voor wijkbewoners
Omvormer

Omvormer

De omvormer is het belangrijkste apparaat in de PV-installatie. De door de zonnepanelen opgewekte stroom (DC – gelijkstroom) wordt ingevoerd in de omvormer en deze zet de stroom om in wisselstroom (AC) die vervolgens wordt ingevoerd in het elektriciteitsnetwerk in huis (in de meterkast).

Een omvormer heeft feitelijk de volgende taken:

  • omzetten van gelijkstroom naar 50 Hz wisselstroom
  • optimaliseren van het spannings- en stroomniveau van het gelijkstroom-circuit zodat er zoveel mogelijk stroom kan worden geleverd aan de wisselstroom-kant. Dat doet een omvormer door het systeem van MPP-tracking. Hoe dat werkt leggen we hier uit.
  • DC en AC beveiliging: we hebben het hier over een netgestuurd systeem. Dat betekent dat de omvormer zichzelf direct moet uitschakelen bij spanningsonderbrekingen, spanningsafwijkingen, foutstromen of frequentieveranderingen. Dit is een verplichting binnen de netcode. Anders zou bijvoorbeeld bij werkzaamheden aan het netwerk, als de stroom is uitgeschakeld, het netwerk toch onder spanning komen te staan met alle gevaren van dien.
  • monitoring (meten en registreren van stroom zowel aan DC als de AC zijde).

Soorten omvormers

Er bestaan 3 soorten omvormers:

String-omvormer

Bij een string-omvormer liggen de zonnepanelen in serie geschakeld, in één string. Een string is dan een reeks van x aantal panelen, het aantal panelen per string wordt bepaald door het ingangs-spanningsniveau van de omvormer. Het is mogelijk dat er meer strings op de omvormer kunnen worden aangesloten, al is het wel raadzaam dat elke string een eigen MPP-tracker heeft (tenzij de verschillende strings in vergelijkbare omstandigheden liggen).

STring omvormer
String-omvormer met één string

Eén centrale omvormer met één of meer strings wordt het meest toegepast in situaties waarin er nauwelijks tot geen sprake is van schaduwwerking. De bekabeling kan simpel worden gehouden, er zijn de minste onderdelen nodig. Er is daardoor weinig kans op storingen.

Een PV-systeem met één centrale omvormer is niet geschikt als er veel schaduwwerking is. We hebben op deze pagina uitgelegd dat schaduwwerking op een zonnepaneel betekent.dat de totale opbrengst van een string omlaag gaat.

Micro-omvormers

Een PV-systeem met micro-omvormers betekent dat elke zonnepaneel is voorzien van een eigen micro-omvormertje. Micro-omvormers kunnen direct worden aangesloten op de 230 V aan de AC-zijde, soms met een speciale AC-AC gateway ertussen. Het voordeel van micro-omvormers is dat elk paneel zijn eigen MPP tracking heeft. Zulke systemen worden vaak toegepast bij installaties waar de zonnepanelen allemaal verschillende hellingshoeken en oriëntaties hebben, of waar sprake is van flinke schaduwwerking. Ook bij een klein systeem met 3 of 4 panelen worden micro-omvormers toegepast, want string-omvormers werken pas vanaf een bepaald minimum aantal panelen. Bij micro-omvormers zit je dus ook niet vast aan strings van een bepaalde lengte, maar kun je de layout van de zonnepanelen zelf bepalen.

micro-omvormers

Een systeem met micro-omvormers zal bij schaduwwerking, of als één paneel defect is of minder presteert, steeds de beste opbrengst geven omdat de andere paneel niet beperkt worden in hun opbrengst zoals dat bij een string zonnepanelen met een string-omvormer wel gebeurt. Micro-omvormers zijn duurder en kennen ook het grote nadeel, dat er veel meer apparaatjes en bekabeling nodig is. Het risico dat er iets kapot gaat is daardoor groter. Bovendien gaat het bij micro-omvormers om behoorlijk complexe en kwetsbare elektronica, met componenten die vaak een verschillende uitzettingscoëfficiënt hebben: dat wil zeggen dat de componenten verschillend krimpen of uitzetten bij extreme temperaturen. Er ontstaan dan gewoon scheuren in de printplaatjes in het omvormerkastje, ook al zitten de componenten in speciale hars gegoten. En in de zomer kan het erg heet worden onder een zonnepaneel! De ervaring is dat micro-omvormers regelmatig kapot gaan. De fabrikanten geven dan wel een langdurige garantie van 20 tot 25 jaar (ze geven dan een nieuw exemplaar), maar de kosten van het vervangen van zo’n micro-omvormer onder het paneel op het dak komen voor rekening van de installateur (tenzij deze dit aan de klant kan doorberekenen). Lees dus de kleine lettertjes over de garantie bij een PV-systeem met micro-omvormers!

