijfaansluiting" (AC-out) is niet een gebruikersvriendelijk stopcontact maar een aansluitblok waar een elektricien (of handige Harry, de neef van onhandige Otto) een kabel op moet aansluiten. Hoewel het technisch mogelijk is, zoals we dit in de illustratie hierboven tonen, is het zéér ongebruikelijk als je hier rechtstreeks een apparaat op aansluit. Want daar is een veel betere oplossing voor...

Stroomstoring, thuisbatterij met UPS-functie in "eilandbedrijf" en voedt één of meerdere elektriciteitsgroepen

De illustratie hieronder is technisch gezien gelijk aan de vorige illustratie, alleen is de eilandbedrijf-aansluiting (AC-OUT) aangesloten op een geïsoleerd deel van de groepenkast. De groepenkast is nu dus onderverdeeld in een "net-gekoppeld" en een "eilandbedrijf-gekoppeld" gedeelte. Deze twee groepen zijn (tijdens een stroomstoring) elektrisch gezien totaal van elkaar gescheiden.

Het voordeel van deze oplossing is dat je de lamp, die de apparaten in de woning vertegenwoordigt, niet meer met een aparte kabel hoeft aan te sluiten op de thuisbatterij zoals eerder, maar dat alles gewoon blijft zoals het is.

In de groepenkast heeft de elektricien één of meerdere elektriciteitsgroepen verbonden aan het eilandbedrijf-gedeelte (AC-out) van de thuisbatterij (in de illustratie is dit beperkt tot één groep). Deze worden de "kritische" elektriciteitsgroepen genoemd en hebben ononderbroken beschikking over elektriciteit.

De andere groepen, die nog aan het net zijn verbonden, worden 'niet-kritische' elektriciteitsgroepen genoemd. Bij een stroomstoring valt daarvan de elektriciteit uit. Waarom je mogelijk overweegt om niet alle groepen als kritische groepen aan te sluiten, bespreken we later.

Tijdens netbedrijf, dus als er geen stroomstoring is, schakelt deze thuisbatterij de AC-in door naar AC-uit met een relais (een elektrisch gestuurde schakelaar), zoals weergegeven in de onderstaande illustratie met een doorgetrokken zwarte lijn tussen AC-in en AC-out in de thuisbatterij. Op dat moment zijn alle elektriciteitsgroepen in de woning met elkaar en met het net verbonden. Dus zelfs als de accu van de thuisbatterij leeg is, krijgen de kritische groepen via de thuisbatterij hun elektriciteit uit het net.

Zodra de netspanning wegvalt, zal de verbinding tussen AC-in en AC-out door de thuisbatterij automatisch worden verbroken (zoals hierboven te zien is) en wordt een deel van de groepen in de woning geïsoleerd van het net. Deze groepen werken dan in eilandbedrijf.

Keuzes

Je hebt eerder kunnen lezen dat de thuisbatterij met UPS-functie bepaalde elektriciteitsgroepen van elektriciteit kan voorzien tijdens een stroomstoring. Maar nu komt de vraag: welke elektriciteitsgroepen ga je als "kritische groep" laten verbinden met de thuisbatterij?

Misschien word je heel enthousiast van het idee van deze noodstroomvoorziening en denk je: nou, sluit alle elektriciteitsgroepen maar aan die AC-out aansluiting! Want dan blijft het hele huis voorzien van elektriciteit ondanks een stroomstoring.

We begrijpen je enthousiasme, maar dat moeten we wellicht een beetje temperen. Wat is het geval? Stel dat jouw woning een enkelfase 40 Ampère aansluiting heeft op het elektriciteitsnet. Dan zul je tijdens piekmomenten (oven, wasmachine, wasdroger, inductiekookplaat en waterkoker allemaal tegelijkertijd aan) wellicht 40 Ampère stroom uit het net trekken.

