Optimizers zijn net zo nutteloos als koelkasten op de Noordpool

#Optimaliseer energie-opbrengsten in zonnestroomsystemen intelligent, maar veilig. Als het gaat om extra elektronica ten opzichte van een eenvoudig systeemontwerp met moderne omvormertechnologie, is Hannes Knopf helemaal in zijn element. De expert in moderne stringomvormerfuncties deelt zijn kennis: Waarom kunnen optimizers een veiligheidsrisico vormen? En hoe profiteren beheerders en installateurs van meer efficiëntie en veiligheid met de geïntegreerde SMA ShadeFix software?

In een studie zijn nu verschillende technologieën voor het optimaliseren van de opbrengst vergeleken. Als het gaat om energierendement, presteerden de MLPE-hardware methoden in de meeste gevallen slechter dan de op software gebaseerde SMA methode. Wat is hiervan de reden?

Het bijzondere aan de SMA stringomvormers is de ingebouwde SMA ShadeFix functie. Deze zorgt er namelijk automatisch voor dat zonnestroomsystemen zeer veel zonlicht kunnen omzetten in elektrische stroom. Zelfs in schaduw. Ik ben met name erg verheugd dat dit nu ook is bevestigd door een wetenschappelijke studie. De studie toont aan dat hardware oplossingen voor paneeloptimalisatie slechts in zeldzame gevallen extra opbrengst opleveren, d.w.z. met zeer zware permanente schaduw. Echter, voor het merendeel zijn optimizers net zo nutteloos als koelkasten op de Noordpool.

Energieopbrengsten in de schaduw. Dat klinkt een beetje tegenstrijdig. Hoe werkt dit?

Strikt genomen bestaat dit niet. Ze zijn in elk geval meestal verwaarloosbaar klein. Dit komt met name doordat slechts tijdelijk gedurende de dag, zoals ’s morgens of ’s avonds, zonnestroompanelen in de schaduw staan. Dit zijn bijvoorbeeld schaduwen van schoorstenen, dakkapellen of bomen. En dit is precies waar onze technologie scoort. Hij is ontworpen om ervoor te zorgen dat de omvormer altijd het maximale vermogen van de zonnestroompanelen verkrijgt, zelfs in de schaduw.

Je kunt het zo zien – heel duidelijk en vereenvoudigd: De snelheid waarmee elektronen door de zonne-energiecellen in de zonnestroompanelen stromen, is afhankelijk van de zonnestraling. In de zon bewegen ze erg snel, in de schaduw een stuk langzamer. Hierdoor ontstaat als het ware een elektronenstoring in het beschaduwde deel van een zonnestroompaneel. SMA ShadeFix omzeilt het beschaduwde deel van een zonnestroompaneel, waarin toch al geen significante energieopbrengst kan worden verwacht, en leidt de elektronen rechtstreeks naar het niet-beschaduwde deel. Daar kunnen ze zich met normale snelheid verplaatsen. Het resultaat is een hoger energierendement.

Paneelelektronica voor een veiliger systeem. Daarom vereisen sommige landen nog steeds het gebruik van optimizers.

De discussie over het gebruik van Module Level Power Electronics, oftewel MLPE, voor het loskoppelen op paneelniveau, de zogenaamde snelle uitschakeling, draait om de veiligheid van hulpverleners zoals de brandweer bij een zonnestroominstallatie. Deze discussie negeert echter volledig de veiligheid van installateurs. De snelle uitschakelingsregeling in de Verenigde Staten en bijbehorende beperking van de spanning tot 80 volt kan leiden tot een verkeerde beoordeling van de veiligheidssituatie. Want zelfs 80 volt op zonnestroompanelenles is nog steeds gevaarlijk. En wie kan er zeker van zijn dat de snelle uitschakeling na 20 jaar in bedrijf op het dak of bij brand nog steeds betrouwbaar werkt? Tegelijkertijd verhoogt een groter aantal onderdelen, met name de connectoren, het risico op brand in het systeem. Bovendien negeert de verplichte uitschakelfunctie op paneelniveau volledig het feit dat de tijd die installateurs op het dak nodig hebben, aanzienlijk wordt verlengd vanwege de noodzakelijke onderdelen en dat zij dus ook meer risico lopen op ongevallen, bijvoorbeeld door een val van het dak.

