De 10 grootste mythes over optimizers voor zonnepanelen (1/3)

Optimizers voor zonnepanelen optimaliseren de opbrengst van zonnestroominstallaties in alle omstandigheden. Volgens een universitaire studie presteert de softwaregebaseerde optimalisatietechniek SMA ShadeFix beter dan de meeste conventionele hardware oplossingen voor schaduwbeheer, zelfs in situaties met gedeeltelijke schaduw. Dit artikel is het eerste van een driedelige reeks waarin we vaak gehoorde misvattingen over optimizers voor zonnepanelen ontkrachten. We belichten ook de invloed van MLPE-technologieën op de prestaties van zonnestroominstallaties.

Hoe werken traditionele power optimizers?

Om te begrijpen hoe een power optimizer werkt, moet u eerst weten dat een power optimizer in feite een DC/DC omvormer is met ingebouwde communicatie. Hij werkt simpelweg door de spanning naar boven of beneden bij te stellen. Moderne stringomvormers bevatten ook dit onderdeel, maar daar wordt het gewoonlijk aangeduid als een MPPT-ingang (Maximum Power Point Tracking).

Een systeem op basis van een power optimizer is in principe gebouwd op de topologie van een stringomvormer. Groepen zonnepanelen worden daarbij in series – strings – met elkaar verbonden. Het belangrijkste verschil is dat het DC/DC-gedeelte van de omvormer niet in de omvormer is geïntegreerd, maar over de zonnepanelen is verdeeld. Wat power optimizers in feite doen, is de spanning van de string ‘optimaliseren’ zodat die overeenkomt met de invoerspanning van de omvormer – gewoonlijk 380 of 400 VDC voor eenfasige systemen.

Logisch, niet? Toch bestaan er nog hardnekkige mythes over power optimizers:

Mythe 1: power optimizers wekken meer energie op voor beschaduwde zonnepanelen.

Deze mythe is gebaseerd op commerciële beweringen dat power optimizers meer stroom produceren wanneer een of meer zonnepanelen in de schaduw liggen. Hoewel de basis van deze bewering juist is, betekent meer vermogen niet altijd een betere energie-efficiëntie. Zoals hierboven uitgelegd, vervult de power optimizer dezelfde functie als het DC/DC-gedeelte van een moderne stringomvormer. Het belangrijkste verschil is dat hij verdeeld is over de zonnepanelen in plaats van geïntegreerd in de omvormer.

Bedenk nu dat schaduw het langst aanhoudt in de vroege ochtend en de late namiddag. Op die momenten van de dag is de bestralingssterkte ook het laagst. Een vermogenstoename van 4 à5% in de ochtend vertaalt zich dan ook niet in een hoge opbrengst van extra energie. Uit een aantal studies blijkt zelfs dat het interne energieverbruik van optimizers, die de spanning in de loop van de dag verhogen en verlagen, groter is dan de extra energieproductie aan het begin en het eind van de dag. De power optimizers zouden alleen een significant voordeel opleveren op het vlak van energie-efficiëntie als een of meer zonnepanelen midden op de dag grotendeels in de schaduw liggen. In dat geval kunnen we ons afvragen waarom de modules daar überhaupt zijn geplaatst. Als het hele netwerk gelijkmatig in de schaduw ligt, bijvoorbeeld door een wolk, leveren de power optimizers geen significant extra vermogen of energie op.

Mythe 2: traditionele power optimizers wekken meer extra energie op dan ze verbruiken.

Power optimizers verbruiken zelf energie door de werking van de vermogenselektronica die ze bevatten en door de communicatie via het elektriciteitsnet. De energie die ze daarvoor nodig hebben, onttrekken ze aan de zonnepanelen wanneer de modules in werking zijn. Bovendien verhogen of verlagen power optimizers de spanning bijna constant, de hele dag door, elke dag. Vergeet niet: in tegenstelling tot een micro-omvormer die echt onafhankelijk functioneert, is de rol van een power optimizer de module te laten werken op een spanning die voor de hele string gelijk is aan die waarmee de DC bus (380 of 400 V) de omvormer laat werken. Onder niet-optimale omstandigheden, zoals een mismatch tussen modules of bij schaduw, zijn de optimizers gedwongen hun bedrijfsspanning aan te passen om hun rendement te verlagen. Hoe slechter de operationele omstandigheden, hoe lager de efficiëntie van de optimizer, aangezien de toestellen harder moeten werken om de spanning aan te passen.

