E-Learning

Ga aan de slag. Succes !


 

Accu’s en batterijen. 

Voor een stabiele elektrische energielevering is energieopslag nodig voor de zeer korte, de korte en de lange termijn:

  1. Milliseconden tot minuten (netstabiliteit):
    - Vliegwiel
    - Magneten
  2. Minuten tot uren (fluctuaties per dag)
    - Pompcentrales
    - Persluchtopslag
    - Accu’s
  3. Dagen tot maanden (seizoensopslag, overbrugging “wintergap”)
    - Waterreservoirs of een heel zwaar gewicht wat je omhoog hijst in een mijnschacht.
    - Chemische opslag (Power to gas) Waterstof, mierenzuur. 

 1280
Batterijen worden als maar goedkoper en men hoopt uit te kunnen komen op $ 100 per kWh. Dat was $ 1000 in 2010.
Hierdoor kan men steeds goedkopere elektrische auto's maken. In 2017 zei Audi dat ze nu al op $ 100 zitten.
Bron zie hier 

Tesla leverde in 2017 in Zuid-Australië een opslagbatterij van 100 megawatt capaciteit. 

Een gezin heeft 26.000 MJ energie nodig als je van het gas af bent. = 500 MJ per week. Een batterij kan 0,5 MJ / kg opslaan. Voor één week heb je dus 1000 kg batterijen nodig (als er geen zon schijnt of wind waait).

Nederland verbruikt jaarlijks 450 miljard MJ elektrische energie = 1 miljard per minuut = 2 miljoen kg lithiumbatterijen per minuut.

In 10 minuten 200 km

Als je een lithiumbatterij verwamt tot 60 graden kan hij in 10 minuten 200 km laden. Als je hem dan snel afkoelt beschadigt de batterij niet. Je kan tot 1700 keer laden zonder kwaliteitsverlies. 

Verdriedubbeling van de actieradius mogelijk

Onderzoek aan de Universiteit van Waterloo in 2017 kan leiden tot een verdriedubbeling van de actieradius van elektrische auto’s. Microscopische veranderingen in het lithium metaal kunnen leiden tot brand en explosies bij het laden en ontladen van de batterij. Daarnaast leidde een bepaalde reactie tot corrosie van de elektroden, wat de levensduur beperkte.

De onderzoekers waren in staat om beide problemen op te lossen door een chemische samenstelling van fosfor en zwavel toe te voegen aan de elektrolytvloeistof van de batterij. Wanneer deze stoffen in aanraking komen met het lithium metaal, zorgen ze spontaan voor een ultradun beschermend laagje.

De Carbon-ion cell

Een autobatterij opladen in 35 seconden met de Carbon-ion cell van het Britse bedrijf ZapGo. Ze bevat geen lithium of kobalt waardoor hij goedkoper en veiliger wordt maar ook veel sneller op te laden is.

De batterij van een Tesla model 3 kan 250 kilowatt  laden, de Carbon-ion batterij 350 tot 1,500 kilowatt en dat 10 maal sneller.

Dit betekent ook dat een elektrische stofzuiger binnen 20 seconden opgeladen kan zijn en een elektrische boor in 15 seconden en een telefoon in enkele seconden.

Zink-mangaan batterij (2019)

goedkoop, veilig en effectief. Het gepatenteerde ontwerp maakt gebruik van niet-giftig zink en mangaan, twee metalen die overvloedig aanwezig en een onbrandbare waterige elektrolyt om een ​​batterij met een hoge energiedichtheid te produceren.

De onderzoekers schatten dat de kosten van deze nieuwe elektrolytische Zn – Mn-batterij minder dan US $ 10 per kWh bedragen, vergeleken met US $ 300 per kWh voor huidige Li-ion-batterijen, US $ 72 per kWh voor Ni-Fe-batterijen en US $ 48 per kWh voor loodzuurbatterijen.

De energiezuinige, veilige batterij opent markten waar het gewicht, de grootte en de veiligheid van de batterij belangrijke factoren zijn, zoals auto's en ruimtevaart, en huishoudelijke en commerciële gebouwen en energieopslag.

De batterij maakt gebruik van basismaterialen en eenvoudige productieprocessen, zodat deze veel goedkoper te produceren en gemakkelijker te recyclen zijn dan bestaande batterijen met een vergelijkbare energiedichtheid.

Silicium anode batterij

De nieuwe silicium anode techniek van LeydenJar biedt grote kansen voor de gigafabrieken voor batterijen die we in Europa nodig hebben om aan de vraag te voldoen. Het is een nieuwe generatie accu’s met 50 procent meer energieopslag. De proeffabriek komt in Brabant en gaat medio 2020 open. De kosten van de batterij zijn vergelijkbaar met de huidige lithium batterijen.

FlashBattery.

Israëlische start-up StoreDot is met een batterij bezig die in 5 minuten op kan landen en bijna 500 km rijplezier geeft. De traditionele lithium-ion batterij wordt vervangen door nieuwe materialen en een nieuwe batterijstructuur. An all-solid-state supercapacitor that works based on electrostatic principles. Zelfs goedkoper dan de normale batterij.

batterijen
Wat zit er in een moderne batterij (die van Tesla)



Het begint met een lesprogramma over dit onderwerp gemaakt door docent Ruud Spierings, Koning Willem I College.
Onderaan staan alle innovaties op dit gebied.

Inleiding 

Galvanische elementen is de verzamelnaam van wat wij accu’s en batterijen noemen. Vaak wordt er ook het woord cellen gebruikt als men accu’s of batterijen bedoeld. We moeten al direct een onderscheid maken tussen heroplaatsbare en niet heroplaadbare cellen. We gaan in deze workschop bekijken hoe de chemische reacties plaatsvinden en enige schakelingen bekijken.

EMK Een accu of batterij (vanaf nu gebruiken wij het woord cellen) heb je in een schakelschema nodig als spanningsbron. Dit wordt aangeduid met bron (bronspanning) of de elektromotorische kracht. We korten hierna de term elektromotorische kracht af met de letters EMK. Het potentiaal verschil tussen de aansluitingen van een accu, wanneer er geen stroom loopt wordt EMK of bronspanning van de accu genoemd.

Een accu is geen bron die een constante stroom levert. De stoom varieert namelijk met de weerstand van de schakeling. Een accu blijft wel redelijk constant potentiaalverschil. Het potentiaal verschil daalt wel wanneer veel stroom getrokken wordt. Denk maar aan het starten van een auto. Wanneer je start met de koplampen aan dan zie je dat de lampen zwakker gaan branden. Doordat de startmotor veel stroom trekt daalt het potentiaalverschil. Dat het potentiaalverschil daalt heeft te maken met het feit dat de chemische reactie in de accu de niet snel genoeg lading kan leveren. Het niet snel genoeg kunnen leveren heeft te maken met een inwendige weerstand die de lading ondervind tussen de elektrodes in de accu. We duiden deze inwendige weerstand die elke accu heeft aan met de letter r. klemspanningEen accu is dus een EMK (symbool δ) in serie geschakeld met een weerstand r.

Hiernaast zie je dat schematisch weergegeven. We kunnen de klemspanning meten. Wanneer er geen stoom loopt is de klemspanning gelijk aan de EMK (δ). Dus Vab = δ. Ontrekken we nu een stroom I is er een inwendige daling van het potentiaal verschil van Vab = δ-Ir.





Verschillende soorten cellen (accu’s en batterijen). We kunnen twee soorten cellen onderscheiden, namelijk de primaire en secundaire. Primaire cellen zijn chemische spanningsbronnen die stroom kunnen leveren zonder voorafgaande lading. Bij Leclanché-cellen, alkalinecellen, enz. ontstaan, bij het inbrengen van twee verschillende platen in het elektrolyt, ogenblikkelijk een emk. Het zijn primaire elementen. Is de beschikbare elektrische energie afgegeven, dan moet je die primaire elementen vervangen. Het zijn wegwerpcellen. Ze kunnen niet opnieuw geladen worden.

