December 2023
Wateraccu efficiënte oplossing voor opslag zonne-energie
De door Solyx Energy ontwikkelde wateraccu is even effectief als eenvoudig: een overschot aan elektriciteit van pv-panelen wordt tijdelijk opgeslagen als warmte in water. Onderzoek aan de Universiteit van Utrecht wijst uit dat de wateraccu samen met de warmtepompboiler een van de beste oplossingen is voor de opslag van zonne-energie. Qua energie-efficiëntie wint een warmtepompboiler, maar de wateraccu is door de lage investeringskosten en koppeling aan zonne-energie erg toegankelijk voor huishoudens met pv-panelen.
Solyx Energy is een jong bedrijf waarin ing. Hans Snaak en dochter drs. Emma Snaak hun kennis en ervaring bundelen om de energietransitie te versnellen. Emma Snaak studeerde in 2017 af aan de universiteit van Utrecht als ‘energy scientist’ en werkte daarna achtereenvolgens bij Tesla, waar zij zich bezighield met het thema ‘laadinfrastructuur’, en bij Lilium, een Duits bedrijf dat elektrische vliegtuigen ontwerpt en bouwt.
‘Bij Lilium heb ik mijn opgedane kennis over laadinfrastructuur gebruikt voor een sector waar nog maar weinig gedaan is aan dit thema. De luchtvaart is stroperig en stappen maken in het kader van de energietransitie werd daar erg beperkt. Omdat mijn vader vanuit zijn loopbaan veel ervaring heeft met het ontwikkelen van laadpunten voor elektrische voertuigen die zijn afgestemd op huishoudens met pv-panelen, besloten we onze kennis te bundelen om de wereld een stapje beter te maken.’
Het net op of het water in?
Een overschot aan energie van pv-panelen die op ‘standaard’-woningen liggen, is op verschillende manieren op te slaan. Thuisbatterijen zijn een logische oplossing en ook elektrische voertuigen worden wel als buffer gebruikt voor dit doeleinde. Maar er is meer mogelijk. Snaak: ‘In feite stelden we onszelf de vraag op welke manier we een overschot aan zonne-energie van een gemiddelde woning met een gemiddeld aantal pv-panelen konden opslaan. Daarbij wilden we ons richten op een eenvoudige en toegankelijke oplossing zodat iedereen een stap kan maken in de energietransitie.’
‘Een gemiddeld huishouden gebruikt 20 procent van de energie voor elektrische apparatuur, 60 procent voor verwarming en 20 procent voor de productie van warm tapwater. Op zich geen nieuwe cijfers, maar ze benadrukken dat nog steeds het gros van de energie wordt gebruikt voor warmte. Nu is de koppeling van zon en verwarming niet direct logisch aangezien de behoefte aan warmte vooral ontstaat wanneer de zon niet schijnt, terwijl er dan juist weinig overproductie is. Warm tapwater daarentegen is het hele jaar nodig en hiermee mooi te koppelen aan onbenutte zonne-energie. Een manier om alsnog 20 procent van je energiegebruik duurzaam af te dekken.’
‘Maximaal rendement door elk overschot aan elektrische zonne-energie om te zetten in warmte’
Van het net af
Op dit moment wordt een overproductie van pv-panelen meestal teruggeleverd aan het net, wat met de huidige salderingsregeling nog een goede oplossing is. De salderingsregeling zal echter uitfaseren en daarbij heeft de netbeheerder in toenemende mate te maken met netcongestie en zit dus helemaal niet te wachten op een massale teruglevering van elektriciteit aan het net. Oplossingen hiervoor zijn inmiddels gevonden in onder andere slimme regelingen die de energie over de verschillende gebruikers verdelen en op het juiste moment apparatuur of laadcycli inschakelen.
Daarnaast zijn thuisbatterijen een logische oplossing. ‘Maar ook een dure’, weet Snaak. Daarbij wordt voor de productie van deze batterijen gebruik gemaakt van zeldzame grondstoffen die het duurzame karakter deels tenietdoen. ‘Thuisbatterijen zullen uiteindelijk wel betaalbaarder worden, maar vooralsnog is de terugverdientijd relatief hoog. Wij zijn ons daarom gaan richten op de mogelijkheden om elektrische energie afkomstig van pv-panelen om te zetten in warmte door een elektrische boiler. En dat blijkt niet zo gek uit te pakken. We hebben de oplossing gedoopt tot ‘wateraccu’.’
Door een wateraccu in te zetten wordt een belangrijk deel van het overschot aan elektrische energie in een elektrische boiler opgeslagen als warm tapwater.