Dat vertaalt zich in een opgenomen vermogen van 40 Ampère x 230 Volt = 9200 Watt. In geval van een stroomstoring moet de thuisbatterij die 9200 Watt kunnen leveren. Natuurlijk is alles mogelijk, maar dat wordt een behoorlijk grote thuisbatterij met bijbehorend groot prijskaartje.

De vraag is dan ook: moet je tijdens een stroomstoring wel de oven, wasmachine en droger tegelijkertijd blijven gebruiken of kan dat wellicht even wachten tot de stroom weer teruggekeerd is? Of dat je ze niet allemaal tegelijkertijd gebruikt? Want als je minder vermogen verlangt dat geleverd moet worden tijdens eilandbedrijf, kan de thuisbatterij kleiner gedimensioneerd zijn en heeft hij een navenant kleiner prijskaartje.

Wanneer je deze noodstroomvoorziening aanschaft, zal je dus goed moeten nadenken over de onderverdeling van "kritische" en "niet kritische" elektriciteitsgroepen. De kritische elektriciteitsgroepen zijn de groepen waarop bijvoorbeeld de vriezer, koelkast en cv-ketel zijn aangesloten. Deze groepen moeten dus worden aangepast in de groepenkast en verbonden met de AC-out van de thuisbatterij.

De niet-kritische elektriciteitsgroepen worden niet aangepast en zullen bij een stroomstoring spanningsloos zijn.

Dynamisch kiezen

Wat je ook kunt doen, is kiezen voor een poldermodel. Je wilt aan de ene kant niet te veel geld uitgeven, dus komt er een thuisbatterij met een beperkt vermogen. Ook wordt er geen besluit genomen wat kritisch en niet kritisch is. Want iedereen vindt dat alles als kritisch bestempeld zou moeten worden, maar dat kan natuurlijk niet. Daarom gaan we niet elektriciteitsgroepen maar apparaten als kritisch of niet kritisch aanmerken. Daarom worden nu alle elektriciteitsgroepen aan de AC-out van de thuisbatterij verbonden.

Tijdens een stroomstoring staat op iedere groep spanning, alles zou dus in huis gebruikt kunnen worden, maar dat betekent nog niet dat iedereen kan doen wat hij wil.

Als nood aan de man/vrouw* is, ga je met alle huisgenoten in overleg en volgens min of meer democratische processen wordt besloten welk apparaat of apparaten als eerste aangezet mogen worden en welke daarna volgen. Als de stroomstoring langer duurt zal zelfs een schema opgesteld worden.
* doorhalen wat niet van toepassing is

In dit scenario wordt een thuisbatterij aangeschaft met een bewust beperkt vermogen, die bijvoorbeeld maximaal 5000 Watt kan leveren (we noemen maar even een waarde). Dan kun je toch de inductiekookplaat (of welk apparaat dan ook) blijven gebruiken, maar je moet niet tegelijkertijd andere apparaten aanzetten die een hoog opgenomen vermogen hebben, zoals de oven, wasmachine, vaatwasser, waterkoker, strijkijzer of wasdroger.

We hebben een overzicht gemaakt van de vermogensopname van huishoudelijke apparaten oom je een idee te geven hoeveel vermogen een apparaat opneemt of energie verbruikt.

Als je klaar bent met koken, kan daarna de oven, wasmachine, strijkijzer of vaatwasser worden aangezet. In onderling overleg moet het beschikbare vermogen dus dynamisch worden toegewezen aan personen/apparaten. Dit vergt enige discipline. Overigens, zoals je in het overzicht kunt zien, vraagt de verlichting, internetrouter, laptop en tv vrij weinig vermogen, dus die kan je gewoon blijven gebruiken, ook als je andere "zware" apparaten gebruikt.

Mocht je toch té veel apparaten tegelijkertijd aan hebben staan waarbij het opgenomen vermogen hoger is dan de thuisbatterij kan leveren, dan zal de thuisbatterij "in storing gaan". Je moet dan een apparaat uitzetten en de thuisbatterij even resetten van de foutconditie en dan doet hij het weer.

