Informatiebron Thema 4. De omvormer

De omvormer

GerardDe omvormer is het hart van de zonnestroominstallatie

 

 

Zonnepanelen leveren gelijkspanning en gelijkstroom af. Dit kan niet zomaar in het lichtnet worden ingevoerd. De spanning en stroom van de zonnepanelen (DC) moet eerst worden omgezet in wisselspanning en wisselstroom (AC). Hiertoe dient de omvormer. De output van de zonnepanelen wordt aan de ene kant hierop aangesloten en aan de andere kant komt er 12 /24 Volt gelijkspanning of 230/400 Volt wisselspanning uit. 

De omvormer is elektronica en wordt warm als hij hard moet werken. Een goede koeling van de omvormer is van groot belang om de elektronica een lange levensduur te gunnen. De omvormer ophangen op een warm  punt is geen goed idee. De levensduur van omvormers wordt op dit moment geschat op ongeveer 15 jaar. Dit wordt vaak niet vermeld bij berekeningen over de terugverdientijd. Maar op de levensduur van de zonnepanelen moet minstens 1 keer ook de omvormer worden vervangen.
Meestal geeft de typeaanduiding aan hoeveel vermogen (Watt) de omvormer kan terug leveren aan het lichtnet.

 


 

    

 

Keuze omvormer

Gerard

Bepalende factoren

Voor het ontwerpen van een zonne-stroom systeem kijken we eerst naar de zonnepanelen. De oriëntatie van het dakvlak t.o.v. het zuiden, dakhelling, welk type zonnepanelen en het aantal is bepalend voor de rest van de configuratie.

Wanneer dat duidelijk is wordt de omvormer erbij gekozen. Het kiezen van de juiste omvormer is erg belangrijk voor het systeem. De omvormer vormt zoals eerder vermeld het hart van het zonne-stroom systeem en bepaalt in grote mate de opbrengst.


Als we een omvormer kiezen kijken we naar een aantal factoren:
•    Vermogen zonnepanelen in verhouding met vermogen omvormer. 
•    Onderdimensioneren.
•    Aantal ingangen op de omvormer.
•    Aantal MPP trackers op de omvormer. (link naar uitleg MPP tracker???)
•    De prijs van de omvormer.
•    De netaansluiting (1 of 3 fase).
•    Monitoring mogelijkheden.
•    Garantie.

 


 

  
Soladin 600

 

 

 

 

Vermogen

Gerard

Wattpiek (Wp)

De omvormer moet passen bij het vermogen van de zonnepanelen. Elk zonnepaneel heeft een bepaald vermogen weer gegeven in wattpiek (Wp). Het totaal van alle zonnepanelen maakt het Wp vermogen waarmee we kunnen rekenen voor de omvormer.

De omvormer fabrikanten hebben een bepaald aantal omvormers. In de range kan bijvoorbeeld een 1,2 en 3 kilowatt omvormer zitten. Welke omvormer moet je nu kiezen als je bijvoorbeeld 10 zonnepanelen hebt van 250 wattpiek.

Het is aan te raden te kijken naar een andere fabrikant die een omvormer heeft die beter bij het aantal zonnepanelen past. Moet je toch moeten kiezen dan is meestal de grotere omvormer een verstandige keuze. Een 2.000 watt omvormer bij 2.500 watt aan zonnepanelen is aan de kleine kant. Het kan zeker, maar het zal wat verlies geven.

 


 

    

 

 

 

 

Onderdimensionering

Gerard

Wat is dat onderdimensionering?

Vaak wordt er gekozen om de omvormer onder te dimensioneren. Dit betekent simpel gezegd dat de omvormer minder vermogen heeft dan de zonnepanelen.

Waarom wordt een omvormer vaak ondergedimensioneerd?
Dit heeft een aantal redenen.