Secundaire elementen zijn ook chemische spanningsbronnen, maar ze kunnen slechts een stroom leveren nadat ze vooraf elektrische energie hebben opgestapeld uit een andere bron. Accumulatoren of afgekort accu's zijn secundaire elementen of herlaadbare cellen. Een galvanisch element (cel) bestaat principieel uit twee geleidende platen (elektroden) uit verschillende materiaal die, zonder dat ze elkaar raken, in een elektrolyt(geleidend zout- of zuuroplossing) geplaatst zijn.

Scheikundige werking


Direct na het inbrengen van een metaalplaat in het elektrolyt ontstaat door de scheikundige werking een spanningsverschil tussen die plaat en het elektrolyt. Tussen 2verdundzwavelzuureen tweede plaat uit het zelfde materiaal en het elektrolyt ontstaat hetzelfde spanningsverschil, zodat tussen beide platen geen spanningsverschil bestaat. Als twee platen uit verschillend materiaal worden geplaatst, dan brengt het elektrolyt de twee platen in een verschillende elektrische toestand t.o.v. het elektrolyt, waardoor tussen de twee platen een emk wordt bekomen. De ene plaat heeft b.v. een hogere spanning t.o.v. het elektrolyt dan de andere plaat waardoor tussen beide platen een spanningsverschil bestaat. Zo is bij de cel van Volta de spanning tussen de twee platen ca. 1V met de koperplaat positief t.o.v. de zinkplaat.  Proeven hebben aangetoond dat de opgewekte emk tussen de twee platen afhankelijk is van het soort elektrolyt en het soort metaal waaruit de platen vervaardigd zijn. Zo zijn, naargelang de gebruikte materialen, verschillende typen van cellen gebouwd. 

De droge cel van Leclanché De cellen met vloeibare elektrolyt worden om het gebruik makelijker te maken vervangen door zogenaamde "droge cellen" De droge cel van Leclanché wordt ook zink-koolcel genoemd. Ze bestaat uit:

Een negatieve elektrode van geamalgameerd zink. Dit is zink dat behandeld is met kwikzilver, om minder door het zuur aangetast te worden. De negatieve elektrode is een cilindervormig doosje en bevat het elektrolyt, de positieve elektrode en de depolarisator.

Elektrolyt: ammoniumchloride(NH4Cl) die , door toevoeging van bv. zaagsel, gelatine of gips vermengd is tot pasta. Er zijn ook stoffen bijgevoegd die de oplossing vochtig houden, bederf voorkomen en de polarisatie tegenwerken.

Een positieve elektrode. dit is een koolstaaf in het midden van het zinken cilindervormige doosje. Om een even goed contact met de stroomkring te bekomen is bovenaan op de koolstaaf een dopje uit messing gedrukt.

De zinken cilinder zit in een isolerend omhulsel en is van boven afgesloten met een laagje pek.3batterij De emk bedraagt 1,5V. Om de cel lekvrij te maken zijn moderne uitvoeringen ingekapseld in een stalen omhulsel

 

Kenmerkende waarden van een cel De emk: De grootte van de opgewekte emk is alleen afhankelijk van de aard van de samenstellende delen. De emk is onafhankelijk van de grootte van de samenstellende delen. Het contactoppervlak van de elektroden met het elektrolyt en de afstand tussen de elektroden hebben geen invloed op de waarden van de emk. Zo heeft een Leclanché-element val elke vormgeving (klein of groot) een emk van 1,5V.

De inwendige weerstand De inwendige weerstand is afhankelijk van:

      Het materiaal dat men voor het elektrolyt en de elektroden gebruikt. De grootte van het contactoppervlak van de elektroden met het elektrolyt. Als het contactoppervlak vergroot, daalt de inwendige weerstand. Om Ri te verkleinen is bij een droog element de negatieve elektrode een cilindervormig doosje dat de positieve elektrode geheel omsluit. De afstand tussen de elektroden. Als de elektroden dichter bij elkaar worden gebracht, verminderd de inwendige weerstand. De temperatuur. De inwendige weerstand verminderd als de temperatuur stijgt. De gebruiksvoorwaarden De inwendige weerstand van een droge Leclanché-cel is ligt tussen 0,1 en 2.



De regimestroom

      De ontlaadstroom van een cel heeft een bepaalde grenswaarde. Overschrijdt de ontlaadstroom die grenswaarde, dan is de aanvoer van waterstof te groot, waardoor de depolarisator die hoeveelheden waterstof niet meer kan binden. Hierdoor polariseert de cel, waardoor de emk daalt en de inwendige weerstand toeneemt. De maximale stroom die een cel kan leveren, zonder dat ze polariseert heet regimestroom. De regimestroom bij cellen is klein, maar wordt groter naarmate de cel grotere afmetingen heeft. Hoe kleiner de stroom die de cel moet leveren, hoe langer de cel dit zal volhouden en hoe groter de hoeveelheid elektriciteit die ze kan leveren gedurende haar levensduur

De capaciteit

      De capaciteit is de totale hoeveelheid elektriciteit die het element kan leveren bij normaal gebruik. De capaciteit neemt toe naarmate de hoeveelheid elektrolyt en de oppervlakte van de elektroden toeneemt. Een cel met een grotere capaciteit kan gedurende een langere tijd een zelfde stroom leveren.

Moderne types van droge cellen

Alkalinecellen

      Bij de alkaline-cel is het elektrolyt kalium-hydroxyde(KOH) geabsorbeerd in een vezelmateriaal. De positieve elektrode bestaat uit Zink in een stalen omhulsel, de negatieve elektrode bestaat uit een mengsel van mangaandioxyde en grafiet.

             800px-Alkali battery 5            5alkaline batterij 2

        Ze komen in afmetingen overeen met de meest voorkomende Leclanché-cellen. Dit type wordt ook geconstrueerd als knoopcel. De emk per cel is 1,5V. Ze worden gebruikt bv. in transistorontvangers, cassetterecorders, elektrische spelletjes. Ze hebben een grotere capaciteit dan een gewone cel van dezelfde afmetingen, maar ze zijn duurder. Ze bewaren lang. Na 1 jaar is de capaciteit nog 90% en na 30 maanden nog 80%. bij een Leclanché-cel is reeds na 6 à 12 maanden de capaciteit gedaald tot 80%. De klemspanning blijft bij stroomlevering meer constant dan bij een Leclanché-cel.

 

Kwikcellen

      De kwikcel is ongeveer samengesteld zoals de alkalinecel. Als depolisator wordt een metaaloxyde gebruikt.


6kwikcel

        Deze cellen zijn in de handel in cilindrische vorm en als knoopcel. De emk per cel is 1,35V of 1,4V. in de cilindrische vorm zijn ze te herkennen aan het opschrift "mercury". Ze worden gebruikt in foto- en filmapparaten, meetinstrumenten, industriële en medische apparaten. Ze zijn duurder dan alkalinecellen. Ze hebben een grotere capaciteit per volume-eenheid. Ze zijn zwaar milieubelastend. De klemspanning blijft nog meer constant dan bij een alkalinecel.

Zilveroxydeknoopcellen

      De emk is 1,5V per cel. Ze worden gebruikt in foto- en filmapparaten, rekenapparaten, horloges, hoorapparaten enz.

   7zinkluchtknoopcel1         8zinkluchtknoopcel2
        

Zinkluchtknoopcellen

      De emk is 1,45V per cel. De zinkluchtcel werkt met de zuurstof uit de lucht. slechts na het verwijderen van de folie-sticker begint het scheikundig proces en kan de cel energie leveren. Ze zijn geschikt voor kleine belastingen bv. Bij hoorapparaten en bepaalde medische apparatuur. De zinkluchtcel heeft een langere levensduur dan de andere cellen en ook haar spanning blijft vrijwel constant bij belasting.

De lithiumcellen

      De emk is 3V per cel. De lithiumcel is de jongste en de duurste droge cel. Ze kan 5 tot 10 jaar stroom leveren bij de juiste belasting. Ze wordt gebruikt in rekenapparaten, horloges, camera's, computers, als pacemaker, enz.

