De DC-trein in Nederland rijdt door. Amper vijf jaar geleden werd voor het eerst gesproken over de invoering van een DC-infrastructuur in woningen, kantoren en industrie. De realiteit is nu dat deze DC-gebouwen er zijn.

Overstappen naar DC

Belangrijkste initiatiefnemer Harry Stokman is tevreden over de vorderingen nu er spanningsnormen voor distributie zijn vastgelegd. “Het gaat steeds harder.” Bij kantoren lukt het al om grotendeels over te stappen naar DC, zoals het kantoor van ABN-Amro in Amsterdam.

Elektrische auto’s

“Pc’s, verlichting en hijskraantjes voor de geluidschermen. Alleen de keuken niet. Wij hebben daar de nieuwe generatie notebooks en die hebben een USB-C-aansluiting”, vertelt Stokman. De interesse vanuit de kantoorwereld voor DC wordt versterkt door de opmars van elektrische auto’s. Het laden van een half parkeerterrein met zulke voertuigen geeft problemen met de hoofdaansluiting. Een zwaardere AC-aansluiting is vaak lastig.

DC-laadpalen

Met een DC-laadpaleninfrastructuur blijken de hoge laadstromen veel beter te sturen. “Hoe ga je 40 laadpalen aansluiten terwijl je maar 150 kVa-vermogen hebt? Laadstekkers van snellaadaansluitingen zijn bi-directioneel waardoor peakshaving makkelijker wordt. “De DC-discussie is geen schattige fase meer maar een serieuze overweging voor bedrijven.”

Leestip: Straatverlichting op gelijkspanning succesvol

Spanningsnormen

De afgelopen jaren zijn vooral onder Nederlandse supervisie afspraken gemaakt over de hoogte van de DC-spanning. Die is voor woningen bepaald op 350 volt. Voor distributie en industriële omgeving op 700 V, oftewel plus en min 350 volt.

USB-stekker

Vanuit de computerwereld is USB-C aan de DC-trein toegevoegd. Die nieuwe USB-stekker geeft niet meer de standaard 5 volt, maar is opgevoerd naar 20 V en 100 Watt. Volgens Stokman is USB-C een goede ontwikkeling die het maakt om in woningen heel veel apparaten aan te sluiten op DC. Hij verwacht dat steeds meer elektronica een connector met USB-C krijgt, maar dat ook huishoudelijke apparaten en schemerlampen zo’n klein stekkertje krijgen. Maar een complete DC-woning zonder of slechts gedeelte AC is niet morgen een feit.

Leestip: DC in glastuinbouw met hindernissen

DC in de utiliteit

In de utiliteit gaat invoering sneller. ”Omdat je in kantoren een overzichtelijk hoeveelheid gebruikers hebt. Dat kunnen er wel veel zijn, maar de apparatuur wordt door één afdeling bepaald. Bij woningen heb je verschillende gebruikers, met veel oude producten?” Voor woningen ziet Stokman meer in een tweede distributienet voor nieuwe energieverbruikers zoals de elektrische auto, warmtepomp en zonnepanelen.

“Netbeheerders hebben bij de huidige 1% aan elektrische auto’s al een probleem. Als dat straks snel gaat groeien heb je een issue met laden. We hebben een masterplan ontwikkeld voor een tweede net op dc, ook de straatverlichting en elektrische laadpalen. Van het energiedak maken we een topgrid en die daken verbinden we onderling waar we pv en warmtepomp op aansluiten. Dan heb je een slim net, met ondersteuning van het bestaande AC-net.”

Leestip: Hoe ontwerp je een DC-net?

Veiligheidsrisico’s

Hoogleraar Peter Vaessen aan de TU Delft ziet ook belemmeringen voor een woning met louter een DC-netwerk. Technisch gezien gedraagt DC zich heel anders dan AC en dat geeft veiligheidsrisico’s. “Een DC-stroom onderbreken is lastiger dan wisselstroom.”