1.    Het maximale vermogen dat de zonnepanelen halen onder test condities wordt in de praktijk zelden gehaald. Dit komt onder andere door het weer, de temperatuur en de instraling. Zonnepanelen halen op een mooie zomerse dag vaak maar 80-85% van hun maximale vermogen. In de maanden waarop de vermogens relatief laag is, zijn de totaal opbrengsten het hoogst. Het heeft voor deze maanden dus geen zin om een grotere omvormer te kiezen.


2.    De effectiviteit van de omvormer. De omvormer heeft een bepaalde efficiency curve die meestal oploopt richting zijn maximale rendement. Dit betekent bijvoorbeeld dat de omvormer bij 10% van zijn maximale vermogen een rendement heeft van 90%. Het is dus belangrijk sneller in het hogere rendement te komen. Met een relatief kleine omvormer gebeurt dit sneller.


3.    Aanschafprijs. Een omvormer met een zwaarder vermogen is duurder (van het zelfde merk) . Een zwaardere omvormer zal enkele keren per jaar ook iets meer vermogen kunnen leveren maar of die kleine meer opbrengst opweegt tegen de extra kosten is de vraag.


4.    Opstartspanning. In de ochtend wordt de omvormer wakker en gaat kijken of het zin heeft energie te gaan produceren. Met name de opstartspanning is hiervoor belangrijk. 


5.    Kleinere omvormers hebben over het algemeen een lagere opstartspanning.
Vaak denken mensen dat het erg is dat een omvormer te klein is in verhouding tot de zonnepanelen. De omvormer bepaalt echter wat er gebeurt en wat het maximale vermogen is. Door de spanning en de stroom aan te passen kan het vermogen van de zonnepanelen dus nooit meer zijn dan het maximale vermogen van de omvormer.

Oost-west
Bij een oost-west (of symmetrisch) systeem op een plat dak kunnen we zelfs nog verder onder dimensioneren. De verschillende oriëntaties kunnen nooit tegelijkertijd op vol vermogen draaien omdat de instraling verschillend is. In de ochtend zullen de oostelijk gelegen panelen vol draaien. Dan neem het vermogen af en gaan de westelijk gelegen zonnepanelen vol draaien. De grafiek wordt zo als het ware afgevlakt. Vaak kan tot 80% ondergedimensioneerd worden. Alles natuurlijk afhankelijk van de situatie.

Wanneer de zonnepanelen op een schuin dak geplaatst worden met een oost en west oriëntatie dan is het zelfs mogelijk nog verder onder te dimensioneren. Hoe ver is afhankelijk van de helling van het dak.


 

    

 

 

 

 

MPP trackers

Gerard

Maximum Power Point - punt van maximaal vermogen

De MPP (Maximum Power Point / punt van het maximale vermogen) tracker in de omvormer is misschien wel het meest technische onderdeel van de hele zonne-energie installatie.

Een MPP tracker is een ingang op een omvormer met aparte regeling voor het optimaliseren van de opbrengst.  Hoe kan dat?


Een zonnepaneel is een vrij simpel ding. Het is een plaat. Je laat de zon erop schijnen en er komt energie uit. Maar zo simpel als het klinkt, zo ingewikkeld is het voor de omvormer. Met name schaduw speelt een grote rol in het behalen van de maximale opbrengst.


Elk moment van de dag, letterlijk elke seconden, heeft zijn eigen MPP. Een MPP tracker heeft echter geen zin continu het MPP punt volledig te volgen. Het is als het ware als cruise control in een auto. Je wilt het liefst continu 130 km/u rijden maar je moet ook anticiperen op de situatie. Dus remmen en gas geven indien nodig. Je gaat echter ook niet continu vol gas geven en keihard remmen. Het zijn kleine aanpassingen die een rit met de auto comfortabel maken.


