Is het huis van de toekomst volledig DC?

Met het toenemend aantal pv-systemen lijkt het logisch dat het huis van de toekomst volledig op gelijkspanning zal ‘draaien’. Dit zal de nodige impact hebben op zowel de gebruikte apparatuur als de inrichting van de meterkast en bijvoorbeeld de mogelijkheden voor opslag. DC-expert Henry Lootens legt uit waar installateurs rekening mee moeten houden, maar tempert tevens het enthousiasme voor een volledig ‘DC-woning’.

Gelijkspanning heeft om verschillende redenen de voorkeur boven wisselspanning. Zo is de levensduur van DC-apparaten en -componenten langer en is DC eenvoudiger aan te sturen. Verder betekent overstappen naar DC dat de gebruiker niet meer afhankelijk is van de kwaliteit van het wisselspanningsnet dat wordt beïnvloed door aanbieders en afnemers in heel Europa. DC-expert Henry Lootens: ‘In Nederland hebben we een relatief goede netkwaliteit, maar daarvoor moeten ‘we’ wel alle zeilen bijzetten. Waar vroeger de energie vraagafhankelijk werd geproduceerd, gebeurt dit door het toenemend gebruik van duurzame bronnen – zoals wind en zon – steeds meer weersafhankelijk. Dat betekent: voortdurende onzekerheid en kans op grote fluctuaties in het net. Met DC kun je alles veel lokaler aansturen en vervalt deze afhankelijkheid.’

Centrale meterkast

Deze lokale benadering betekent dat in de DC-woning van de toekomst de centrale meterkast zal verdwijnen. Individuele woningen of eventueel een aantal woningen bij elkaar, zullen dan gekoppeld zijn aan eigen energiebronnen (zoals pv-panelen), eigen opslag en het openbare net.
‘Centraal verdelen vanuit de meterkast heeft dan niet zoveel zin’, meent Lootens. ‘De stroom komt immers niet op één plek binnen, maar op verschillende punten en wordt ook niet op één plek afgenomen. Het is daarom zinvoller om verbruikers en opwekkers in elkaars nabijheid te plaatsen waarbij je ook nog eens rekening kunt houden met het verbruikersprofiel. Bijvoorbeeld wcd’s met verschillende capaciteiten passend bij de afnemer. Een ander goed voorbeeld is om airco’s direct te koppelen aan pv-systemen: veel zon betekent immers een hoge elektriciteitsproductie en dat past goed bij een grotere koelbehoefte.’
Alle apparatuur zoveel mogelijk lokaal aansturen betekent wat Lootens betreft tevens dat er geen aansluiting op externe netwerken – zoals het internet met bijbehorende cloud – nodig is. Lootens: ‘En dat is een voordeel. Hebben we het over nieuwe ontwikkelingen in de energietransitie en DC, dan is ict eenvoudig een grote bedreiging. Cybersecurity staat niet voor niets dik in de belangstelling op dit moment. Wat dat betreft denk ik dat het goed is om de ‘leuke’ communicatie te scheiden van de belangrijke communicatie. Onder ‘leuk’ versta ik bijvoorbeeld alle domotica toepassingen. Onder belangrijk schaar ik communicatie met beveiligingscomponenten in je installatie en je congestiemanagment: de mate waarin er te veel of te weinig energie beschikbaar is; híervoor moet je echt naar buiten.’

Aansturen

Tot slot vraagt het aansturen van de componenten om wijzigingen in de installatietechniek. Door het ontbreken van de 50 Hz frequentie is het namelijk eenvoudig op spanning te regelen. ‘Anders, maar vooral eenvoudiger en het biedt mogelijkheden om te automatiseren’, geeft Lootens aan. ‘Dat laatste is belangrijk omdat je met je eigen opwekking en opslag in combinatie met het net zo slim mogelijk moet omgaan met energie. Door te automatiseren kun je zowel binnen een woning als op wijkniveau vraag en aanbod zo goed mogelijk op elkaar afstemmen.’
‘Dit moet natuurlijk wel binnen bepaalde kaders. Om een voorbeeld te geven: je auto opladen of je wasmachine laten draaien, kun je het beste doen op het moment dat er een maximale hoeveelheid energie wordt geproduceerd. Wanneer je om acht uur naar je werk gaat en om vijf uur 's middags weer thuiskomt, wordt dit lastig. Automatiseren kan dit probleem oplossen met software die zonder tussenkomst van datacenters zelfstandig keuzes kan maken en de energieproductie in de gaten houdt. Op basis van zijn bevindingen zal hij de wasmachine op een energetisch optimaal moment starten.’
‘Gaat het om het opladen van een auto, dan kun je niet alleen het tijdstip automatisch laten bepalen, maar ook de snelheid waarmee wordt geladen. Dat kun je ook weer afstemmen binnen een hele wijk. En uiteraard stel je dan ook een tijdstip in waarop een bepaalde activiteit gebeurd moet zijn. Bijvoorbeeld de auto vol vóór zeven uur ’s morgens en de was gedraaid tussen twaalf en vijf uur ‘s middags.’