9litiumbatterij      10lithuimbatterij                          

11ontladingscurve

Veilig en degelijk gebruik van cellen

      Vochtigheid en warmte zorgen dat het scheikundig proces in droge cellen sneller verloopt, waardoor hun levensduur vermindert. Droge cellen worden daarom het best in een plastiekverpakking bewaard op een droge plaats.
        -Als het toestel lang niet gebruikt wordt, is het aan te raden de cellen er uit te nemen. Ze kunnen immers lekken en zo het apparaat beschadigen.

 

        -Probeer nooit de werking van cellen te activeren door ze te verwarmen vooral alkalinecellen kunnen hierdoor ontploffen.

 

        -Probeer ook nooit ontladen cellen opnieuw op te laden. Gooi ze ook niet in het vuur. In beide gevallen bestaat er ontploffingsgevaar. Probeer nooit cellen te openen. Ze bevatten bijtende en giftige stoffen.

 

        -Vooral knoopcellen zijn gevoelig voor transpiratie van de vingers. Poets ze even op met een droge doek vooraleer ze in het apparaat te plaatsen.

 

        -Zorg dat de knoopcellen niet binnen handbereik van kinderen komen. De kinderen kunnen ze voor een snoepje aanzien en inslikken.

 

        -De fabrikanten streven er naar, voor zover het technologisch mogelijk is, de kwikoxydecel die milieubelastend is, te vervangen door een zinkluchtcel of andere. -Gooi kwikcellen nooit in de vuilniszak. Bij ontbinding op een vuilnisbelt of bij verbranding komt het kwik terecht in de voedselketen van plant, dier en mens. Er kunnen hierdoor afwijkingen, huidziekten en aantasting van het zenuwstelsel ontstaan. Wees milieuvriendelijk en breng je gebruikte kwikcellen naar de milieustraat. Vaak kun je ze ook terugbrengen naar de winkel waar je ze gekocht hebt om ze daar in te leveren. Uit de kwikcellen wordt het kwik teruggewonnen en zo voorkomen dat de kwik in het milieu terecht komt.

    Soorten Accu's.

          Om grote vermogens op te kunnen slaan schakelen we meer cellen in serie tot we een gelijkspanning samengesteld

    13accu

          hebben van 6V, 12V ,24 en 48 Volt. Deze samengestelde cellen noemen we accu

    .

          De ontwikkeling van de accu’s zo als we hem nu kennen in nog volop in beweging. De accu wordt gezien als de toekomstige energie drager voor onze auto’s en zal daarom steeds belangrijker worden. Ook kunnen accu’s worden ingezet voor de opslag van de overproductie van elektriciteit bij kleinschalig gebruik windmolens en zonnepanelen.



          Over het algemeen onderscheiden we 3 type accu’s.



          Start accu. De startaccu is vooral bekend als auto-accu. Deze accu kan een hoog piekvermogen leveren omdat er vele dunnen platen in gemonteerd zijn waardoor er veel oppervlakte gecreëerd is. Een nadeel is dat deze accu niet diep ontladen kan worden.



          Semi Traktie. De semie traktie accu wordt ook wel huishoudaccu genoemd. Deze kunnen veel dieper ontladen dan de start-accu. De platen zijn dikker en er is vaak een versteviging aangebracht. Deze accu heeft een iets lager startvermogen dan de start-accu.



          Traktie accu. De Traktie-accu kunnen zeer snel en zeer diep ontladen worden en hebben een grote cycli bestendigheid circa 1800x (Cycle bestendigheid is de maximaal aantal ontladingen van de accu). Deze accu is geschikt voor het dagelijkse bedrijfsmatige gebruik. Ze zijn echter niet volledig onderhoudsvrij en er komen gassen uit en zijn erg zwaar.

     

    We Kunnen de traktie-accu onderverdelen in de loodzuur accu, calcium accu, GEL accu en de AGM accu.

    Loodzuur accu zijn de accu’s gevuld met een elektrolyt (zuur). Deze zijn wel cycli bestendig 300x, maar doordat er gassen vrij komen zijn ze niet zo geschikt voor in de leefruimtes. Deze accu’s hebben afschroefbare doppen om het zuur bij te kunnen vullen. In de schroefdoppen zit een klein gaatje om de gassen te laten ontsnappen.

    Calcium accu is in principe als de loodzuur accu, maar is volledig onderhoudsvrij. Deze beter geschikt in leefruimte te plaatsen omdat er niet zo snel gassen zullen ontsnappen.


    Gel Accu zijn compleet gesloten accu’s en hoog cycli bestendig (1000x).14accu2Deze accu moet met een speciale gel-lader opgeladen worden om beschadiging van de accu te voorkomen. De oplaadspanning per cel is geringer dan bij een normale accu mogelijk. Bovendien is de temperatuur van de accu van invloed op de maximaal toelaatbare laadspanning. Opladen met een dynamo van een auto is af te raden worden. Deze accu kan veel ontladen worden maar niet diep!

    De AGM accu is de nieuwste accu afgeleid van de GEL batterij (600 tot 700x deep-cycle). Deze accu is bestand tegen diep ontladen en kan met een dynamo, zonnepaneel of met een standaard acculader opgeladen worden.

    15gelbatterij


    Serieschakeling van cellen

          Bij serieschakelen van cellen wordt telkens de negatieve klem van de ene cel verbonden met de positieve klem van de volgende cel.De eerste seriegeschakelde cellen vormen een seriebatterij. De twee polen van de batterij zijn dan de positieve klem van de eerste bron en de negatieve klem van de laatste in serie geschakelde bron.



    Eigenschappen

          De totale emk van de serie batterij (Ebat) is gelijk aan de som van de emk's van de in seriegeschakelde cellen.


    Formule: Ebat=E1+E2+E3+...

          In een serieschakeling van cellen wordt iedere cel doorlopen door dezelfde stroom. De inwendige weerstand van een seriebatterij is gelijk aan de som van de inwendige weerstanden van de verschillende in serie geschakelde cellen.


    formuleRibat=Ri1+Ri2+Ri3+...

          De stroom geleverd door een seriebatterij:

    I=Ebat/Rt = Ebat/(Ribat+Ru).

          Het spanningsverlies in een seriebatterij:

    Uvibat=I*Ribat.

          De klemspanning van de seriebatterij:

    Ubat=Ebat-Uvibat.

    Voorbeeld -1- Drie cellen zijn in serie geschakeld volgens onderstaande figuur. Bereken de emk van de batterij. De inwendige weerstand van de batterij, de stroom geleverd door de batterij, de klemspanning van de batterij, het inwendige spanningsverlies in de batterij.
    17schema

    Gegeven: E1=50V,E2=20V,E3=30V,Ri1=5W,Ri2=3W,Ri3=2W,Ru=40W Gevraagd: Ebat,Ribat,I,Ubat,Uvibat Oplossing: 1. Vervangingscel. Ebat=E1+E2+E3= 50V+20V+30V=100V Ribat=Ri1+Ri2+Ri3=5W+3W+2W=10W 2. Stroom geleverd door de batterij. I=Ebat/(Ribat+Ru)=100V/(10W+40W)=2A 3. Spanningsverlies in de batterij. Uvibat=Ribat*I=10W*2A=20V 4. De klemspanning van de batterij. Ubat=Ebat-Uvibat=100V-20V=80V

    Voorbeeld -2-  Hoeveel cellen met emk=1,5V en Ri1=0.5W moet men in serie schakelen opdat een stroom van 0,5A zou vloeien door een weerstand Ru=15W? Gegeven: E1=1,5V,Ri1=0,5W,I=0,5A,Ru=15W. Gevraagd: Ns
    18schema2 Oplossing: 1. De klemspanning van de bron Ubat=Ru*I=15W*0,5A=7,5V 2. Het spanningsverlies in één cel Uvi1=Ri1*I=0,5W*0,5A=0,25V 3. Klemspanning van elk element U1=E1-Uvi=1,5V-0,25V=1,25V 4. aantal in serie te schakelen bronnen:  Uit de formule Ubat=Ns*U1 halen we Ns=Ubat/U1=7,5V/1,25V=6  

    Parallelschakeling van cellen Cellen zijn in parallel verbonden als de positieve klemmen samen verbonden zijn tot één gemeenschappelijke positieve klem en al de negatieve polen samen verbonden zijn tot één negatieve klem. Gewoonlijk schakelt men alleen cellen met een zelfde emk en een zelfde inwendige weerstand parallel. Zo bekomt men een parallelbatterij.

