Auteur: Ir. T.S. Doorn
Zonnepanelen correct aansluiten: Serie of parallel?
Hoe moet je zonnepanelen correct aansluiten? In serie of parallel? Er wordt vaak geroepen dat parallel geschakelde zonnepanelen beter presteren dan in serie geschakelde zonnepanelen. Maar is dat wel zo? En wat betekent dat: “in serie geschakeld”, of “parallel geschakeld”? Wat is in welke situatie eigenlijk verstandig? ZonnepanelenSuper Legt Uit, lees snel hoe het zit!
Gelijkspanning en wisselspanning, omvormers en micro-omvormers
Zonnepanelen wekken gelijkspanning en gelijkstroom op. Echter, ons elektriciteitsnetwerk en dus alle apparatuur die je thuis gebruikt maakt gebruikt van wisselspanning en -stroom. De omvormer zorgt ervoor dat de gelijkspanning en -stroom van de zonnepanelen wordt omgezet in wisselspanning en -stroom voor je apparatuur thuis. Er zijn verschillende soorten omvormers die op hun eigen manier de gelijkspanning omzetten in wisselspanning. Stringomvormers (b.v. Growatt) werken met in serie geschakelde zonnepanelen en micro-omvormers (b.v. Enphase of APSystems) schakelen de zonnepanelen parallel. SolarEdge systemen gedragen zich alsof de zonnepanelen parallel geschakeld zijn en worden daarom vaak een parallel geschakeld systeem genoemd.
We behandelen nu één voor één de verschillende types systemen en benoemen de voor- en nadelen.
Seriegeschakelde zonnepanelen
De meestgebruikte en ook meest eenvoudige manier om zonnepanelen aan een omvormer te koppelen is door ze in serie (in een string) te schakelen. Dit type omvormer wordt daarom een stringomvormer genoemd, weergegeven in onderstaande figuur.
Dit systeem werkt erg goed als er geen, of zeer beperkt, sprake is van verschillen in lichtinval tussen de panelen. Als de zonnepanelen in een vrij veld, of op een dak zonder pijpjes of dakkapellen worden geïnstalleerd, dan is dit de meest kosteneffectieve manier om het systeem op te bouwen.
De stringomvormer plaatst men doorgaans binnen in het pand. Moderne stringomvormers zijn waterdicht gebouwd en kunnen ook prima buiten geplaatst worden. Bij montage buiten is het wel belangrijk om de omvormer in de schaduw te plaatsen en niet in de zon. Dit voorkomt oververhitting van de omvormer.
Stringomvormers hebben doorgaans 10 jaar fabrieksgarantie. Alhoewel dat een behoorlijke tijd is, hebben zonnepanelen en de meeste micro-omvormers een langere garantietermijn.
Omdat er in het systeem een hoge gelijkspanning kan voorkomen, kunnen vlambogen ontstaan. Moderne stringomvormers hebben ingebouwde vlamboogdetectie en zullen het systeem uitschakelen zodra het een vlamboog detecteerd. Verder minimaliseert een correcte installatie het risico op het ontstaan van de vlamboog. Gebruik daarom altijd goedgekeurde MC4 connectors en bevestig deze met een MC4 krimptang. Zorg verder dat de plus- en minleiding van de string niet in dezelfde buis het pand in gaan, maar in aparte buizen.
Lees in onze eerdere blog Optimizers in zonnestroomsystemen hoe dit systeem omgaat met schaduw op één of enkele panelen en wat eraan te doen is.
De blog Omvormerkeuze: klein of groot? legt uit hoe de juiste omvormer wordt gekozen voor het systeem.
Samenvatting stringomvormers met in serie geschakelde zonnepanelen
+ Meest kosteneffectieve oplossing
+ Goede opbrengst bij geen of weinig verschillen in lichtinval tussen de zonnepanelen
+ Alleen zonnepanelen met schaduw hoeven te worden voorzien van een optimizer
– Omvormer in het pand
– De verwachte levensduur van de omvormer is korter dan die van de zonnepanelen
– Correcte installatie belangrijk om problemen door vlambogen te voorkomen
Parallel geschakelde zonnepanelen
In een parallel geschakeld systeem worden micro-omvormers achter elk zonnepaneel geplaatst. De micro-omvormers zetten de gelijkspanning van het zonnepaneel direct om in een wisselspanning voor het elektriciteitsnet. Merken als Enphase en APsystems leveren bijvoorbeeld micro-omvormers. Onderstaande figuur laat voor Enphase omvormers zien hoe dat werkt.
De micro-omvormers worden allemaal aangesloten op een zogenaamde buskabel. Deze buskabel is een AC kabel met op vaste afstanden (naar keuze b.v. 1,0m, 1,3m, 2.0m, 2,3m) een connector om de micro-omvormers aan te sluiten. De buskabel wordt verlengd met een standaard YMVK kabel en aangesloten in de groepenkast van het pand.