Enkelfase of driefase

Mocht je een driefaseaansluiting hebben op het elektriciteitsnet, dan zijn er twee opties. Je gebruikt een enkelfase thuisbatterij of een driefase thuisbatterij. Je kan heel goed een enkelfase thuisbatterij gebruiken ondanks de driefase aansluiting. De thuisbatterij zal ook dan zorgen (nou ja, streven) naar "nul op de meter". Lees daarvoor dit artikel.

Alleen heeft zo'n enkelfase thuisbatterij een beperking tijdens eilandbedrijf. De thuisbatterij zal dan maar een derde deel (één van de drie fases) van je elektriciteitsgroepen van elektriciteit kunnen voorzien. Dat hoeft geen enkel probleem te zijn, als je maar goede keuzes maakt welke de "kritische groepen" zijn (en dat zal je uiteraard moeten beperken).

Wil je die beperking niet, dan zal je een driefase thuisbatterij moeten aanschaffen.

Relatie vermogen thuisbatterij en accucapaciteit

Het is van belang dat je doorgrond dat er een relatie bestaat tussen het maximum te leveren vermogen van de thuisbatterij en de accucapaciteit, we schrijven dit omdat bij een groot vermogen ook een grote accucapaciteit beschikbaar moet zijn en daar hangt ook een groot prijskaartje aan. Meer hierover in het artikel over het vermogen van de thuisbatterij.

Soms extra module

Sommige fabrikanten ondersteunen met hun thuisbatterij of hybride omvormer de in dit artikel beschreven UPS-functie, maar dan moet er nog een extra module worden aangeschaft. Zo'n extra module wordt bijvoorbeeld een gateway, backup switch, backup box, of automatic transfer switch genoemd.

1-0-2 omschakelaar

We raden je aan om bij deze noodstroomvoorziening ook een 1-0-2 omschakelaar (ook wel I-0-II omschakelaar genoemd) in de groepenkast te laten monteren. Die is leverbaar in een enkel- of driefase versie. Normaal zal de schakelaar in de "2" stand staan (in de foto in de stand "not strom", Engels: off-grid) en verbindt de schakelaar deze groepen met de AC-out van de thuisbatterij. Maar stel dat de thuisbatterij onderhoud nodig heeft of defect raakt, dan zijn al die groepen verstoken van elektriciteit. In dat geval zet je de schakelaar in de "1" stand ("netz", Engels: grid) en dan verbindt die schakelaar alle kritische groepen rechtstreeks met het elektriciteitsnet. Overigens, in de "0" stand zijn de kritische groepen geheel losgekoppeld.

Autonomietijd

Deze noodstroomvoorziening is een prachtige oplossing, maar we moeten zeker stilstaan bij de autonomietijd. Hoe lang je in eilandbedrijf kan werken is afhankelijk van hoeveel energie je verbruikt tijdens de stroomstoring en hoeveel capaciteit de accu heeft van de thuisbatterij.

Stel je hebt een accucapaciteit van 10 kWu, wat voor deze noodstroomvoorziening al aan de kleine kant is in verband met het grote vermogen dat de accu moet leveren. En stel dat je gemiddeld opgenomen vermogen 1800 Watt is (1,8 kW), dan is de autonomietijd: 10 kWu / 1,8 kW = 5,5 uur. Dus je kan ruim vijf uur van noodstroom gebruik maken.

Als je alleen maar de hoogst noodzakelijke apparaten wil blijven gebruiken zoals vriezer, koelkast en cv-ketel, plus verlichting en een paar kleine dingetjes zoals een lader voor een telefoon, dan zal dat doorgaans een verbruik hebben van 1 kWu per dag. In dat geval is de autonomietijd: 10 kWu / 1 kWu = 10 uur.