    Eigenschappen De elektromotorische kracht van een parallelbatterij is gelijk aan de emk van één van de parallel geschakelde bronnen.
    Ebat=E1 De inwendige weerstand van een parallelbatterij is Np maal kleiner dan de weerstand van één parallel geschakelde bron.
    Ribat=Ri1/Np De totale stroom geleverd door een parallelbatterij is Np maal groter dan de stroom I1 geleverd door één der parallel geschakelde bronnen
    Ibat=I1*Np

    Voorbeeld -3-

    Vier gelijke cellen met E1=6V en inwendige weerstand Ri1=1W, staan parallel aangesloten op een uitwendige weerstand Ru=0,5W.Bereken de stroom in de uitwendige weerstand, de stroom geleverd door één bron, de klemspanning van de batterij, het inwendige spanningsverlies in de batterij, het inwendige spanningsverlies in één bron en de klemspanning van één bron. Hoeveel zou de stroom zijn als men slechts één cel gebruikt?

     

    19schema3 

     

          Gegeven: Np=4, E1=6V, Ri1=1W,Ru=0,5W. gevraagd: Ibat, I1, Ubat, Uvibat, Uvi1, U1, De stroom die één bron zou sturen door dezelfde Ru. Oplossing: 1. Vervangingsbron Ebat=E1=6V Ribat=Ri/Np=1W/4=0,25W 2. Stroom geleverd door de batterij Ibat=E/(Ribat+Ru)=6V/(0,25W+0,5W)=8A 3. Stroom geleverd door één bron I1=Ibat/Np=8A/4=2A 4. Klemspanning van de batterij U=Ru*Ibat=0,5W*8A=4V 5. Inwendige spanningsverlies in de batterij Uvibat=Ribat*Ibat=0,25W*8A=2V 6. Inwendige spanningsverlies in één bron Uvi1=Ri1*I1=1W*2A=2V 7. Klemspanning van één bron U1=E1-Uvi1=6V-2V=4V 8. Stroom in de keten als slechts één bron gebruikt wordt I=E1/(Ri1+Ru)=6V/(1W+0,5W)=4A

    Voorbeeld -4- Je wil een parallelbatterij met emk=6V te maken, die in een weerstand Ru=2,75W een stroom stuurt van 2A. de beschikbare bronnen hebben een emk van 6V en een inwendige weerstand Ri1=2W. hoeveel bronnen moet je parallel schakelen om dit te bereiken? Hoe groot zal de stroom zijn die iedere bron levert? Hoeveel zal de klemspanning bedragen?
    20schema Gegeven: Beschikbare bronnen: E1=6V, Ri1=2W, Ebat=6V, Ibat=2A, Ru=2,75W. Gevraagd: Het aantal parallel te schakelen bronnen of Np, I1, Ubat Oplossing: 1. Ebat=E1=6V: De beschikbare bronnen zijn bruikbaar om een batterij met emk=6V te vervaardigen. 2. uit de formule Ibat=Ebat/(Ribat+Ru) Bereken je de weerstand (Rt) van de keten. Rt=Ribat+Ru=Ebat/Ibat=6V/2A=3W 3. Ribat=Rt-Ru=3W-2,75W=0.25W 4. Je weet dat Ribat=Ri1/Np, hieruit haal je Np=Ri1/Ribat=2W/0,25W=8 Je moet bijgevolg 8 bronnen met emk 6V en Ri1=2W in parallel plaatsen. 5. Iedere bron zal dan een stroom leveren: I1=Ibat/Np=2A/8=0,25A 6. De klemspanning van de bron: Ubat=Ibat*Ru=2A*2,75W=5,5V.

    Opdracht

          Een boerderij moet onafhankelijk van externe elektriciteitsbronnen 2 dagen zichzelf  van energie kunnen voorzien. Voor de elektrische energieopwekking worden zonnepanelen en windmolens gebruikt (het hele jaar door). Maak een energiebalans en een vermogensbalans om de energiestromen in kaart te brengen en ontwerp de elektrische energie voorziening. Bepaal de te installeren vermogens van de pv cellen en windmolens. Realiseer je dat niet altijd de zon schijnt en er een windje staat. De aannames die je hierbij doet moeten wel onderbouwd worden. Bepaal hoeveel accu’s je nodig hebt om aan de vraag te kunnen voldoen en ontwerp de elektrische schema’s . Geef toelichting op de schakelmethodes.

    Nieuwe ontwikkelingen

    2019: 1000 km op één batterijlading 

      Zwitserse start-up Innolith komt met de Energy Battery voor 1000 km en zelfs zonder zeldzame materialen, maar ze laten er niets over los. Nu zijn lithium en kobalt belangrijke materialen. Batterijproducent Panansonic ontwikkelt een accu waar geen kobalt in verwerkt is. Deze batterij krijgt een vermogen van 1000 wattuur per kilo. De Tesla model 3 heeft er een van 250 wattuur per kilo.

      Niet-brandbare elektrolyt

      Innolith ontwikkelt een accu die gebruik maakt van een niet-brandbare elektrolyt. In de lithium-batterijen die nu gebruikt worden als batterij in een elektrische auto, wordt een elektrolyt gebruikt dat wel brandbaar is. Volgens Innolith worden de fabrikanten van elektrische auto’s nu nog beperkt doordat de batterijen brandbaar zijn.

      Silicium anode

      Lithium batterij op basis van een silicium-anode wordt in plaats van grafiet kan tot vijftig procent meer energie opslaan. Bij lithiumbatterijen is de grafiet-anode (minpool) de bottleneck. Zuiver silicium heeft een tien keer grotere capaciteit heeft maar het materiaal zet sterk uit bij het laden, en krimpt weer bij ontladen waardoor het broos wordt en breekt. Maar nu heeft LeydenJar de anode een specifieke poreuze structuur te geven, waardoor het werkt als een spons. Deze vinding komt voort uit het zonnecelonderzoek van ECN. Het bijbehorende plasmaproces (“PECVD”) dat door ECN ontwikkeld is, biedt de mogelijkheid om zulke anodes te maken in massaproductie. 

      All solid state accu

      Kort door de bocht is hij in staat om drie keer zoveel capaciteit te huisvesten en kun je hem binnen enkele minuten opladen. Denk je eens in dat je net als vroeger gewoon een week met je smartphone kan doen en als hij leeg is je hem binnen enkele minuten gewoon weer volledig op kan laden. Het klinkt als verre toekomst maar volgens de onderzoekers is het toch echt zo. Oh, en voor Samsung is er ook goed nieuws. Dit type accu kan namelijk niet ontploffen of in brand vliegen. Dat hadden ze voor de Galaxy Note 7 wel goed kunnen gebruiken

      Als je accu's uitrust met een dun laagje grafeen met nanoporien dan gaat de energiedichtheid omhoog.

      De waterstofbromide flowbatterij

      De ‘waterstofbromide flowbatterij’ is een innovatieve batterij die een nieuwe en betaalbare manier van energieopslag mogelijk maakt. Daardoor kunnen zonne- en windenergie concurrerend worden met fossiele brandstof.

      Ontwikkeld door Witteveen+Bos, Elestor BV, ECN en de HAN. 

      Betaalbaar en het is ook mooi dat het gewenste vermogen [kW] en capaciteit [kWh] onafhankelijk van elkaar kunnen worden gedimensioneerd. In de flowbatterij van Elestor bevinden de beide chemische componenten zich elk in een eigen gesloten circuit. De componenten zijn van elkaar gescheiden door een selectief membraan, dat alleen protonen doorlaat. Als op de batterij een spanning wordt aangelegd, vindt een redoxreactie plaats, waarbij protonentransport door het membraan plaatsvindt en de batterij geladen wordt. Bij het ontladen vindt de reactie in omgekeerde richting plaats. Doordat deze redoxreactie 100 % omkeerbaar is, kent het proces intrinsiek geen degradatie, waardoor de opslagcapaciteit van het systeem na verloop van tijd niet afneemt. De beide chemische componenten zijn op aarde in overvloed aanwezig en daardoor zeer goedkoop.

