Kies die regte sonkragstelsel

Nicolaas Faure van Schalkwyk, elektriese navorsingsingenieur en sonkragopvoedkundige, Solar Training Centre
Gepubliseer: 3 Augustus 2020

2061

Met die afname in die koste van kragkomponente asook stygende elektrisiteitspryse, is daar al hoe meer huishoudings en besighede wat sonkrag begin oorweeg. Die moontlikheid vir gereelde beurtkrag na afloop van die grendeltydperk ondersteun hierdie sentiment. Watter tipe stelsel die beste gaan werk, is wel nie altyd voor die hand liggend nie.

Kragbesparing deur middel van sonkrag is moontlik sonder om enige vorm van batterye in te sluit. Kragvoorsiening in tye van beurtkrag is nog ’n moontlikheid. Stelsels vir beide hierdie scenario’s is moontlik, maar die bogenoemde voordele asook die koste sal van stelsel tot stelsel verskil.

Boublokke van ’n sonkragstelsel
’n Basiese stelsel het gewoonlik die volgende komponente: fotovoltaïese sonpanele, ’n batteryreëlaar, battery(e), omsetter(s) asook bedrading, skakelaars en beveiliging tussen die komponente. Die sonpanele wek die krag op deur die omskakeling van sonligkrag na gelykstroomkrag (GS-krag) en die batteryreëlaar reguleer die GS-krag wat na die battery(e) gaan (tipies 12V tot 48V). Die omsetter skakel die GS-krag om na wisselstroomkrag (WS-krag), tipies 230V of 400V, sodat die verbruiker alledaagse laste daarmee kan aandryf. Veral produsente sal meer bekend wees met 220V/380V of 240V/420V.

Vier hoofgroepstelsels word vervolgens bespreek en vergelyk:

Netwerkonafhanklike stelsels
Hierdie tipe stelsel lewer onafhanklik elektriese krag en word so genoem omdat daar geen fisiese konneksie tussen die stelsel en die Eskom- of munisipale netwerk is nie. Dit het geen effek op die plaaslike netwerk nie en daarom is vereistes vir goedkeuring minder en makliker. Tipies afgeleë kragverbruikers soos telekommunikasietorings, plase of huise maak gebruik van hierdie soort stelsel vir kragvoorsiening omdat ’n netwerkaansluiting te ver of eenvoudig te duur is.

Hierdie stelsels kan suiwer GS wees waar die kragopwekking asook die stoor en verbruik daarvan op GS plaasvind, byvoorbeeld teen ’n spanning van 12V. Suiwer GS-stelsels is goedkoper en meer effektief omdat ’n omsetter nie nodig is nie. GS-laste soos LED-ligte, hekmotors en elektriese heinings kan sonder enige omskakelingsverliese direk daarvan aangedryf word. Sou die verbruiker 230V- of 400V-WS-laste wil aandryf, sal ’n omsetter nodig wees wat die GS na WS met die gewenste spanning omskakel.

Figuur 1: ’n Voorbeeld van ’n netwerkonafhanklike stelsel.
Bron: SSEG FAQ Handbook; Quba Design

’n Brandstofkragopwekker kan hierdie stelsels komplementeer, veral op dae waar daar nie genoeg sonkragopwekking was nie en/of om die batterye te laai, mits daar ’n batteryreëlaar is. Neem kennis dat die kragopwekker in hierdie geval as ’n alternatiewe bron dien en nie in parallel of sinkroon met die sonkragstelsel werk soos by ’n gemengde stelsel nie.

Die meeste verbruikers wil gewoonlik ’n netwerkonafhanklike stelsel hê om beide totaal onafhanklik van Eskom of die munisipaliteit te wees en om kragkoste te bespaar. Nietemin word hierdie stelsels selde geïnstalleer in areas waar die netwerk wel beskikbaar is. ’n Stelsel wat onafhanklik en betroubaar krag voorsien, is eenvoudig te groot en gevolglik te duur, veral waar kragverbruik hoog is. Siende dat krag in Suid-Afrika nog relatief goedkoop en beskikbaar is, maak dit op hierdie stadium nog nie finansieel sin om heeltemal van die netwerk te ontkoppel nie. Tog is daar verbruikers wat onafhanklike, skoon, groen energie verkies, ten spyte van bogenoemde redes.