Dan is er nog de verhoogde spanningsval, waarmee geen rekening wordt gehouden in de technische fiche van de traditionele power optimizer. Een power optimizer voegt 2,5 meter extra kabel van 2,5 mm² toe (inclusief ingangs- en uitgangskabels) aan elke module waarop hij is aangesloten. Die extra kabel alleen al zorgt voor een spanningsval van ongeveer 0,27 volt per optimizer in direct zonlicht. Dat komt neer op meer dan 145 watt aan verloren vermogen in een systeem van 12 kWp, wat overeenkomt met meer dan 265 kWh aan verloren zonne-energieproductie per jaar, alleen al door de extra bedrading. Bij deze berekening is zelfs nog geen rekening gehouden met de extra weerstandsverliezen in verband met de vier extra aansluitingen per power optimizer.

Voor de eigenaars van de zonnestroominstallaties is dat alles geen goede zaak. Uiteindelijk hebben zij het grootste belang bij de besparingen die ze kunnen halen uit een grotere energie-efficiëntie.

Mythe 3: power optimizers detecteren ‘falende’ zonnepanelen.

Om deze mythe te begrijpen, moeten we eerst weten wanneer en hoe zonnepanelen defect raken. Dit onderwerp alleen al verdient een artikel, maar kort samengevat is het uitvalpercentage van zonnepanelen ongelooflijk laag, vooral in vergelijking met het uitvalpercentage van power optimizers.

Dit zijn de voornaamste oorzaken van falende modules:

1) Beschadiging van kabels door knaagdieren of draadbeheer. Dit vertaalt zich gewoonlijk in een aardlek of boogfout. In beide gevallen is (of lijkt) de gehele zonnestroominstallatie offline. De optimizers hebben geen invloed op dit scenario.

2) Omgevingsstress die leidt tot lasfouten, delaminatie of tot het binnendringen van vocht. Het resultaat is vaak een kortsluiting aan de binnenkant van de module. Deze situatie is in principe detecteerbaar door de isolatietester van de omvormer. De hele zonnestroominstallatie blijft buiten werking zolang de situatie aanhoudt. De optimizers hebben hierop geen invloed.

3) Warme plekken door aanhoudende beschaduwing van nabije objecten. De power optimizer kan dit niet voorkomen. Deze situatie is alleen te vermijden door bij het systeemontwerp de modules te plaatsen volgens de ‘best practices’.
Helaas gebruiken de meeste technici de sensors die ingebouwd zijn in de power optimizers voor de bewaking van de modules niet om problemen te vermijden maar om defecte power optimizers op te sporen.

Mythe 4: traditionele power optimizers zijn voor 99% efficiënt…

…en dat terwijl de spanningsomzetter – de omvormer – van het systeem een Europese efficiëntie van 98,8% kan hebben. Er bestaat geen gestandaardiseerde methode voor het testen of verifiëren van de Europese efficiëntie van een power optimizer op het niveau van de zonnepanelen. Op de technische fiche staat soms een ‘gewogen rendement’ voor de power optimizer vermeld, maar dat is een commerciële term zonder algemeen aanvaarde definitie of gestandaardiseerde test. Hoewel er één werkingspunt van een optimizer kan zijn met een rendement van 99%, werken de meeste bedrijfspunten waarschijnlijk met een veel lager rendement dan 99%. We moeten namelijk rekening houden met de extra energieverliezen in de zonnestroominstallatie.

Hoe verder de werkelijke spanning van de string verwijderd is van de vaste werkingsspanning van de omvormer (ook wel ’geoptimaliseerde spanning’ genoemd), hoe lager het rendement van de string.