      De duurzame superbatterij

      In plaats van conventionele lithium-ion-batterijen een supercondensator met grafeen als batterij in auto's. Het Deense Fisker gaat er mee beginnen.
      Grafeen maken was nog heel duur maar Fisker claimt nu een techniek te hebben waarin ze 1000 kg grafeen kunnen produceren voor 10 ct per gram. 
      Grafeen bestaat slechts uit een enkele laag van atomen, maar door de structuur van kippengaas is het wel 200 keer sterker dan staal.
      Een van die eigenschappen is dat elektronen zich gemakkelijk door het materiaal bewegen: grafeen is daarmee een betere geleider dan koper. Ook is het extreem dun, waardoor het in vele laagjes opgevouwen kan worden.
      Een supercondensator is een grote condensator die elektrische lading op kan slaan en bestaat uit twee geleiders met daartussen een niet-geleidend materiaal. Hij kan heel snel worden geladen: binnen enkele seconden. Daarmee is het een alternatief voor de huidige accutechnologie.

      Het probleem is dat supercondensatoren heel groot moeten zijn om voldoende lading vast te houden voor gebruik in bijvoorbeeld smartphones en laptops. Grafeen moet uitkomst bieden. Wetenschappers doen al jaren onderzoek naar supercondensatoren van grafeen en slagen erin om steeds meer energie op te slaan.

      De Nanoflowcell

      Een membraan scheidt de elektrolyten (de zouten) (Lythium en zwavel). Het zit in een netwerk van nanodeeltjes. Hierdoor ontstaat een krachtige redox accu waardoor een auto vijf maal verder kan rijden dan op lithium-batterijen in huidige elektrische auto's. In redox accu's vindt oxidatie en reductie parallel plaats. Een li-ion accu heeft 120 W/kg energie terwijl de nanoflowcell 11.000 W/kg heeft. Het vermogen is 6000 W/kg.  

      LithiumairEen elektrische auto die geen andere brandstof nodig heeft dat zuurstof? Lithium-air is een sprookje waar zelfs giganten als IBM in investeren en een bedrijf als Polyplus waanzinnige doorbraken bereikt
      Door het brandbare lithium met een laagje keramiek te bedekken kan zuurstof en zelfs water (zeewater) passeren, zonder dat er ongelukken gebeuren. Door de keramiek functioneren de membramen als de kieuwen van een vis. PolyPlus kan op basis van deze techniek al een werkende batterij tonen die ‘1.300 watt-hours' per kilogram aan elektriciteit kan leveren. Dat is drie keer zoveel als het theoretische maximum van de lithium-ion batterij.Inmiddels heeft IBM een techniek in huis waarmee een auto meer dan 500 kilometer kan rijden.

      Bolloré heeft een lithium metaalpolymeer batterij ontwikkeld die 3000 maal is op te laden, die niet warm wordt en die meer kunnen opslaan als normale batterijen. Ze zitten in de electric blue car.

      Een onderzoeksgroep in Japan heeft een oplaadbare accu ontwikkeld die zeven keer het vermogen van een normale lithium-ion accu kan bevatten.
      De batterij werkt doordat zuurstofatomen binden aan een kathode van lithium-oxide. Daarbij komt elektriciteit vrij. Het lithium met de extra zuurstof wordt ook wel een peroxide genoemd. Bij het opladen scheiden de zuurstofatomen weer, iets wat tevens als een doorbraak in het onderzoek geldt. De anode, die de elektronen levert, is gemaakt van lithium.De ontwikkeling van de batterij is een gezamenlijk project van de Universiteit van Tokyo en het bedrijf Nippon Shokubai, dat onder andere katalysators maakt. De groep claimt dat de potentiële energie-dichtheid van de nieuwe batterij niet alleen zeven keer groter is dan die van de gangbare lithium-ion accu’s, maar ook nog eens goedkoper en veiliger is. Dat laatste is een groot voordeel ten opzichte van een andere concurrent in de wereld van batterijontwikkeling: de lithium-airaccu. zie boven.( Deze bevat theoretisch een hogere capaciteit, maar is niet afgesloten van de buitenwereld. Problemen met bijproducten uit de lucht zijn daarom een obstakel. Daar heeft de nieuwe batterij geen last van. De accu is volgens de ontwikkelaars vooral interessant voor elektrische auto’s en grote opslagsystemen. Grootschalige toepassing laat echter nog op zich wachten, de theoretische capaciteit moet eerst nog worden waargemaakt.nIEUWE BATTERIJ
      Door de anode en cathode 3 dimensionaal te maken kunnen nu batterijen worden gemaakt die in een paar seconden kunnen worden opgeladen en die maar enkele millimeters dik zijn.

             

       BYD (build your dreams) is een elektrische autofabricant in China. Ze werken met ijzerfosfaat batterijen die volledig te recyclen zijn. Ze kunnen goed worden opgeladen. Ze maken ook zonnepanelen en hun droom is de Green city die overdag zonlicht gebruikt voor stroom maar die wordt opgeslagen in batterijen en die dan 's-nachts weer gebruikt kan worden.

             

      Grafeen

      Energie opslaan in cannabis blijkt goedkoop en effectief. De hennepplant overschaduwt daarmee het supermateriaal grafeen.

            Onderzoekers van onder ander de Canadese Universiteit van Alberta

      hebben de potentie van cannabis laten zien

            . Door de bastvezels van hennep in twee fasen te verhitten zijn ze er in geslaagd 

      zeer efficiënte koolstofelektroden te maken. Deze gebruiken ze als materiaal om energie op te slaan in batterijen en supercondensatoren.

            Groot voordeel van het materiaal is dat het goedkoop is om te maken. Veel onderzoek in energieopslag richt zich op dit moment op het supermateriaal grafeen, maar dat is juist zeer kostbaar. Het resulterende materiaal van het verhitte hennep is ook veel toleranter voor extreme temperaturen. Het materiaal blijft energie opslaan bij het vriespunt, maar ook als het tegen het kookpunt aanzit. Een Canadese start-up is de technologie al aan het ontwikkelen voorbij de conceptfase. Vooral de toepassing in supercondensatoren is veelbelovend. Deze laden bijna direct op en verliezen geen capaciteit. Daarmee komt een elektrische auto met goedkope batterijen die snel oplaadt een stap dichterbij.

      Accu op Zeezout

      De zeezoutbatterij is een goedkope, efficiënte en milieuvriendelijke manier om groene energie op te slaan. Zo heeft de zeezoutbatterij de mogelijkheid om snel op- en af te laden.

      Dat heeft grote voordelen voor bijvoorbeeld elektrisch rijden. Dr. Ten is enthousiast over elektrisch rijden en voorziet dat we massaal overstappen naar deze manier van vervoer. Echter, Marnix ten Kortenaar, de schaatsprofessor voorziet ook twee problemen. Als we namelijk nu massaal elektrisch gaan rijden, raakt het net overbelast als het tijd is om op te laden. Daarbij laadt de auto aan huis nog niet optimaal snel op. De oplossing? Een zeezoutbatterij bij je huis of in de wijk, die opgeladen wordt door een zonnepaneel en eventueel nog een windmolen.

      De zeezoutbatterij voorziet in opslag van de energie en kan tegelijkertijd als snel-lader fungeren. Binnen een uur kan je dus weer op de weg zijn. Nog niet overtuigd van deze innovatie? Bill Gates wel. De rijkste man op aarde investeerde een onbekend bedrag in een soortgelijk Amerikaans bedrijf dat ongeveer $ 35 mln dollar ophaalde.

      Efficiënte energieopslag is noodzakelijk voor een zinnige transitie naar duurzame energiebronnen. Dat betekent wel dat we duurzaam opgewekte elektriciteit (gedeeltelijk) zullen moeten omzetten en opslaan in chemische verbindingen. Dat stelt Wiebren de Jong in zijn intreerede als hoogleraar aan de TU Delft. 

      Large Scale Energy Storage.