Opbouw Wateraccu
De wateraccu is een combinatie van een sensor, een aansturing en een elektrische boiler. De sensor is voorzien van een radiozender en wordt in de meterkast geplaatst waar hij de teruglevering van onbenutte zonne-energie (afkomstig van de eigen pv-panelen) aan het net meet. Exact die hoeveelheid communiceert hij via een radiosignaal (draadloos én ongevoelig voor internetstoringen) naar de Solar iBoost die hiermee de boiler aanstuurt. Dit doet hij traploos door exact het gemeten overschot toe te voeren; er gaat dus geen ‘zonnestraal’ verloren. De boiler kan maximaal 7,5 kWh in 150 liter water opslaan, waardoor bewoners duurzaam kunnen douchen zonder in te leveren op comfort.
Snaak: ‘Een belangrijk voordeel van deze oplossing is dat de boiler traploos is te regelen. Als er veel energie beschikbaar is, verwarmt hij op vol vermogen; wanneer er een beperkt overschot is, bijvoorbeeld als er wordt gekookt of de auto wordt geladen, dan vloeit er maar een beperkt deel naar de boiler. Of helemaal niets. Ook dat laatste is niet erg omdat dit betekent dat het volle vermogen van de zonnepanelen op dat moment wordt gebruikt door andere apparatuur. Het gaat er vooral om dat er niets verlóren gaat.’
Hiermee onderscheidt de wateraccu – dus het samenstel van sensor, aansturing en boiler – zich van een klassieke elektrische boiler die alleen een aan/uit-stand kent. Dus óf hij verwarmt niet en het verbruik is 0 óf hij verwarmt en trekt op dat moment 2.400 W. Ongeacht of dit wordt geleverd door pv-panelen of rechtstreeks uit het net komt. Daarbij is de combinatie van sensor en iBoost te koppelen aan elke elektrische boiler zónder elektronische functies. Een combinatie met een slimme boiler is dus niet mogelijk.
Met deze eigenschappen vult de wateraccu een belangrijke eis in van vader en dochter Snaak: ‘Het is een eenvoudige en voor bijna elk huishouden betaalbare oplossing die een maximaal rendement levert door elk overschot aan elektrische zonne-energie om te zetten in warmte. Daarbij is hij ook geschikt om van een bestaande, gewone boiler een wateraccu te maken door eenvoudig de sensor en iBoost te installeren en te koppelen aan de pv-panelen.’
Kosten en besparing
Qua kosten praten we over 595 euro (inclusief btw) voor de sensor en iBoost, exclusief installatiekosten. Belgische klanten hebben daarbij de mogelijkheid om tot maximaal 400 euro SEW-premie op dit product te ontvangen. Hiermee is de oplossing nog toegankelijker geworden. Snaak: ‘Je moet dan wel al beschikken over een elektrische boiler en uiteraard pv-panelen, anders komen deze er nog bij.’
Voor wie het handig of nodig vindt, is er inmiddels een zogenoemde Buddy’ ontwikkeld waarmee de Solar iBoost ook op afstand is uit te lezen. Dit biedt onder meer voordelen voor situaties waarin boiler en aansturing op zolder worden geplaatst. Deze Buddy werkt uitsluitend bij huizen met enkelfase netaansluitingen – wat nog een beperking is – maar beschikt daarbij extra over een ‘stoplichtstand’. Dit betekent dat hij groen licht geeft wanneer er een overschot bestaat én de wateraccu vol/warm is. Dit is een teken voor de gebruiker dat het een goed moment is om het overschot op een andere manier te gebruiken, bijvoorbeeld door de vaatwasser aan te zetten, de auto op te laden of de robotgrasmaaier aan de lader te hangen.
Hans en Emma Snaak willen met de wateraccu gemiddelde huishoudens ondersteunen in het leveren van een bijdrage aan de energietransitie.
Besparing
Omdat de wateraccu uitsluitend warm tapwater produceert, is de maximale energiebesparing gekoppeld aan het normale tapwatergebruik. In de praktijk komt het erop neer dat de wateraccu zo’n 70 procent van het warme tapwater produceert, wat overeenkomt met de hoeveelheid energie die gemiddeld ‘over’-blijft en dus meestal wordt teruggevoed aan het net. Nauwkeuriger gezegd zullen op zonnige dagen de pv-panelen 100 procent van het tapwater verwarmen, in de winter richting de 60 procent. De rest is bij te verwarmen door middel van een cv-combiketel of elektrisch via stroom uit het net.
Voor een gemiddeld gezin leidt de inzet van een wateraccu tot een besparing van 20 - 25 procent op de energierekening wat neerkomt op gemiddeld 338 euro per jaar. Hiermee is de totale investering (inclusief boiler en installatie) in principe binnen vijf jaar terugverdiend. Aanvullend kunnen gebruikers met de Buddy ook extra besparen door bij ‘groen licht’ de elektrische energie te gebruiken die op dat moment toch over is.