Netwerkonafhanklike stelsels is geskik vir:

  • Verbruikers of laste wat baie ver van die netwerk is.
  • Laekragverbruikstoepassings soos kameras, hekmotors, elektriese heinings en LED-beligting.
  • Eskom-kliënte, waar die netwerkkoste die energiekoste oorskry.
  • Verbruikers wat kragonafhanklik wil wees, ongeag die koste of finansiële voordeel.

Rugsteunkragstelsels
Rugsteunbrandstofkragopwekkers en ononderbroke kragvoorsieners (uninterruptible power supply of UPS) is goeie voorbeelde hiervan. Hierdie kragbronne dien as alternatiewe kragbronne. Met ander woorde, die laste gebruik óf munisipale of Eskom-krag óf die alternatiewe bron se krag. Hierdie stelsels lewer tipies geen kostebesparing nie, maar bied die gerief van kragvoorsiening tydens kragonderbrekings.

’n UPS sal tipies batterye herlaai vanaf die netwerk deur middel van ’n batterylaaier. Wanneer daar ’n kragonderbreking plaasvind, sal die UPS intern oorskakel na die omsetter wat WS-krag lewer aan laste. Daar is drie hooftipes UPS-tegnologie-opsies beskikbaar, naamlik ’n aflyn of bystand-UPS, ’n inlyn of lyninteraktiewe UPS asook ’n dubbele-omskakeling-UPS.

Daar is heelwat sonkragstelsels wat as ’n UPS opgestel kan word. Die sonpanele sal slegs die batterye laai of as ’n alternatiewe bron saam met die batterye krag aan laste voorsien. In hierdie geval sal die sonpanele nie saam met die netwerk krag voorsien soos met ’n netwerkgekoppelde stelsel nie.

Die meeste brandstofkragopwekkers het ’n eksterne oorskakelaar nodig om die laste wat vanaf die netwerk krag kry, oor te skakel na die kragopwekker se uitset. Hierdie oorskakelaar verseker ook dat die krag wat opgewek word, nie terugvoer na die netwerk en/of die netwerk elektrifiseer nie en kan handmatig of outomaties wees.

Sou die UPS sonkrag integreer om gesamentlik in parallel met die netwerk krag te voorsien, of gesamentlik met die kragopwekker krag te voorsien om sodoende brandstof te bespaar, kan hierdie tipe stelsels as gemengde/hibridiese stelsels beskou word.

Rugsteunstelsels is geskik vir:

  • Mense wat hoofsaaklik kragvoorsiening wil hê vir noodsaaklike items tydens kragonderbrekings – tipies rekenaars, sekuriteitstelsels, selfone, internet, ligte en TV.
  • Beskerming van toerusting teen swak kragkwaliteitstoestande soos spanningsverliese en kragstuwings.

Netwerkgekoppelde stelsels
Meer as 80% van sonkragstelsels in Suid-Afrika is suiwer netwerkgekoppelde stelsels. Die meeste daarvan is by verbruikers waar kragverbruik hoofsaaklik deur die dag geskied, soos kommersiële, industriële en landboutoepassings. Hierdie stelsels maak in die meeste gevalle finansieel sin, die terugbetaaltydperk is kort en die lewensduur daarvan is normaalweg lank. Finansiering met gunstige terme is ook redelik beskikbaar hiervoor. Afhangend van die grootte, die kompleksiteit van die installasie en produkkeuse kan die terugbetaaltydperk van so ’n stelsel in Suid-Afrika enige iets tussen drie tot sewe jaar wees.