      Bij de productie van duurzame energie heb je een mismatch tussen elektriciteitsvraag en -aanbod, en dus onvermijdelijk periodes van goedkope en dure elektriciteit. Opslag (van elektronen) is dan de oplossing

      b.v 

      - in kleinschalige systemen, zoals vliegwielen en batterijen of
      - in de vorm van chemische verbindingen, als CH4, of meststoffen, plastics of waterstof.
      - in sommige metalen als aluminium, titanium of zink, ijzer. Je maakt zuiver aluminium als er veel elektriciteit op het net zit en je laat het weer oxideren als energie nodig is.

      Het nadeel is dat ze per liter maar weinig energie bevatten en dsu enorme opslagvolumes vergen.

      Waterstof

      Hierbij wordt eerst water met  elektriciteit ontleed in waterstof. Waterstof kan weer gekoppeld worden aan CO2, om daarmee efficiëntere energiedragers te maken.

      Methaan

      Uit CO2 en HUit biomassa kan CO2 worden gewonnen door verbranding en CO2-afvang. Deze CO2 vormt dan weer de grondstof voor methaanproductie. Onze huidige gasinfrastructuur kan grote hoeveelheden opslaan. In tijden van schaarste aan duurzame bronnen kan methaan met gasturbines weer in elektriciteit worden omgezet.’

      Elektrochemie

      Gebruik elektriciteit direct om CO2 via elektrochemie om te zetten in de gewenste moleculen. Het hart hiervan vormt de elektrochemische cel. Het potentieel van deze elektrochemische technologie is groot, omdat de selectiviteit hoog kan zijn en de procescondities zeker qua temperatuur niet extreem uitdagend.

      E-Refinery

      is een samenwerking van materiaalkunde, katalyse, elektrochemie, transportverschijnselen, reactorkunde, energietechnologie en proces-systeem-integratie, tot aan inbedding in onze nationale infrastructuren via systeemstudies om energie op te kunnen slaan. Hierbij wordt de fluctuerende elektriciteitsproductie, CO2-vangst, de primaire conversie, verder productscheiding en -zuivering, opslag en transport en productgebruik in verschillende sectoren geintegreerd.

       

      In  hoeverre is ammoniak NH3 de ideale energiedrager ? Het kan gemaakt worden uit lucht (als stikstofbron en water als waterstofbron. volgens het Haber bosch proces. Bij de verbranding van ammoniak komen alleen onschadelijke producten vrij als water en stikstof. Geen kooldioxide. In tegenstelling tot waterstof is ammoniak gemakkelijk op te slaan in tanks onder beperkte druk is het vloeibaar en het is gemakkelijk te transporteren. Het lijkt een ideale energiedrager. 

      Bij overschotten aan productie van duurzame energie kan men ook de overschotten met andere landen uitwisselen, kan men de elektriciteitsvraag trachten flexibel te sturen, kan men opslaan in batterijen of tijdelijk windmolens en zonnecellen afschakelen. ook kan men Power to Gas (P2G) inzetten maar dit is duur en als hetl wordt ingezet voor de productie van CO2-vrije brandstof, dan kan het flexibel opereren van de P2G installatie wel extra baten opleveren. Sowieso is volgens ECN nader onderzoek nodig om de technologie op de langere termijn rendabel te maken. Nu is dat nog niet het geval.

      IJzerpoeder als energiedrager

      Team Solid van TUe is er mee bezig. Een ppt is hier te zien. 

      solid

      Metaalpoeder wordt in een cyclus gebruikt. Laten we beginnen met roest. Wanneer we energie toevoegen aan de roest, bij voorkeur duurzame energie, verandert de roest in ijzer. In dit ijzerpoeder wordt de energie vervolgens opgeslagen. Dit poeder kan eenvoudig in een container naar de andere kant van de wereld worden getransporteerd. Of u kunt het opslaan van de zomer tot de winter. Vervolgens kan het strijkijzer worden verbrand. Door het ijzer te verbranden, komt er energie vrij (een vlam is heet, zie je?). Deze energie kan worden gebruikt om een wijk van elektriciteit te voorzien, een trein te bedienen of een schip te bevaren. Wanneer het ijzerpoeder wordt verbrand, wordt het de roest waarmee we zijn begonnen. Op deze manier wordt een duurzame cyclus gecreëerd, waar we energie toevoegen wanneer we te veel hebben en energie krijgen wanneer we niet genoeg hebben.

      Compressed air energy storage

      De door Storelectric gebruikte technologie betreft Compressed Air Energy Storage. Hierdoor kan een overschot aan wind- of zonne-energie opgeslagen worden voor momenten dat de wind niet waait of de zon niet schijnt. Dat gebeurt onder de grond. Daar wordt de overtollige energie gebruikt om lucht onder hoge druk in een zoutcaverne, een ondergronds reservoir, te bewaren. De lucht wordt dan samengedrukt om energie op te slaan. Wanneer je de energie nodig hebt, laat je de lucht weer vrij. Door het drukverschil ontstaat opnieuw bruikbare energie.

      CAES

      In Utah is men in 2019 gestart met een grote opslag

      Met de waterstof, grote batterijen, brandstofcellen en Compressed Air Energy Storage (CAES) moeten jaarlijks 150.000 huishoudens van duurzame energie voorzien worden. Bij de laatste techniek wordt het overschot aan wind- of zonne-energie in de vorm van samengeperste lucht opgeslagen onder de grond. De capaciteit is 1000 MW. In Nederland doet de NAM op dit moment onderzoek naar de toepassingen van CAES.

      Opslag met een heel zwaar gewicht.

      Het Britse bedrijf Gravitricity is bezig met een groot gewicht in een oude mijnschacht energie op te wekken. Door het gewicht te laten zakken of op te hijsen, wordt energie opgeslagen of komt het juist vrij.

      Vallend water

      Met twee grote waterreservoirs - de een 1.400 meter onder de grond, de andere aan het oppervlak - wil Zuid-Limburg misschien energie gaan opslaan. Het gaat om een nieuwe combinatie ‘van bestaande mijnbouwtechnologie en hydrotechnologie.’

      Waterkrachtturbines tussen de reservoirs, die stroom opwekken uit vallend water en energie opslaan door hetzelfde water weer omhoog te pompen, verzorgen de energieopslag. Net zoals bijvoorbeeld bij stuwmeren in Scandinavië en de Alpen. De Limburgse ondernemer verwacht dat de OPAC, Ondergrondse Pomp Accumulatie Centrale, € 1,5 tot € 1,8 mrd zal kosten. Adviesbureau EY rekent op basis van een financiële studie op 10,2 procent rendement op eigen vermogen.

      Slimmere accu voor elektrische auto

      Duitse onderzoekers hebben een slimme batterij voor elektrische auto’s ontwikkeld. Bij een defect hoeft daardoor niet de hele batterij meer vervangen te worden. Dat kan de kosten flink drukken.

      Een batterij kan uit meer dan honderd cellen bestaan. Maar als een van die cellen stuk gaat, dan moet de hele batterij vervangen worden. Dat komt doordat de afzonderlijke cellen van een batterij in serie zijn geschakeld. Daardoor is de capaciteit zo groot als de zwakste cel toelaat. Als die stuk is, is dat 0. De auto valt stil of start niet meer.

      Onderzoekers van het Fraunhofer-instituut in Stuttgart hebben daarom een batterij ontwikkeld waarin elke cel een ingebouwde microcontroller heeft. Die registreert onder meer de temperatuur en de oplaadstatus van de cel.

      Bovendien zijn de cellen met elkaar (en met de boordcomputer) verbonden. Als een cel het laat afweten, dan wordt die automatisch afgekoppeld en nemen de andere cellen het via slimme sturing over. Hun capaciteit kan momenteel met 4 procent vergroot worden.

      Die slimme cellen maken de batterij stukken goedkoper, zeggen de onderzoekers. Dat komt enerzijds doordat de cellen niet meer op gelijke capaciteit hoeven te worden gesorteerd voor productie, en dat bij een kapotte cel niet de hele accu hoeft te worden vervangen. Voordeel voor zowel de producent als voor de gebruiker.