Een voorbeeld
Laten we eens uit gaan van een simpele situatie. Het is een mooie zomerse dag en er is geen wolkje in de lucht. Een perfect dag voor zonnepanelen dus. De omvormer gaat beginnen en gaat zorgen voor een optimale opbrengst. Om het eenvoudig te houden gaan we uit van 4 zonnepanelen van elk 250 watt. Alles presteert optimaal en de omvormer produceert exact 1000 watt.

De opbrengst in zonne-energie wordt altijd weer gegeven in kilowattuur (kWh). Een kilowattuur ontstaat wanneer de omvormer gedurende 1 uur lang precies 1kW aan energie geeft. 1 kW is 1000 watt. Een watt is de eenheid van vermogen. En vermogen berekenen we door het voltage (spanning) te vermenigvuldigen met amperage (stroom).

Als we kijken naar de datasheet van een standaard zonnepaneel van 250 watt dan staan daar 4 getallen in wat betreft stroom en spanning.

  • Voc Open klem spanning. De spanning die je ongeveer meet wanneer je een voltmeter op de connectors houdt die niet aangesloten zijn. Normaliter ongeveer 37 volt Aantal cellen van het paneel x 0,6 Volt
  • Vmpp. De spanning op het maximale power punt. Normaliter zo'n 30 volt.
  • Isc. De stroom bij kortsluiting. Dit klinkt erger dan het is. Zonnepanelen kunnen onder invloed van het zonlicht maar een maximale stroom geven. Normaliter 8,5 - 9 ampère
  • Impp Dit is de stroom op het maximale power punt. Normaliter 8 -8,5 ampère

Zowel de spanning als de stroom op het maximale power punt is belangrijk. Echter zijn dit theoretische waardes en is het aan de omvormer om te bepalen wat de echte ideale waarde is in de praktijk is.

Om het maximale vermogen te behalen gaat de omvormer als het waren een grafiek maken. Hij begint bij de Uoc (open klem spanning) en eindigt bij de Isc (kortsluitstroom). De omvormer gaat het voor het hele spanningsbereik de spanning aanpassen en de bijbehorende stroom meten. Hierdoor ontstaat een tabel met de vermogens bij die waardes. Dit is de spanning vermenigvuldigd met de stroom. Wanneer we dit in een grafiek zetten ontstaat een mooie grafiek. Op het hoogste punt is het vermogen het hoogste en haalt de omvormer dus zijn maximale power punt (MPP).

 


 

  
Spanning x stroom

 

 

 

 

 

 

 

Welke fase omvormer?

Gerard

1 of 3 fase?

Wanneer wordt gekozen voor een 1 fase of een 3 fase omvormer? Dit is afhankelijk van een aantal factoren:
1.    Hoeveel zonnepanelen worden er geplaatst
2.    Wat is het vermogen van de hoofdaansluiting

Hoeveel zonnepanelen
Het aantal zonnepanelen bepaald in grote mate de capaciteit van de omvormer. 3 fase omvormers zijn er vanaf 4.000 watt (minimaal 16 zonnepanelen). Onder de 16 zonnepanelen wordt dus altijd een 1 fase omvormer gebruikt.


De hoofdaansluiting van het energiebedrijf
Een standaard huis in Nederland heeft meestal 1 van de volgende hoofdaansluitingen:
•    1x 35 ampere (meest gebruikt in de periode voor 1990) en in stedelijke gebieden.
•    3x 25 ampere
•    Anders bv 1x 25 ampere of 1x 40 ampere.
Zwaardere aansluitingen komen vrijwel nooit voor omdat de transportkosten van de netbeheerder hiervoor aanzienlijk hoger zijn. Heb je een zwaardere aansluiting dan loont het vaak om deze te laten verlichten. Kijk eerst goed of de zware aansluiting echt nodig is en neem contact op met de netbeheerder.