Kortsluiting

Bij een kortsluiting in een apparaat kunnen er gigantisch stromen ontstaan. “Er zijn geen natuurlijke nuldoorgangen. De beveiliging moet heel snel werken. Als je bij 350 volt een harde kortsluiting krijgt met een paar milliohm weerstand er tussen, gaat er een stroom van tientallen kilo-ampères lopen. Die krijg je nooit uit, ook niet met een elektronische schakelaar.”

Beveiligingscomponenten

Bovendien hebben beveiligingscomponenten zich nog niet in de praktijk bewezen, waarschuwt Vaessen. “Weten we zeker dat het goed werkt en moeten we het niet redundant maken?” Niet alleen consumenten zijn onbekend met de risico’s van gelijkstroom, ook installateurs en opleidingscentra ontbreekt het aan kennis. In kantoren vindt Vaessen het wel logisch, een DC-omgeving. “Daar is een gebouwbeheerder. Dat is een professional die weet hoe het zit.”

Lokale DC-grids

Hij verwacht wel steeds meer lokale DC-grids voor specifieke toepassen. Bijvoorbeeld voor het laden van elektrische auto’s, of in kassen voor verlichting. “Led werkt perfect op DC.” Maar het argument dat een DC-infrastructuur een hoge efficiency heeft door het ontbreken van conversiestappen van AC naar DC en andersom speelt in woningen nauwelijks een rol, weet Vaessen. “Vroeger waren het allemaal trafo’s met een slecht rendement, maar die zijn allemaal vervangen door vermogenselektronica met een rendement van 99,5%. Het maakt niet zoveel uit als je van AC naar DC gaat.”

DC-energiemodule

Een voorbeeld van een lokaal grid is een energiemodule compleet op DC. Zonnepanelen worden rechtstreeks gekoppeld aan de warmtepomp en ventilatiesysteem en eventueel een thuisbatterij en laadunit voor de elektrische auto. Bam heeft voor het project Stroomversnelling bij woningen in Soesterberg al een energiemodule op DC geplaatst. Dat is gebeurd door bestaande warmtepomp, ventilatie-unit om te bouwen naar DC en direct met de zonnepanelen te verbinden. Sjoerd Klijn Velderman, destijds bij Bam werkzaam, is nu bezig met een doorontwikkeling. Dat doet hij nu bij Factory Zero, maker van een in- en uitpandig energiehuisjes.

Factory Zero

De eerste generatie energiemodule van Factory Zero is nog traditioneel met allemaal AC-aansluitingen. De doorontwikkeling belooft spectaculair te worden. “We zijn bezig met een in het dak geïntegreerde module die verwarmt, koelt en ventileert en is uitgerust met een platte boiler. Het systeem ontwikkelen en bouwen we zelf en draait volledig op DC.”

Factory Zero verwacht in 2020 een prototype klaar te hebben. Daarna volgen veldtesten en in 2022 moet de compacte unit klaar zijn. “De primaire gedachte is dat je hierdoor een veel efficiënter systeem krijgt. Energetisch zet je al een aardige stap doordat je omzetverliezen elimineert. Bij elektrische opslag en zonnepanelen krijg je anders omvormerverliezen. Bijvangst bij het prototype in Soesterberg is dat apparaten veel langer meegaan doordat je geen warmte meer hebt.”

NPR 9090

Op dit moment legt een subcommissie van de NEN 1010 de laatste hand aan de NPR 9090, gericht op de installateur. “Die gaat over hoe in Nederland om moet gaan met gelijkspanning.” Hoewel in de NEN 1010 nauwelijks over DC wordt gesproken, zijn veel normen niet alleen geldig voor AC, maar ook voor DC. “Het gaat over veilig installaties. Het maakt niet uit of het AC of DC is.” Ook wordt er vanuit commissies gewerkt aan bijvoorbeeld aardlekschakelaars. Een aardlekbeveiliging voor AC werkt niet voor DC. Daar moet met elektronica een snelle afschakeling worden gerealiseerd.