Hierdie stelsels staan ook bekend as grid-tied– of embedded generation-stelsels, waar die sonkragstelsel fisies aan die Eskom- of munisipale netwerk gekoppel is en in parallel krag aan die verbruiker lewer. Die verbruiker sal eerste van die sonkrag gebruik maak alvorens die netwerkkrag gebruik word. Sodoende verminder die kliënt sy verbruik vanaf die netwerk met gevolglike kostebesparing. Sou dit gebeur dat daar nie genoegsame sonkrag is nie, word meer netwerkkrag gebruik. In gevalle waar daar oortollige sonkrag is, kan dit – indien toegelaat – teruggevoer word na die netwerk. Alternatiewelik kan die sonkragstelsel gesmoor word om die kragopwekking en kragverbruik te laat ooreenstem en dus terugvoer na die netwerk te voorkom.

Daar word tans meestal vereis dat krag nooit teruggevoer mag word nie. Indien toegelaat, word die verbruiker selde vergoed vir die krag wat teruggevoer word. Hierdie vereistes verskil tussen munisipaliteite en Eskom.

Figuur 2: Voorstelling van ’n netwerkgekoppelde stelsel.
Bron: SSEG FAQ Handbook; Quba Design

Anders as rugsteunstelsels, het hierdie stelsels beide die son en die lewendige netwerk nodig om te funksioneer. Die stelsel sal afskakel en ophou krag produseer wanneer die son sak of as daar ’n kragonderbreking plaasvind. Hierdie stelsel sal dus nie kragonafhanklikheid bied nie, maar eerder kostebesparing verseker.

Daar is verskeie redes waarom netwerkgekoppelde stelsels nie sonder ’n lewendige netwerk kan funksioneer nie.

  1. Die stelsel sinkroniseer met die netwerk en krag word opgewek volgens dieselfde spanningsgolfvorm. As die netwerk af is, sal die stelsel nie ’n spanningsverwysing hê nie, nie sinkroniseer nie en gevolglik afskakel.
  2. Kragopwekking van die netwerkgekoppelde stelsel alleen stem nie altyd ooreen met kragverbruik nie. Die plaaslike netwerk of batterye is nodig om krag van te onttrek wanneer daar nie genoeg krag van die son is nie. Sou die sonkrag meer wees as die kragverbruik, kan die oortollige energie in die batterye gestoor word of teruggevoer word na die netwerk indien toegelaat.
  3. Die belangrikste rede is veiligheid. Sou die netwerkgekoppelde stelsel hipoteties krag kon opwek tydens ’n kragonderbreking, sou dit die plaaslike netwerk elektries lewendig maak wat lewensgevaarlik vir die netwerk se onderhoudspersoneel is. Veral om hierdie rede is daar baie streng maatreëls en vereistes in plek, soos dat die stelsel NRS 097-2-1-gesertifiseer moet wees en munisipale of Eskom-goedkeuring verkry moet word alvorens enige koste aangegaan en die stelsel geïnstalleer word.

Netwerkgekoppelde stelsels is geskik vir:

  • Verbruikers wat energiebesparing wil bewerkstellig.
  • Kragverbruikers wie se verbruik meestal deur die dag geskied, aangesien hierdie stelsels slegs krag opwek wanneer die son skyn.
  • Verbruikers met voldoende sonryke areas vir sonpanele.

Gemengde, eiland- en/of hibridiese stelsels
’n Gemengde of hibridiese stelsel word gedefinieer as die kombinasie van twee of meer kragbronne, byvoorbeeld sonkrag en brandstofkragopwekking. Hierdie terme, asook die term eilandstelsel, word redelik verskillend geïnterpreteer in die sonkragbedryf. Een manier hoe hierdie stelsel gesien kan word, is dat dit meer as een van die voorafgaande stelsels se funksies en/of vermoë het en veral gesamentlik met die netwerk kan werk.

’n Stelsel wat byvoorbeeld die vermoë het om aan die netwerk gekoppel te wees en krag te lewer terwyl die netwerk beskikbaar is asook tydens ’n kragonderbreking, word as ’n gemengde/hibridiese stelsel gesien. Nog ’n voorbeeld sal wees waar ’n kombinasie van batterye, brandstofkragopwekkers en sonkrag gebruik word om kontinue krag te lewer.

