“Als je als particulier zelf middelen hebt om stroom op te wekken en op te slaan is dat erg nuttig. Dat maakt je minder afhankelijk van het elektriciteitsnet”, vertelt Tao. Hij voegt toe: “Het aantal energiecrises neemt toe en huishoudens zitten vaker zonder stroom. Bij een thuissysteem is de kans daarop kleiner.”

Hij wierp zich vier jaar geleden enthousiast op een onderzoek naar de integratie van duurzame elektriciteitsgeneratoren en opslagelementen als batterijen en ‘supercondensatoren’ in energiesystemen die je thuis kunt installeren. Er komen steeds meer alternatieve energiebronnen van particulieren die hun overtollige energie aan het elektriciteitsnet leveren. In de thuissystemen wordt energie van het net afgenomen wanneer bronnen als windmolens en zonnecellen die onvoldoende bieden. Deze systemen zijn nog niet wijdverbreid. Tao, verbonden aan de faculteit Elektrotechniek, verklaart: “De belangrijkste reden is dat de aanschaf van generatoren van duurzame energie nog te duur is voor de particulier.”

Optimaliseren
Tao splitste zijn onderzoek in twee delen op. Hij voerde het uit met subsidie van Technologiestichting STW. De eerste tweeëneenhalf jaar besteedde hij aan het optimaliseren van het omzetten van de energie. Het probleem is dat bronnen en opslagelementen erg verschillen in spannings- en stroomniveau. De onderzoeker zocht naar manieren om die omzetting soepeler te laten verlopen. Hij richtte zich hierbij vooral op verliesvrij schakelen en verlaging van de stroomsterkte. Hij ontwikkelde een omzettingsconcept waarbij energiebronnen met zeer verschillende eigenschappen worden geïntegreerd.

Tao ziet verschillende nadelen aan de huidige systemen om energie om te zetten. Hij stelt dat de bestaande systemen in één richting gaan (één input en één output) en dat het moeilijk is om de verschillende spanningen in het hele systeem gelijk te krijgen. Verder is hij van mening dat er maar beperkt gebruik kan worden gemaakt van verliesvrij schakelen en dat de huidige systemen uit (te) veel onderdelen bestaan. Daar komt bij dat controle moeilijk is. Ook zijn de bestaande systemen alleen geschikt voor laag energieverbruik. Ten slotte is het onmogelijk om de energie van verschillende bronnen tegelijkertijd te transporteren. Het is moeilijk om bijvoorbeeld zowel zonne- als windenergie op hetzelfde moment om te zetten.

Varianten
De promovendus werkte drie omzettingsvarianten verder uit. Ten eerste het Triple-active-bridge -systeem. Dit is vooral geschikt voor omzetting van hogere vermogens (3,5 kilowatt). Het tweede systeem - de Triple-half-bridge -omzetter - is van toepassing voor lagere vermogens (1 kilowatt). De derde variant is de Two-input bidirectional -omzetter. Deze laatste is voor gemiddelde en hogere vermogens. Tao bouwde de drie systemen met een brandstofcel als opwekker en een supercondensator als opslagmiddel. Een condensator kan elektrische lading opslaan.

Tao ontwikkelde uiteindelijk een ‘driepoortssysteem’, waarbij de energie in twee richtingen kan gaan. De energie wordt nu in één enkele stap getransformeerd. Tao: ”Normaal gesproken is er een aparte omzetter voor elke soort energiebron. Met mijn systeem kan energie uit verschillende bronnen met uiteenlopende stroomsterktes en spanningsniveaus makkelijker worden omgezet.” Tao’s systeem biedt verder de voordelen dat minder schakelaars nodig zijn en onderdelen effectiever worden gebruikt.

In het tweede deel van zijn onderzoek, de laatste anderhalf jaar, keek hij vooral naar de werking van het hele systeem en de aansluiting op het openbare elektriciteitsnet. Hij bracht toen onder meer een supercondensator in het systeem onder. Een groot pluspunt is dat deze de energieschommelingen verkleint.

Philips heeft een deel van zijn onderzoek gepatenteerd. “Het bedrijf was met name geïnteresseerd in de methode van het verliesvrij schakelen voor het driepoortssysteem. Dit was in relatie tot het omzetten van zonne-energie”, licht Tao toe.

Binnenkort werkt de onderzoeker bij Philips Lighting, waar hij zich bezig gaat houden met energieomzetters voor lampen./.