Daar zit wel een hele grote "maar" aan vast, want dan gaan we evan uit dat de accu van de thuisbatterij voor 100% is geladen. En die kans is zeer gering. Statistisch gezien is hij maar voor 50% gevuld, en als je pech hebt, nog minder.

Je kan in de meeste thuisbatterijen instellen wat voor capaciteit je altijd wil reserveren in de accu. Dat kan je bijvoorbeeld op 30% zetten, dan ben je altijd gegarandeerd van, in dit geval, 3 kWu noodstroomcapaciteit.

Maar bedenk, als de noodstroom lang duurt, langer dan een dag, wellicht weken of maanden, dan heb je niets aan deze noodstroomvoorziening, want als de accu leeg is, dan wordt hij niet meer bijgevuld.

Stand-by gebruik

Een thuisbatterij met UPS functie kan in een fractie van een seconde omschakelen van netbedrijf naar eilandbedrijf omdat de omvormer die de elektriciteit in eilandbedrijf moet leveren constant "klaar staat" en dat kost natuurlijk energie.

Hoeveel vermogen / energie dit kost is afhankelijk van de fabrikant en het model, maar ga er vanuit dat dit minimaal 30 Watt per fase kost (continue) en bij sommige fabrikanten is dit nog hoger. Bij een enkelfase thuisbatterij met UPS-functie kost dit dus circa 30 Watt x 24 uur x 365 dagen = 263 kWu per jaar. Bij een driefase systeem is dat drie keer zo hoog, dus 788 kWu. Deze waarden zijn goede indicaties, maar het kan dus hoger zijn, lager is haast uitgesloten (hebben wij tot op heden nog niet gezien). Informeer vooral bij de leverancier of fabrikant en geloof de waarden pas als je ze zwart op wit op papier ziet.

Zonnepaneelomvormer werkt niet tijdens eilandbedrijf

Je zal denken, huh? De accu van de thuisbatterij wordt toch met zonne-energie iedere dag opgeladen? Dus met die autonomietijd zal het wel meevallen.

Helaas, op een uitzondering na, zal dat niet werken. Bij een stroomstoring valt namelijk ook de zonnepaneelomvormer uit. Doordat de zonnepaneelomvormer uitgevallen is, kan hij niet meer zijn energie aan de thuisbatterij leveren om daarmee de accu op te laden.

Maar ook daar is een oplossing voor. Hoe dat werkt hebben we in dit artikel beschreven.

Kosten

Omdat tijdens netbedrijf veel vermogen geleverd moet worden én daarom een flink grote accu daarbij aangeschaft moet worden, zijn de kosten voor deze thuisbatterij een stuk hoger dan een gemiddelde thuisbatterij.

Maar feitelijk zijn het twee niet met elkaar te vergelijken zaken. Een normale thuisbatterij zal doorgaans een accucapaciteit hebben van 5 kWu (als ze die al hebben) en daarmee zal niet alle energie die je gebruikt afgedekt zijn.

Deze thuisbatterij, die voor noodstroom kan zorgen aan één of meerdere elektriciteitsgroepen, zal per definitie over een grotere accucapaciteit (moeten) beschikken. Daarbij is 10 kWu naar onze mening echt het minimum. Dat betekent dat ook de thuisbatterijfunctie beter uitgevoerd kan worden omdat twee keer zoveel accucapaciteit ter beschikking staat. De zelfvoorzienendheid zal daardoor hoger zijn. Dat mes snijdt dus aan twee kanten.

Naast de hogere kosten voor de thuisbatterij komen er ook kosten bij voor de aanpassing van de groepenkast en een 1-0-2 schakelaar.

Nota bene

De foto's die we in dit artikel tonen, dat geldt overigens voor álle artikelen, zijn puur illustratief. Dat we een bepaald model van een bepaalde fabrikant tonen, moet je niet opvatten dat wij daar een voorkeur aan geven. We verkopen namelijk niets, behalve gratis kennis. Meer daarover in "over ons".