Uitdagingen
Uiteraard zijn er ook nog verschillende uitdagingen voor het jonge bedrijf. Als eerste vraagt de omzetting van elektriciteit naar warmte via een elektrische boiler om een samenwerking tussen E en W. Geen echte hogere wiskunde in dit geval, maar wel een uitdaging om beide beroepsgroepen te enthousiasmeren voor de oplossing en te kijken wie uiteindelijk het initiatief neemt om het aan te bieden.
Daarnaast is het systeem op dit moment uitsluitend geschikt voor 1-fase zonne-omvormers. Snaak: ‘Woningen die 16 of meer panelen hebben liggen, maken meestal gebruik van 3-fase omvormers waarvoor de Solar iBoost minder geschikt is. Uiteraard zijn we daarmee bezig, maar vooralsnog is het huidige systeem enkelfase. In tal van landen bestaan dergelijke systemen overigens al langer. Vooral in de landen die geen salderingsregeling kennen, betekent de wateraccu direct een verbetering van het eigen gebruikersrendement. In Nederland is deze oplossing nieuw en nog totaal onbekend.’
Na de introductie van het eerste systeem is het vooral werken aan naamsbekendheid zodat veel mensen kunnen profiteren wanneer de salderingsregeling in Nederland zal worden opgeheven. Snaak: ‘Tegen die tijd willen we natuurlijk ook verder zijn qua ontwikkeling. Bijvoorbeeld door het systeem geschikt te maken voor 3-fase, maar ook voorzien van automatische beveiliging en maatregelen om legionella te voorkomen. Qua besturing zou het een mooie uitbreiding zijn om ook dynamische energietarieven mee te kunnen nemen. Je kunt de boiler dan ook vanuit het net laden wanneer de energie heel goedkoop – of misschien zelfs wel negatief is geprijsd.’
Het uitgangspunt blijft in elk geval dat het een laagdrempelige oplossing moet blijven die geschikt is voor een gemiddeld gezin. Niet te duur en niet te complex.
Eindscores van elke technologie voor de basis-MCA met verschillende prioriteiten.
Afstudeerscriptie potentie wateraccu
Op het moment van schrijven van dit artikel, rondt Ivar Kotte, student Energy Science aan de Universiteit Utrecht zijn afstudeerscriptie af waarin hij de potentie van de wateraccu van Solyx Energy onderzocht. Zijn doel was een model te creëren om de effectiviteit van de wateraccu te analyseren met betrekking tot het verlagen van de energiekosten voor verschillende soorten huishoudens.
Hij simuleerde vervolgens met het model de gemiddelde dagelijkse energieproductie en het energiegebruik per maand van een huishouden op basis van de grootte van het huishouden en de geïnstalleerde zonnestroom. Met deze gegevens berekende hij hoe groot de energiebesparingen kunnen zijn bij inzet van een wateraccu. Vervolgens is hetzelfde model gebruikt om deze besparingen te berekenen bij plaatsing van andere opslagmethoden: een thuisbatterij, een warmtepompboiler en een zonneboiler. Er is een multicriteria-analyse (MCA) uitgevoerd om de voor- en nadelen van alle opties met elkaar te vergelijken.
Conclusie
De resultaten laten zien dat voor huishoudens met een beperkt geïnstalleerd zonnevermogen (bijvoorbeeld 3 kWp) de wateraccu weinig voordeel heeft zolang het huidige salderingsstelsel bestaat. De baten worden echter groter naarmate het salderingssysteem uitfaseert en zijn direct aanwezig voor huishoudens met een hoger geïnstalleerd vermogen. Bij vergelijking van de technieken onderling scoren de wateraccu en de warmtepompboiler het hoogst in de MCA.
Kotte: ‘De warmtepompboiler is het meest effectief in het verlagen van het gasverbruik en de energiekosten, maar gebruikt ook energie uit het net omdat deze een groot deel van de dag moet aanstaan. De wateraccu heeft daarentegen lagere initiële kosten en maakt gebruik van een overproductie aan zonne-energie. Dit betekent dat de wateraccu een goede keuze is voor huishoudens die op een eenvoudige manier hun zonne-energieproductie beter willen benutten. Hoewel de wateraccu over het algemeen dus minder energie-efficiënt is dan een warmtepompboiler, levert hij wel een bijdrage aan een eenvoudige en betaalbare bottom-up transitie naar duurzaamheid.’
Tekst: ing. Marjolein de Wit - Blok
Fotografie: Solyx Energy