      Het prototype is klaar. De onderzoekers moeten de elektronica nu voldoende verkleinen zodat die in de cellen past.

      50 % meer opslagcapaciteit

      Onderzoeksinstituut ECN heeft een nieuwe technologie ontwikkeld waarmee oplaadbare batterijen 50 procent meer opslagcapaciteit krijgen.

      De nieuwe technologie (2016) vervangt het traditionele grafiet in de anode door silicium, waardoor dit onderdeel van de lithium-ion batterij tien keer zoveel opslagcapaciteit krijgt en de batterij als geheel 50 procent.

      Het probleem van silicium is echter dat het bij het opladen opzwelt en drie keer zo groot wordt, waardoor siliciumlagen los kunnen raken en de batterij uit elkaar valt. ECN brengt het silicium via nanotechnologie in kolommetjes op een koperfolie aan, zodat er ruimte is om uit te zetten en de batterij stabiel blijft. De laag moet uiteindelijk 10 micron dik worden voor commerciële toepassing, tien keer dunner dan een blad papier.

      AquaBattery

      Is een startup die een energieopslagsysteem heeft ontwikkeld dat werkt op basis van water en tafelzout in plaats van schaarse en dus dure grondstoffen.


      Thuisaccu's
       
       
       “Powerwall” van Tesla of  de“MyReserve” van SolarWatt in samenwerking met BMW voor zo’n € 3000,-. Het Duitse sonnen, producent van thuisbatterijen, heeft een investeringsronde van € 60 mln succesvol afgesloten. De investeringsronde werd geleid door Shell Ventures.

      De introductie van huisaccu’s is een grote stap naar een transformatie van de energie-infrastructuur in de wereld. Huishoudens die zelf energie opwekken, worden met een accu steeds minder afhankelijk van energieaanbieders. Nederlanders die stroom geleverd krijgen van een leverancier, hebben voorlopig nog geen voordeel van een huisaccu”, zegt Paul van Selms van het consumentencollectief UnitedConsumers.

      “Huishoudens die zelf stroom opwekken, kunnen door de huisaccu honderden euro’s besparen. Niet alleen de leveringskosten dalen, maar ook de hoge belasting hierop. Omgerekend valt bijna 50% belasting weg voor de thuisproducent van stroom. De huisaccu is ook voordeliger dan het terugleveren van stroom aan het net, ook wel de salderingsregeling genoemd,” aldus van Selms.

      Er is echter een verschil tussen de thuisaccu's. Het apparaat van Tesla werkt alleen met systemen van bepaalde fabrikanten. De accu van MyReserve werkt met alle systemen. Ook bijvoorbeeld met de omvormers van zonnepanelen die mensen nu al in huis hebben.

      Of een thuisaccu rendeert hangt van de situatie af.  Wie op dit moment stroom teruglevert aan het net, krijgt daarvoor tot het totaal van zijn stroomverbruik het volledige bedrag, inclusief belasting, terug, door middel van salderen. Lever je meer terug dan je verbruikt, krijg je veel minder vergoed. Vanaf dat moment, of als salderen wordt aangepast of verdwijnt, wordt het financieel rendabel om zelf een accu te hebben. In de andere gevallen geeft de thuisaccu vooral meer zekerheid en flexibiliteit.

      Helemaal 'off the grid' is echter nog niet mogelijk. Dat kan voor 80 procent, maar voor ongeveer 20 procent van de tijd heb je het stroomnet nog wel nodig. In de winter produceer je bijvoorbeeld niet genoeg stroom met je zonnepanelen.

      De huishoudens in Nederland met een piek-dal tarief betalen tijdens het daltarief gemiddeld zo’n 2 cent per kWh minder dan in het piektarief. Het opladen van de huisaccu tijdens daluren, om deze stroom vervolgens in de piekuren te gebruiken, loont nauwelijks om de investering van zo’n € 3000,- terug te verdienen.

      Batterijen uit de Nissan leaf voor woningen

      In 2018 worden in Voorhout 33 woningen opgeleverd met een xStorage-thuisbatterij van Nissan voor de opslag van zonne-energie. De batterijen zijn gemaakt van gebruikte batterijmodules uit de elektrische Nissan LEAF. Door deze componenten als thuisbatterijen in te zetten voor de opslag van zonne-energie krijgen ze een tweede leven. 

      2017 Buurtbatterij

      buurtbatterij

      Voor het eerst in Nederland wordt een buurtbatterij in een wijk ingezet. In de buurtbatterij wordt zelf opgewekte zonne-energie opgeslagen als je die niet gebruikt. Op het moment dat je de stroom nodig hebt, kan je die er weer af halen. In het dorp in Haarlemmermeer testen 35 huishoudens het komende jaar deze unieke batterij samen met Lyv smart Living, netbeheerder Liander en Tegenstroom, het lokale energiebedrijf van de gemeente Haarlemmermeer.

      Het energiemanagementsysteem met een bijbehorende app registreert als energie wordt opgeslagen in de buurtbatterij en wanneer de bewoner die er weer af haalt. Aan de hand van het actuele energiegebruik van de bewoners en de hoeveelheid opgewekte energie wordt bepaald of de energie het beste gebruikt, opgeslagen of teruggeleverd kan worden aan het net. Als een bewoner in de wijk energie nodig heeft dan levert het systeem zijn resterende deel uit de batterij terug. Zo kunnen bewoners maximaal hun eigen opgewekte energie gebruiken en wordt het energienet ontlast.

      S4 Energy opslagsysteem

      Netbeheerder Tennet neemt een innovatief opslagsysteem in gebruik in Almelo, dat frequentieschommelingen in het hoogspanningsnet sneller moet dempen. Dit helpt de netbeheerder om het net voor te bereiden op de toename in zonne- en windenergie. Daarnaast maakt het opslagsysteem virtuele energiecentrales mogelijk.

      Het opslagsysteem, geleverd door S4 Energy, is in staat om op hoge snelheid energie op te slaan en weer terug te leveren aan het net. Daarmee worden frequentieschommelingen op het hoogspanningsnet gedempt. Dit met Kinext-vliegwieltechnologie dat voor kortere perioden instantaan vermogen kan leveren, zonder capaciteitsverlies. De batterijsystemen hebben een grotere capaciteit, maar degraderen snel als die veel en vaak wordt aangesproken. De twee vullen elkaar dus perfect aan. Via de Kinext-unit kunnen we met dit systeem continu vermogen leveren; bij langdurige frequentieafwijkingen kan de batterij ingeschakeld worden. Daardoor gaan de batterijen langer mee en heeft het systeem een gegarandeerde levensduur van meer dan tien jaar. Het biedt ook mogelijkheden tot virtuele energiecentrales: Op termijn gaan de klassieke energiecentrales verdwijnen. Daar komen meerdere, kleinere energieproducenten voor terug, met name zonne- en windparken. Door die met dit type opslag te combineren en optimaal in te regelen, kun je als het ware ‘virtuele centrales’ creëren.

      Smart grid

      Het grillige aanbod van duurzaam opgewekte energie uit zon en wind en het feit dat opslag van overtollige energie duur is, zijn de grootste bottlenecks voor de opmars van hernieuwbare energievoorziening. 

      Het doel van smartgrids is aanbod en vraag op elkaar af te stemmen, een vereffening van de pieken op korte termijn.
       
      Daarbij worden in eerste instantie de fluctuaties van de aangeboden energie en afname bijeengebracht (bijvoorbeeld wassen als de zon schijnt en vereffening op wijkniveau). Daarnaast kan overtollige energie worden opgeslagen in korte termijn opslagsystemen zoals thuisaccus of accus in voertuigen.
       