In landen waar uitschakelfuncties op paneelniveau verplicht zijn, rekenen we op de SunSpec-norm voor snelle uitschakelsignalen en dus op toestellen en onderdelen die volgens de SunSpec-norm voor snelle uitschakeling zijn gecertificeerd. Hiervoor zijn geen spanningsomvormers nodig in het stroompad van de paneelelektronica, zodat het aantal elektronische onderdelen op het dak met meer dan de helft wordt verminderd en tegelijkertijd daarmee de betrouwbaarheid verhoogt. Dit minimaliseert op zijn beurt het risico voor hulpverleners en installateurs ter plaatse.

Waarom zijn tegenwoordig nog optimizers nodig?

Goeie vraag. De resultaten van de studie zijn duidelijk. Meer elektronica op het dak verhoogt niet alleen het installatiewerk en de kans op fouten. Het betekent ook een hoger risico op ongevallen voor installateurs omdat ze meer tijd op het dak moeten doorbrengen. Tegelijkertijd verhoogt een groter aantal toestellen, met name de connectoren, het risico op brand in het systeem. Standaard zonnestroompanelen zijn uitgerust met twee DC-connectoren. Elk extra MLPE-apparaat voegt vier extra connectoren toe. Door het aantal contactpunten te verdrievoudigen, neemt het faal- en brandgevaar toe. Mogelijke bronnen van gevaar zijn onder meer verkeerd gemonteerde connectoren, losse stekkerverbindingen en in het bijzonder verkeerde combinaties, d.w.z. connectoren van verschillende fabrikanten.

Als echter een deel van het systeem in zeer veel schaduw staat, kan selectief gebruik van een optimizer zinvol zijn. Een bijzonder bekwame installateur zou nodig zijn om het systeem efficiënt te plannen en om te beoordelen of een zonnesysteem ter plaatse zelfs realistisch en zinvol is. Er is nog geen technologie die schaduw in licht kan veranderen.

Vergelijking van componenten voor een doorsnee commerciële installatie met een vermogen van 50 kilowatt (kW): In de SMA-systeemoplossing zijn ongeveer 2.000 elektronische componenten nodig, terwijl meer dan 60.000 elektronische componenten nodig zijn als module-optimizers worden gebruikt.

Maximale energieopbrengsten voor de klant en maximale veiligheid in de werkomgeving van het zonnestroomsysteem. Hoe kunnen systeemplanners dit bereiken?

De oplossing is een zo slank mogelijk systeemontwerp. Omdat deze exact voldoet aan de basisvereisten voor een zonnestroomsysteem, namelijk maximale veiligheidseisen in de werkomgeving van het zonnestroomsysteem met de hoogst mogelijke energieopbrengst voor de systeembeheerder gedurende de gehele levensduur van de installatie. Daarom integreren we alle relevante functies waar mogelijk rechtstreeks in de SMA omvormer. Op deze manier optimaliseren de SMA ShadeFix software en de service- en bewakingsfunctie SMA Smart Connected de energieopbrengst gedurende de gehele levensduur van het zonnestroomsysteem. SMA Smart Connected bewaakt proactief de conditie van de omvormer, waarschuwt installateurs bij problemen en stuurt automatisch herstelrichtlijnen of zelfs vervangende toestellen. Dit vermindert het aantal onderhoudsritten.

Wat als de installateur of zonnestroomsysteembeheerder al heeft gekozen voor optimizers?

Economisch gezien is het zeker niet redelijk om nu alle optimizers uit bestaande systemen te verwijderen. Dit zou van installateurs verlangen dat ze weer het dak op zouden moeten, met de bijbehorende hoeveelheid werk en een verhoogd risico op ongevallen. En de zonnestroomsysteembeheerder draagt immers de kosten. Als de optimizers echter worden vervangen, kan het moderniseren van het systeem met moderne omvormertechnologie een slim alternatief zijn.

Uw advies voor alle zonnestroomsysteembeheerders of degenen die dat willen zijn?

Goed overleg en betrouwbare informatie vooraf zijn belangrijk. Maak u geen zorgen over een beetje schaduw.

*De SunSpec Alliance is een handelsorganisatie met meer dan 100 deelnemers in de zonne-energie en opslagsector uit Noord-Amerika, Europa en Azië. Hun doel is een uniforme standaard voor de interoperabiliteit van “plug and play” -systemen.

Wilt u meer weten over de vergelijking van SMA ShadeFix met optimizers?