Hierdie stelsels is veral vir die residensiële mark baie gewild, met beide die besparingskomponent en ’n rugsteunkragvoorsieningsvoordeel. Dit is veral geskik vir kleinskaaltoepassings. Verbruikers sal soms van hulle laste skei en ’n kleiner stelsel insit om die sisteem meer bekostigbaar te maak. Groot laste soos ’n stoof, geiser of lugversorger word direk vanaf die netwerk van krag voorsien, terwyl noodsaaklike laste soos ligte, yskaste, TV’s en party kragproppe deur die stelsel van krag voorsien word. Afhangend van die grootte, die kompleksiteit en produkkeuse kan die terugbetaaltydperk in Suid-Afrika vir hierdie tipe stelsel in die omgewing van 11 tot 16 jaar wees.

Figuur 3: ’n Voorbeeld van ’n gemengde en/of hibridiese stelsel.
Bron: SSEG FAQ Handbook; Quba Design

Hierdie tipe stelsels is geskik vir die volgende:

  • Verbruikers wat kragbesparing en kragonafhanklikheid wil hê.
  • Beskerming van toerusting teen kragdalings en -stuwings.
  • Aanvulling van die plaaslike netwerkkapasiteit waar dit tekort skiet en nie vergroot kan word nie as gevolg van hoë opgraderingskoste.
  • Optimalisering van ’n suiwer netwerkgekoppelde stelsel deur byvoorbeeld die byvoeg van ’n aanpasbare batterystelsel.
  • Die optimalisering van ’n rugsteunstelsel deur byvoorbeeld die byvoeg van ’n aanpasbare sonkragstelsel.

Wetlike vereistes en gehalteversekering
Volgens nasionale wetgewing (SANS 10142:2017; 7.12.1.1) moet daar vooraf vereistes verkry en goedkeuring bekom word vanaf die plaaslike kragvoorsiener, alvorens enige vorm van alternatiewe installasie mag geskied. Dit geld vir alle tipe stelsels behalwe onafhanklike netwerkstelsels.

Volgens die Elektriese Installasieregulasies (EIR) moet alle elektriese installasies, insluitend alle sonkragstelsels, onder die toesig en beheer van ’n gekwalifiseerde en geregistreerde elektrisiën geskied. ’n Sertifikaat van voldoening (certificate of compliance oftewel CoC) moet ook volgens wet vir die installasie uitgereik word.

Sonkragbedryf-erkende akkreditasie en/of onderskrywing soos SAPVIA (South African Photovoltaic Industry Association) se PV GreenCard en AREP (African Rainbow Energy and Power) se P4-sertifisering, kan verdere gemoedsrus gee vir gehalteversekering van die installasie. SAPVIA kan as ’n ombudsman optree, sou die verbruiker nie tevrede wees met die installasie deur ’n PV GreenCard-installeerder nie. ’n Lys van gesertifiseerde P4-installeerders is beskikbaar by www.arepenergy.co.za en beskikbare PV GreenCard-installeerders in die verbruiker se omgewing kan op die volgende webtuiste gevind word: www.pvgreencard.co.za.

Ten slotte
As iemand hulself ver van ’n netwerk bevind of indien die netwerk die meeste van die tyd af is, is ’n onafhanklike kragstelsel sinvol. Indien kragbesparing die doelwit is en kragverbruik hoofsaaklik deur die dag geskied, is die netwerkgekoppelde stelsel die beter opsie. Sou iemand hoofsaaklik krag wil hê tydens kragonderbrekings, en ook beskerming van toerusting teen kragdalings en -stuwings vereis, sal rugsteunstelsels soos byvoorbeeld ’n UPS sinvol wees. Indien ’n kombinasie van al die bogenoemde die behoefte is, oorweeg ’n gemengde of hibridiese stelsel. Hou wel in gedagte dat die finansiële voordeel vir ’n rugsteun- of gemengde stelsel nie noodwendig so aanloklik gaan wees soos ’n suiwer netwerkgekoppelde stelsel nie. Met die nodige beskikbare inligting is dit uiteindelik die verbruiker wat ’n stelsel kan kies en aanpas volgens sy/haar spesifieke behoeftes en doelwitte.

Stuur ’n e-pos na faure.v.s@gmail.com vir verdere navrae oor die inligting of oor die PV GreenCard-opleiding.