      Op het schema zie je een nano-grid, dat is een smartgrid op gebouwniveau. Dit systeem regelt korte-termijn-energieopslag in de warmtapwaterboiler op het moment dat er een overschot is aan elektrische energie. Hierdoor vlakt dit systeem pieken en dalen in de energievoorziening gedurende één of meer dagen uit en wordt er minder gesaldeerd.  De boiler en de pv-installatie moeten hiervoor wel op dezelfde fase staan. De kosten voor dit systeem zijn lager dan een zonnecollector. Dit nano-grid systeem is ook goed aan te sluiten op een microgrid (smartgrid op wijkniveau).

      smart grid

      Voor een smart grid zijn dikkere kabels nodig. Energieopslag met accu's of waterstof. Meedenkende apparaten en niet dat allerhande elektrische auto's op hetzelfde moment gaan opladen wanneer b.v. half Nederland gaat koken. Auto's die zelf stroom terugleveren als dat nodig is. Daarvoor is kunstmatige intelligentie nodig. Bij een varabele stroomprijs kunnen apparaten zich aanschakelen als de stroomprijs laag is. Maar als bij een lage prijs alle auto's zich beginnen op te laden heb je weer een ander probleem. De stroom zal soepel en eerlijk verdeeld moeten worden op buurtniveau zonder overbelasting. Het systeem moet de weersverwachting zien en de wensen van de gebruikers kennen en de netcapaciteit,. 
       
      Energieopslag in zoutcavernes

      Chemieconcern AkzoNobel onderzoekt in Groningen en Twente kansen om energie op te slaan in zoutcavernes. Het bedrijf wil daarvoor, bijvoorbeeld met overtollige wind- en zonne-energie, lucht samenpersen in de bodem.

      Energieopslag op basis van het concept Compressed Air Energy Storage (CAES) wordt al toegepast in de Verenigde Staten en Duitsland. Met grote compressors, die draaien op tijdelijke overschotten aan stroom, worden grote ondergrondse holtes onder druk gebracht met gewone lucht. De energiesystemen kunnen honderden megawatts leveren.

      Wanneer er behoefte is aan stroom, dan vliegt de perslucht via een turbine weer naar buiten. De installaties in Duitsland en de VS gebruiken daarbij ook aardgas, om de lucht te verwarmen en van extra energie te voorzien. Ten opzichte van een gewone elektriciteitscentrale op aardgas, leveren de CAES-centrales drie tot vier keer meer elektriciteit per kuub aardgas.

       Bij energieoverschotten kan je ook energieintensieve chemicalien gaan maken. Siliciumcarbide maken kost heel veel energie (net als ammoniak en choor). Het is goed aan en uit te schakelen. Fabrieken gebruiken het al. Bij overschot aan energie is de prijs laag en maken ze veel Silicium Carbide. Daarna schakelen ze het proces uit. Of opslag in waterstof of methaan. Maar dan moeten er wel dikke kabels lopen naar de bedrijven die er mee aan de slg gaan.

      Of de energie gebruiken om met warmtepompen of compressie laagwaardige restwarmte of stoom om te zetten in hoogwaardige.  

      Ook valt te denken aan het gebruik van elektriciteit voor membraaninstallaties die processtromen ontwateren en zo een alternatief voor droogtorens vormen. De membraaninstallaties draaien op stroom, de droogtorens op stoom.

      Kolenmijn als batterijopslag

      De Prosper-Haniel kolenmijn in de Duitse staat Noordrijn-Westfalen wordt ingericht als een waterkrachtreservoir, dat fungeert als een opslagbatterij. De opslagfaciliteit krijgt genoeg capaciteit voor de energievoorziening van 400.000 huishoudens.

      De oude mijn wordt uitgerust met turbines aan de voet van de mijnschachten, die energie opwekken als er een tekort is aan wind- en zonne-energie. Het wordt mogelijk om 1 miljoen kubieke meter water 1.200 meter diep in de mijn te storten.

      batteries
      2016 -  Er komt onderzoek naar de mogelijkheden om auto-accu’s aan het einde van hun automotive levensduur te hergebruiken door ze in te zetten in de energieketen voor energieopslag. Het unieke aspect hierbij is de integratie tussen twee ketens. Enerzijds de afvalketen - het ophalen en verwerken van de batterij - en anderzijds de energieketen, waarbij gebruikte accu’s in een ‘power tower’ worden geplaatst met als doel om energieoverschotten uit zonne- en windenergie tijdelijk op te slaan of om spanningspieken mee af te vlakken.

      2019 Opslagsysteem Cesar

      Normaal kost batterijopslag 20 cent per kilowattuur en met Cesar nog maar een paar cent. Daarnaast is de capaciteit van een batterij relatief beperkt in vergelijking met het systeem van Van Nimwegen. Plus: er zitten geen smerige materialen in.

      Een oude zeecontainer, veertig kubieke meter basalt, steenwolisolatie en kronkelende stalenbuizen. Elektriciteit wordt door de buiswanden geleid. Door de wrijving ontstaat warmte. Op die manier warmen de stenen rondom de buizen op en wordt energie in de vorm van warmte opgeslagen. De steenwol isoleert, waardoor de stenen de warmte vasthouden. Als Van Nimwegen vervolgens de warmte wil winnen, dan blaast hij lucht door de buizen. Dan komt die hete lucht eruit.  

      Aangezien er geen mechanische snufjes aan te pas komen, zijn de onderhoudskosten laag. Ook de materialen gaan lang mee. Zo kan staal zeer hoge temperaturen aan, terwijl de buizen in Van Nimwegen’s systeem slechts temperaturen van circa 500 graden te verduren krijgen. Qua onderhoud verwacht hij dat alleen af en toe een pompje vervangen moet worden. Op die manier kan Van Nimwegen 10.000 kilowattuur aan energie als warmte opslaan. De initiële kosten: € 50.000. Inmiddels zijn de kosten opgelopen tot € 100.000.

      Er zijn vooral kansen op wijkniveau, maar ook op nog grotere schaal. Het systeem wordt goedkoper, hoe groter het is. Dat heeft te maken met de inhoud-oppervlakte ratio. Hoe groter de inhoud van het systeem, hoe lager het relatieve energieverlies aan de oppervlakte.

      Persoonlijk denk ik dat je elektriciteit niet in warmte moet omzetten.

      Opslag in stenen van 600 graden

      Test Facility In Denmark To Be Proof Of Concept For High Temperature Thermal Energy Storage Using Stones As Storage.

      Voor toekomstige theoretische opslag in Denemarken heeft de technische universitaire DTU opslagbehoeften geïdentificeerd van 10% van 1,4 GW baseload in 2035: 830 uur per jaar op volledige capaciteit (> 300 MWh opgeslagen en gemiddeld per dag vrijgegeven). Opslagvereisten zijn gelijk aan 1 opslagoplossing van 1,227 miljoen kubieke meter (bijvoorbeeld 600 bij 200 bij 10 meter). De opslagoplossing kan vrijwel onzichtbaar zijn in de omgeving.

      Zie hier

      Gravity power

      Gravity Power maakt gebruik van een grote zuiger, ook wel een piston genoemd, die in zich in de ondergrondse schacht van de Gravity Power Plant op en neer beweegt. Het principe van Gravity Power’s pompcentrale is verder hetzelfde als die van traditionele pompcentrales.

      Bij traditionele pompcentrales wordt energie verbruikt door water naar een hoger niveau te pompen. Als er weer energie geleverd moet worden, stroomt het water terug naar het lager gelegen niveau, waarbij het een turbine aandrijft die weer elektriciteit opwekt.

      Voor de oplossing van Gravity Power geldt hetzelfde principe, maar in plaats van water naar een hoger niveau te pompen wordt de piston omhoog gepompt. Als de vraag naar energie hoog is, daalt de piston weer en genereert het water elektriciteit door een ondergrondse turbine aan te drijven.

      Bij de cursus installeren van energieopslagsystemen krijgt u de onderstaande onderwerpen. Zie BDA Dak- en Gevelopleidingen in Gorinchem

          • De marktpositie en de kansen voor energieopslagsystemen op de Nederlandse markt
          • Verschillende typen energieopslagsystemen
          • Kenmerken, componenten en werking van energieopslagsystemen
          • Ontwerprichtlijnen van kleine batterijsystemen en de berekening van het rendement
          • Installatierichtlijnen voor energieopslagsystemen
          • Praktijkdemonstraties: werking - installatie - monitoring
          • Uitvoering en beheer: veilig installeren en onderhouden van energieopslagsystemen
      %MCEPASTEBIN%