Leestijd: 15 - 20 minuten
Onlangs plaatsten we project a.s.r online op onze website. In dit project zijn veel unieke oplossingen verwerkt. Daarom hebben we besloten om een los artikel te schrijven over de gelijkspanning (DC) wat wordt toegepast in het bi-directionele laadplein.
Een volledig gasloos kantoorgebouw en het doel om in 2024 alle 800 leaseauto’s full-electric te hebben, dat waren de 2 ambities waarmee a.s.r. op zoek ging naar een oplossing. Jos Ruijter, projectleider en werkzaam bij technische en facilitaire dienst van a.s.r. kwam uit bij een slim regelend laadplein. Vanuit een langdurige samenwerking tussen Kropman en a.s.r. zijn we samen aan de slag gegaan met het ontwerp, de engineering en de realisatie. Dit alles in samenwerking met Venema E-mobility, Hogeschool van Amsterdam, DC-Systems (by Schneider Electric) en Elektro Internationaal.
Samen met Venema E-mobility en de Hogeschool van Amsterdam maakt Kropman onderdeel uit van het door de RVO gesubsidieerde onderzoek VAP-DC: Veilig en Autonoom regelend PV-laadplein met DC-distributie.
Het inrichten van een DC-systeem
Bij het aanleggen van een PV-laadplein met DC-distributie komt een hoop kijken. De wereld om ons heen is namelijk bijna volledig ingericht op het gebruik van wisselstroom (AC). Om dit te veranderen is er veel onderzoek, monitoring en experimenteren nodig. Daarom zijn er bij a.s.r. op dit moment 84 van de 2100 PV-panelen losgekoppeld van het standaard AC systeem. Speciale DC/DC stringoptimizers zijn geplaatst om het stroomverloop te stabiliseren. Daarnaast zijn 84 zonnepanelen aangesloten op de DC-hoofdverdeelkast welke 3 DC-laders van stroom voorzien.
Het laden van elektrische auto’s met gelijkspanning is niet geheel nieuw. Op dit moment wordt laden met DC vooral gebruikt bij snellaadpunten langs de snelweg. In de rest van Nederland (kantoren, woonhuizen) is het juist gebruikelijk om direct te laden met AC, waarbij juist een omvormer in de auto zorgt voor de juiste hoeveelheid DC-stroom.
Zonde want, in de omvorming van DC -> AC -> DC gaat een hoop stroom verloren, namelijk +/- 14%. Wanneer er gebruik gemaakt wordt van een DC -> DC laadsysteem sla je twee conversies over en heb je te maken met slechts +/- 3% energieverlies. Een rendement van 15-20% waarbij je op een laadplein van 250 auto’s al 50 extra auto’s DC kunt laden.
Normering: NPR9090
Het installeren en gebruik van een DC-installatie is op dit moment nog niet geheel risicoloos.
Waar AC- en DC installaties beide dienen te voldoen aan de NEN1010 norm is het gevaar bij DC-installaties groter en is het essentieel om extra alert te zijn op de uit te voeren handelingen. Daarom is VAP-DC ook betrokken bij de ontwikkeling van een nieuwe praktijkrichtlijn en norm welke zich volledig richt op DC-installaties: NPR9090.
Kropman is voor de borging van kennisontwikkeling betrokken bij de normcomissie voor de NPR9090. Deze norm is momenteel ingericht met vier gevarenzones. Hierbij is zone 0 zeer gevaarlijk (dicht bij de bron), bij zone 4 is er een laag gevaar vanwege een veilig spanningsniveau. Kijk je naar een laadpaal die zowel een auto kan laden, als kan terugleveren aan het grid (V2DC), dan bevind je je al in zone 3.
De DC-laadpalen zijn bi-directioneel (laden/leveren) en worden aan de DC elektronisch beveiligd door zogenaamde Current-routers van Schneider Electric (DC-systems). Middels deze elektronische beveiliging wordt er heel snel uitgeschakeld (dI/dt) bij over-/verschil-/foutstromen.
Autonoom systeem
Autonomie is de kracht van deze DC-installatie. Alle systemen die worden toegevoegd aan een DC-installatie werken met gedragsregels. Om energie van A naar B te verplaatsen moet de spanning hoger worden. Als er door de PV panelen veel energie geleverd wordt terwijl de vraag laag is, zal de spanning hoger zijn dan als de vraag hoog is een het aanbod laag. Wordt de spanning te hoog? Dan wordt er meer energie afgenomen door bijvoorbeeld elektrische auto’s te laden. Is er te weinig toelevering van energie? Probeer dan minder elektriciteit te benutten.
In de situatie bij a.s.r. kan er in het geval van weinig energieopwekking gebruik worden gemaakt van de energie in de auto’s. Met behulp van lokale gedragsregels in het InsiteSuite systeem en spanningsmetingen weet het laadplein wat die mag doen (laden, ontladen of beide). Een drooprate-regeling zorgt ervoor dat alles voldoet aan de ingestelde gedragsregels. Is dit niet het geval? Dan wordt er automatisch minder energie teruggeleverd aan het DC- (grid deelnemers of een andere auto) of AC-grid (gebouw).
Is er te weinig spanning beschikbaar om het DC-systeem door te laten draaien? Dan zijn er Active Front End (AFE) van DC-systems (Schneider Electric) geplaatst die zorgen voor een bi-directionele conversie van AC/DC.
Door bij a.s.r. het DC-systeem los te koppelen van het AC-systeem blijft het DC-systeem altijd doordraaien op hetzelfde spanningsniveau. Mocht dit VAP-DC-systeem toch, gepland of ongepland, uitgeschakeld moeten worden, is er een safetywire circuit voorzien, die alle deelnemers aan het DC-grid, in- en uitschakelt. Middels noodstoppen, brandmeldingen en Emergency Power Off knoppen op de parkeerdekken, wordt de safetywire uitgeschakeld.
Zwerfstromen
Net als bij een AC-installatie heb je bij een DC-installatie te maken met zwerfstromen. Een deel van de opgewekte energie gaat zwerven via de behuizing, constructie, beton(staal) om zo de weg naar moeder-aarde te gaan. Deze zwerfstromen kunnen uiteindelijk leiden tot roest en afbrokkeling van het staal met alle gevolgen van dien.
Om te kijken en meten wat het effect is van zwerfstromen bij een DC-installatie zijn er bij het laadplein van a.s.r. sensoren in het beton geplaatst om het effect van zwerfstromen in verschillende scenario’s te meten en aardingsstelsel te maken. Wat heeft wel/geen invloed? Is instortgevaar echt reëel? Welke gevaren brengen zwerfstromen met zich mee en in welke mate?
De volgende stap
Op dit moment is ervoor gekozen om een groot deel van het laadplein te voorzien van AC-laadpalen. Een keuze gemaakt op basis van marktontwikkelingen en veiligheid. De DC-laadpalen worden momenteel benut om industrieel aan te tonen dat het aanbod tussen zon en auto uitgebalanceerd kan worden. Zo wordt opgewekte energie gebruikt om een auto te laden, maar is er bij te veel stroomopwekking ook een omvormer aanwezig die energie naar het gebouw kan brengen. Normalisatie van dit proces is belangrijk om dit verder te onderzoeken.