Grijs gebied
Het grijze gebied is het gedeelte tussen de 17 en 23 zonnepanelen. Hierbij ben je erg afhankelijk van de hoofdaansluiting. Ik bespreek 2 veel voorkomende mogelijkheden:


1x 35 A
Het maximale vermogen wat in Nederland op 1 fase geleverd mag worden is 5000 watt. Het maximaal aantal zonnepanelen is dus +/- 22.
Let wel op dat een omvormer van 4.600 of 5.000 watt niet aangesloten kan worden op een 3x25 ampere aansluiting. Wanneer je in de toekomst toch naar 3 fase gaat (bijvoorbeeld om te koken) dan is het aan te raden dit te doen voordat de zonnepanelen geplaatst worden en te kiezen voor een 3 fase omvormer.
Wanneer je meer zonnepanelen wenst kan je de netbeheerder vragen de aansluiting te laten aanpassen naar 3x 25 ampère. Het transport (capaciteits) tarief blijft hetzelfde. Houdt wel rekening met extra kosten van circa 200 euro voor het bijplaatsen en het aanpassen van de meter.


3x 25 ampère
In principe is een 3 fase omvormer de enige mogelijkheid indien je meer dan 16 zonnepanelen plaats. Er wordt ook weleens meerdere kleine omvormers geplaatst maar dit is vaak duurder.


Het kiezen van de omvormer is dus simpel:
1.    Tot 16 (standaard +/- 250Wp) zonnepanelen volstaat een omvormer van maximaal 3600 watt op 1 fase.
2.    Grijs gebied
3.    Vanaf 24 zonnepanelen is een 3 fase omvormer noodzakelijk.


Voorkeur 1 of 3 fase
In het grijze gebied is de voorkeur vaak een 3 fase omvormer.
1.    De stroom wordt over 3 fases verdeeld. Dit betekent dat de kabelverliezen lager zijn.
2.    De energie wordt over 3 fases verdeeld. Hierdoor neemt het eigen verbruik toe omdat het verbruik in huis ook over 3 fases verdeeld is.
3.    Normaal wordt stroom ook in 3 fases gemaakt door de grote centrales. De netbeheerders hebben dus liever 3 fase omdat dit stabieler is voor het netwerk.

 

 

    

 

 

 

 

Schaduw

Gerard

Invloed van schaduw op de opbrengst van panelen

Schaduw is een belangrijk aandachtspunt als je zonnepanelen wilt plaatsen. Met name ‘harde schaduw’ van een pijpje, boom of dakkapel dient zoveel mogelijk voorkomen te worden. Dit soort schaduw werkt als een weerstand op het zonnepaneel. Het effect is vergelijkbaar met het plaatsen van een voet op een tuinslang. De opbrengst van de panelen past zich aan aan het slechtste paneel.
Dus die panelen met schaduw of een ernstig vervuild paneel beinvloeden het hele systeem negatief

Onderstaand ziet je een overzicht van het opbrengstverlies per schaduw- soort. Er wordt onderscheid gemaakt tussen het verlies met een traditionele string- omvormer en de omvormer met een regeling per zonnepaneel b.v. SolarEdge.

 

  

 

 

 

 

Interessante links

Gerard

Meer interessante bronnen

 

  Instructievideo: installeren omvormer
  lees meer

 

  SMA Benelux
  lees meer

 


 

 

 

 

 

 

    

 

Gerard

Meer interessante bronnen

 

  Milleucentraal: advies op maat.
  lees meer

 

  Zonatlas: alle zonnige daken in beeld
  lees meer

 

  Zonnekaart: inzicht in de geschiktheid van het dak voor zonnepanelen
  lees meer


 

 

 

 

 

 

    

 

  • Het arrangement Informatiebron Thema 4. De omvormer is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Energy College Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
    Laatst gewijzigd
    2015-11-17 08:57:29
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld

    Gebruikte Wikiwijs Arrangementen

    College, Energy. (2017).

    Informatiebron Thema 1. Zonne-energie

    https://maken.wikiwijs.nl/67724/Informatiebron_Thema_1__Zonne_energie

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Meer informatie voor ontwikkelaars

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van