Wat wel mooi is bij micro-omvormers, is dat je er een monitoringsysteem bij krijgt geleverd, waarin je precies per paneel kunt zien wat de opbrengst is. Zo kun je per paneel zien of het wel naar behoren werkt.

Omvormer met optimizers

Een systeem van een centrale omvormer met zogenaamde ‘power optimizers’ is eigenlijk een tussenvorm van bovenstaande categorieën. Bij dit systeem is elk individueel paneel uitgerust met een Optimizer, die het MPP tracken per paneel regelt, en die de gelijkstroom van het paneel omzet in een andere gelijkstroom die wordt ingevoerd in de centrale omvormer. De centrale omvormer zorgt dus voor de omzetting naar de wisselstroom.

Optimizers

Net als bij string-omvormers is er nog één centrale omvormer nodig die de gelijkstroom weer omzet naar wisselspanning. Deze systemen kunnen net als micro-omvormers worden toegepast bij installaties met panelen die allemaal verschillend gericht staan, en bij veel beschaduwing. Ook hier speelt nog wel het nadeel van een grotere complexiteit van de installatie. Maar de meest gevoelige elektronica is in de centrale omvormer geplaatst en deze is niet onderhevig aan extreme temperatuurschommelingen en meestal ook beter bereikbaar.

De centrale omvormer bij een systeem met optimizers is soms merkafhankelijk (optimizers en centrale omvormers moeten van dezelfde fabrikant zijn). Bij sommige merken kun je elke willekeurige string-omvormer toepassen, ook van een ander merk. Het is dan wel jammer dat de MPP-tracker in de omvormer zelf geen functie heeft. Veel systemen met optimizers worden geleverd met een monitoring systeem waarbij je per paneel kunt zien hoe het paneel functioneert.

Voorkomen van ‘mismatch’, dimensioneren

Mismatch in de zonnepanelenbranche betekent dat er geen afstemming is tussen de diverse panelen en de rest van het PV-systeem zoals de omvormer. Soms worden verschillende merken panelen door elkaar gebruikt, soms is er geen goede vervanging van een defect paneel voor handen. In zo’n geval kan het zijn dat een string zonnepanelen niet goed uitgebalanceerd is, zodat één paneel duidelijk minder presteert en de opbrengst zo omlaag trekt. De voorstanders van micro-optimizers of power-optimizers gebruiken dit argument om een MPP-tracker per paneel te promoten. Wij zijn van mening dat mismatch bij een goed ontworpen PV-systeem niet hoeft voor te komen.

Een van de aandachtspunten bij het ontwerp is het dimensioneren van de omvormer. Bijvoorbeeld bij een Oost-West systeem kun je voor een omvormer kiezen die een trapje lager in de vermogens-range zit dan het piekvermogen van de PV-installatie. Het piekvermogen van de zonnepanelen is het vermogen dat ze kunnen produceren bij een (loodrechte) lichtinval van 1000 Watt per m2 en bij een paneeltemperatuur van 25 graden. Zonnepanelen worden in de zon al snel een stuk warmer en zullen minder produceren. In Nederland komt het zelden voor dat een PV-installatie ook het piekvermogen produceert. Het is dan zonde om een duurdere omvormer te nemen, je betaalt dan voor capaciteit die je (bijna) nooit nodig hebt. Zelfs bij een PV-systeem dat dit piekvermogen soms wel aantikt, kan de ontwerper kiezen voor een omvormer lager in de vermogens-range. Een omvormer die laag wordt belast heeft namelijk een lagere efficiency dan een omvormer die zwaar wordt belast. Omvormers draaien heel regelmatig met lage belasting: in de ochtend- en avonduren als de zon laag staat, bij bewolkt en regenachtig weer. Alles bij elkaar genomen wordt het daarom belangrijk om de omvormer zó te kiezen, dat hij optimaal presteert bij minder zonnig weer, en toch niet te vaak zijn maximum bereikt bij zonovergoten momenten. Dat heet onder-dimensioneren. Overigens wordt dit ook geadviseerd door de netbeheerders, vanwege de problemen op het elektriciteitsnetwerk. Er is een apart advies voor installateurs gepubliceerd.