Woning- of wijkniveau?

Ondertussen heeft Lootens automatisch de brug geslagen naar toepassing van DC op wijkniveau. ‘Schaalvoordelen’, meent hij kort. ‘DC op autarkische basis toepassen is eenvoudig egoïstisch en bovendien niet het meest efficiënt. Energie delen op wijkniveau betekent dat je veel meer mogelijkheden hebt om vraag en aanbod goed op elkaar af te stemmen én gebruik te maken van de inmiddels bekende buurtbatterij.’
‘Ik kan niet zeggen dat de wet- en regelgeving hier al klaar voor is, maar als we wel zover komen, dan betekent dit dat je alle overproductie aan stroom kunt opslaan in de buurtbatterij; wanneer deze overbelast raakt gaat het overschot via de wijkverdeler naar middenspanningsniveau. Vanaf hier kun je weer overgaan naar microgrids. Dit betekent overigens niet dat de thuisbatterij of een andere vorm van eigen opslag in de woning geen plek heeft in het energiesysteem van de toekomst. Het is echter niet de heilige graal voor het complete energiesysteem.’
Op wijkniveau samenwerken betekent overigens ook dat het niet nodig is dat iedereen zijn dak volledig vult met pv-panelen met een capaciteit die 100 procent het eigen verbruik dekt. Lootens: ‘De praktijk en berekeningen geven aan dat 70 procent van je capaciteit neerleggen voldoende is. Die 100 procent betreft namelijk het jaarverbruik wat betekent dat er alsnog vele momenten zijn dat je zelf onvoldoende opwekt en ook veel momenten dat je veel te veel produceert. Ik heb liever 8 miljoen woningen met vier panelen dan 1,5 miljoen met zestien stuks.’

Bi-directioneel

Indirect heeft Lootens met eerdere uitspraken al de nodige tips gegeven voor installateurs die benieuwd zijn naar ‘de DC-woning van de toekomst’:

plaats energieproducenten in de buurt van verbruikers,
werk liever op buurtniveau dan individueel (waarbij systeemefficiëntie leidend is ten opzichte van component efficiëntie),
regel de datastromen lokaal.

Maar er is meer. In het kader van de energietransitie en elektrificatie moeten installateurs leren denken in bi-directionele stromen. Vroeger ging stroom één richting op: van het net naar de verbruiker. Door het toenemend aantal pv-panelen moet vanuit de meterkast ook steeds vaker stroom worden terug geleverd terwijl het aantal verbruikers én de hoeveelheid benodigde stroom per verbruiker (elektrische auto’s) flink kan oplopen. Dáár zijn veel meterkasten niet op uitgelegd en worden deze door Lootens dan ook betiteld als ‘spijtkasten’.
‘Het bijzondere is dat we niet lijken te leren. Inmiddels is bekend dat het verkeerd invoeren van omvormers op de meterkast tot te hoge stromen kan leiden. Dat wordt momenteel opgelost met batterijen als buffer. Nu er steeds meer laadpalen worden geplaatste creëren we het probleem in feite opnieuw, maar dan andersom: er worden grote hoeveelheden energie onttrokken. Er wordt echter geen discussie gevoerd hoe je de problemen voorkomt die gepaard gaan met een X aantal auto’s die gelijktijdig vol vermogen trekken wanneer de eigenaars allemaal rond hetzelfde tijdstip thuiskomen.
Het is dus echt belangrijk dat installateurs zich gaan verdiepen in de stromen die in de woning van de toekomst gaan lopen. En dat zal in eerste instantie zéker nog geen 100 procent gelijkstroom zijn, maar hoort wél bij de toekomst. Je meterkast dimensioneren op 40 A is prima. Maar een extra 16 A erbij betekent wel dat je bekabeling niet meer voldoet. Hoe los je dat op? Dikkere bekabeling of toch een stukje software dat de stromen in de gaten houdt en bijvoorbeeld bepaalde toepassingen ‘knijpt’ wanneer een bepaalde grens wordt bereikt?’

Vermogenselektronica

Wanneer we teruggaan naar de DC-woning pleit Lootens tot slot voor het omarmen van de mogelijkheden van vermogenselektronica. ‘We hebben nu de stichting gelijkspanning, maar als we toen hadden geweten wat we nu weten, hadden we daar de stichting ‘vermogenselektronica’ van gemaakt. Hier liggen namelijk de mogelijkheden om van DC een succes te maken. Er moet dan overigens wel meer nadruk komen op systemen in plaats van alle individuele oplossingen; de laatste frustreren de energietransitie alleen maar.’
En tot slot een open deur: ‘Zorgt dat je ‘bij’ blijft als installateur. Laat je opleiden door onafhankelijke organisaties in plaats van bedrijven die je binden aan één merk of één product. En niet te vergeten: wees ambassadeur van je eigen sector. Installateurs zijn echt de sleutel die de weg van techniek naar toepassing vrij maken.’