Onderstaande figuur laat zien wat er gebeurt als één van de zonnepanelen schaduw heeft en nog maar de helft van de energie opwekt.
De micro-omvormer van het paneel met schaduw past zijn terugleverstroom aan en levert nog maar 0,87A. De andere micro-omvormers merken hier helemaal niets van en kunnen gewoon het maximale vermogen van 230V x 1,75A = 400W blijven terugleveren.
Met name bij grote verschillen in lichtinval tussen de zonnepanelen gedurende grote delen van de dag, dan zijn micro-omvormers een goede optie. Dat is bijvoorbeeld het geval als er sprake is van schaduw door pijpjes of dakkapellen. Maar ook als zonnepanelen op meerdere dakvlakken worden geplaatst. Micro-omvormers zorgen ervoor dat elk paneel werkt in zijn optimale werkpunt en op elk moment de maximaal mogelijke energie levert.
Systemen met micro-omvormers zijn met name op het dak bijzonder eenvoudig te installeren. De micro-omvormers worden op het montagesyteem bevestigd en de buskabel wordt alvast aangesloten op de micro-omvormers. Vervolgens worden de zonnepanelen aangesloten door de MC4 connectors in de micro-omvormers te klikken. Klaar is kees!
Omdat achter elk zonnepaneel al een micro-omvormer is geplaatst, is in het pand geen ruimte nodig voor de omvormer. Als binnenruimte schaars is, zijn micro-omvormers daarom een uitkomst.
Verder is de opbrengst van elk zonnepaneel afzonderlijk in te zien. Mocht er iets fout zijn met de omvormer of het zonnepaneel, dan is dat direct duidelijk.
Micro-omvormers hebben doorgaans 20 jaar of 25 jaar fabrieksgarantie. De omvormers gaan dus (bijna) net zo lang mee als de zonnepanelen.
Omdat bij gebruik van micro-omvormers de hoogste gelijkspanning ongeveer 40-50V is (de spanning van 1 zonnepaneel), is het risico op het ontstaan van vlambogen en resulterende schade het laagst.
Omdat micro-omvormers complexe apparaten zijn en elk zonnepaneel een micro-omvormer nodig heeft, heeft een parallel geschakeld systeem een hogere prijs dan een systeem met een stringomvormer. Voor kleine systemen van enkele zonnepanelen is het verschil klein, maar voor grotere systemen lopen de kosten snel op.
Verder is het AC vermogen van micro-omvormers soms een stuk lager dan het piekvermogen van moderne panelen. Op mooie dagen zullen de micro-omvormers het maximaal teruggeleverde vermogen behoorlijk beperken. Kijk daarom goed in het gegevensblad van de micro-omvormer naar het AC vermogen dat de micro-omvormer aankan.
Fabrikant APsystems heeft een micro-omvormer systeem waarbij meerdere zonnepanelen per micro-omvormer worden aangesloten. De zonnepanelen worden nog steeds onafhankelijk van elkaar aangestuurd. Dit is weergegeven in onderstaande figuur.
Omdat hierdoor minder micro-omvormers nodig zijn, is dit systeem wat voordeliger dan een systeem met één micro-omvormer per zonnepaneel.
Verder past het AC vermogen van APSystems micro-omvormers goed bij de piekvermogens van moderne zonnepanelen.
Samenvatting micro-omvormers met parallel geschakelde zonnepanelen
+ Elk zonnepaneel wordt onafhankelijk aangestuurd
+ Maximale opbrengst bij grote verschillen in lichtinval tussen de zonnepanelen
+ Eenvoudige installatie op het dak
+ Geen omvormer in het pand
+ De verwachte levensduur van de micro-omvormers is net zo lang als die van de zonnepanelen
+ Inzage in de opbrengst van elk zonnepaneel
+ Laagste risico op vlambogen
– Hogere systeemprijs, vooral voor grotere aantallen zonnepanelen
– Het AC vermogen van micro-omvormers is soms lager dan het piekvermogen van moderne zonnepanelen
SolarEdge systemen: Parallel of serie geschakeld?
Systemen met SolarEdge omvormers en optimizers worden vaak ook omschreven als parallel geschakelde systemen. Dat zit zo. Bij het SolarEdge systeem wordt elk zonnepaneel voorzien van een optimizer. Hierdoor stelt het systeem elk zonnepaneel in op zijn optimale werkpunt en gedraagt het zich als een parallel geschakeld systeem. Het systeem is echter opgebouwd als een serie geschakeld systeem is, zie onderstaande figuur.
De omvormer van SolarEdge gedraagt zich aan de DC zijde als een stroombron met een vaste ingangsspanning van 400V. Deze spanning moet worden opgewekt door de optimizers. Omdat de Maximum Power Point (MPP) spanning van een zonnepaneel doorgaan tussen de 30V en 40V ligt, moeten de optimizers de juiste spanning opwekken voor de omvormer. Om een voldoende hoge spanning te maken hebben 1-fase SolarEdge omvormers minimaal 8 zonnepanelen per string nodig, of 6 zonnepanelen met de speciale 500B optimizer.