Bij het ontwerpen van een PV-installatie is de keuze van de omvormer erg belangrijk. Deze keuze wordt voor een heel groot deel bepaald door de technische specificaties, zoals de totale spanning van de string(s) van zonnepanelen, de vermogens-range en de mogelijkheden van de omvormer wat betreft MPP-tracking.

Plaatsing van de omvormer

Een centrale omvormer moet zorgvuldig geplaatst worden. De bekabeling (gelijkstroom) mag niet te lang zijn, want dat geeft verliezen (hetgeen maar ten dele gecompenseerd kan worden met een dikkere kabel). Bovendien gaat het soms om honderden Volts gelijkstroom (gelijkstroom is al dodelijk bij 100 V), dus zo’n kabel wil je eigenlijk niet in je huis hebben. Een omvormer wordt ook warm. Het is verstandig om hem in een wat koelere ruimte te hangen. Als de omvormer te warm wordt, kan hij in de beveiligde modus springen waarin hij terugschakelt en het rendement lager zal worden. Bovendien bekort dit de levensduur van de omvormer. omvormers heel regelmatig draaien met lage belasting: in de ochtend- en avonduren als de zon laag staat, bij bewolkt en regenachtig weer. Alles bij elkaar genomen wordt het daarom belangrijk om de omvormer zó te kiezen, dat hij optimaal presteert bij minder zonnig weer, en toch niet te vaak zijn maximum bereikt bij zonovergoten momenten. Het is een goed gebruik om de omvormer aan de DC-kant te voorzien van een schakelaar om (de gelijkstroom van) de zonnepanelen uit te kunnen schakelen, tenzij er al een dergelijke schakelaar is opgenomen in de omvormer.

Er zijn omvormers met een transformator, die met een ventilator gekoeld worden. Sommige zonnepanelen werken alleen goed met een omvormer met trafo, omdat ze anders versneld degenereren. Ook trafo-loze omvormers hebben vaak een ventilatortje, al zijn dit over het algemeen stille(re) apparaten. Trafo-loze omvormers hebben meestal de letters TL (Trafo Loos) in het typenummer. Een omvormer kan dus geluid maken. Dat kan variëren van brommen of zoemen tot een duidelijk hoorbare ventilator. Hang hem dus ergens in huis waar geluid geen probleem is. Op zich werkt een omvormer dus alleen overdag, ’s nachts is hij niet in werking. Maar in de zomermaanden betekent dit wel dat de omvormer vanaf een uur of 5 aanspringt!

Brandveiligheid

Een apart aandachtspunt is de brandveiligheid! Omvormers kunnen erg warm worden. Je moet brandgevaarlijke situaties voorkomen. Omvormers mag je niet monteren in stoffige ruimtes, in de buurt van brandbare bouwmaterialen (dus niet op een achterwand van houtvezelplaat bijvoorbeeld), en ook niet in de buurt van opslag van brandbare materialen.

Gecertificeerde omvormers

Behalve dat omvormers moeten voldoen aan de regelgeving (zoals de netcode), moeten omvormers gecertificeerd zijn. Dit moet eigenlijk als sinds 2019, maar vanaf 27 april 2021 zal hierop worden gehandhaafd! Om een zonnepaneelinstallatie aan te sluiten op het net moet je deze aanmelden op de website energieleveren.nl. Vanaf 27 april controleren netbeheerders of de nieuwe installatie aan de juiste certificering (NEN-EN 50549-1) voldoet. Zie ook dit bericht van de Vereniging Eigen huis.

Monitoring

Monitoring van je PV-installatie is erg belangrijk. Je kunt dan in de gaten houden of alles naar behoren werkt. We gaan op een andere pagina dieper in op monitoring.