In bovenstaand voorbeeld is uitgegaan van een string van 8 zonnepanelen. Om 400V op te wekken met 8 optimizers, is 50V per optimizer nodig. Elk zonnepaneel wekt 400W op, dus 3200W voor 8 zonnepanelen. De omvormer zorgt er samen met de optimizers vervolgens voor dat de string wordt ingesteld op 3200W/400V = 8A.
Stel dat één zonnepaneel schaduw heeft en nog maar de helft van zijn energie opwekt. Onderstaande figuur illustreert wat er dan gebeurt.
Het totaal opgewekte vermogen zakt naar 3000W. De stringstroom wordt nu 3000W/400V = 7,5A. De optimizer van het zonnepaneel met schaduw wekt 200W op en de optimizer moet 7,5A maken voor de omvormer. Dat betekent dat de uitgangsspanning van de optimizer 200W/7,5A = 26,7V wordt. De uitgangsspanning van de andere optimizers wordt (400V-26,7V) / 7 = 53,3V. Het vermogen van de andere optimizers is nu 53,3V x 7,5A = 400W, dus inderdaad het maximaal mogelijke vermogen.
Het belangrijk is dat de minimale busspanning van 400V voor 1-fase omvormers door de optimizers kan worden opgewekt. Dat is niet in elke situatie vanzelfsprekend. Gebruik daarom de SolarEdge Designer om je systeem te ontwerpen en te garanderen dat het goed werkt.
De garantietermijn van SolarEdge omvormers is met 12 jaar iets langer dan de garantietermijn van de meeste stringomvormers, maar korter dan de verwachte levensduur van zonnepanelen. SolarEdge optimizers hebben met 25 jaar garantie wel dezelfde verwachte levensduur als zonnepanelen.
Omdat elk paneel is voorzien van een optimizer, is het mogelijk om de opbrengst van elk paneel afzonderlijk in te zien. Problemen met een optimizer of zonnepaneel zijn zo direct duidelijk.
SolarEdge omvormers zijn voorzien van vlamboogdetectie en zullen het systeem uitschakelen zodra een vlamboog wordt gedetecteerd. Omdat in het systeem nog steeds een spanning van 400V voorkomt, gelden dezelfde anti-vlamboog maatregelen als voor stringomvormers, zie boven. Verdere informatie over vlamboogdetectie in SolarEdge systemen staat in dit document.
Samenvatting SolarEdge systemen
+ Elk zonnepaneel wordt onafhankelijk aangestuurd
+ Maximale opbrengst bij grote verschillen in lichtinval tussen de zonnepanelen
+ De verwachte levensduur van de optimizer is net zo lang als die van de zonnepanelen
+ Inzage in de opbrengst van elk zonnepaneel
– Hogere systeemprijs dan bij gebruik van stringomvormers
– Omvormer in het pand
– De verwachte levensduur van de omvormer is korter dan die van de zonnepanelen
– Correcte installatie belangrijk om problemen door vlambogen te voorkomen
Zonnepanelen correct aansluiten: Serie of parallel? Wat is nou wijsheid?
Wat de beste oplossing is, hangt zoals altijd af van de situatie.
Is er geen of weinig sprake van verschillen in lichtinval op je zonnepanelen? Dan is een serie geschakeld systeem met stringomvormer de meest kosteneffectieve oplossing met een goede opbrengst. Een enkel paneel wat bijvoorbeeld achter een afvoerpijpje ligt kan eventueel worden voorzien van een optimizer. Een parallel geschakeld systeem heeft in dit geval geen hogere opbrengst, maar wel hogere kosten, vooral bij grotere installaties.
Als een groot deel van de zonnepanelen in het systeem last heeft van veel schaduw, bijvoorbeeld door bomen, afvoeren op het dak of dakkapellen, dan kan een parallel geschakeld systeem met micro-omvormers een hogere energie-opbrengst geven. Een SolarEdge systeem gedraagt zich als een parallel geschakeld systeem en heeft in deze situatie dus hetzelfde voordeel.
Als er binnen in het pand geen ruimte is voor een omvormer, zijn micro-omvormers een goede keuze. De micro-omvormers worden immers achter elk zonnepaneel geplaatst, waardoor alleen een kabel naar de groepenkast in het pand aanwezig is en geen omvormer.
Denk tenslotte na over hoe belangrijk het risico op vlambogen voor je is en de mogelijkheid om de opbrengst per zonnepaneel te kunnen inzien.
Als bovenstaande in kaart is gebracht moet duidelijk zijn welk systeem in welke situatie de beste keuze is! En zo niet, neem dan gerust contact met ons op.
Laat een reactie achter