PV-vermogensoptimalisatoren: nuttig of duur en overbodig?

Hoe werkt een power optimizer?

Het korte antwoord:

Power optimizers zijn kleine elektrische kastjes die worden aangesloten op afzonderlijke modules van het PV-systeem. Zij regelen de parameters van de stroom die door een bepaalde fotovoltaïsche module wordt opgewekt, zodat deze geen andere modules blokkeert of zelf door andere modules wordt geblokkeerd.

Het zijn echter geen op zichzelf staande eenheden zoals moduleomvormers, maar werken samen met de omvormer. Daarom bieden zij niet dezelfde mate van flexibiliteit bij het ontwerp van de installatie.

SolarEdge optimisers werken iets anders dan Tigo of Huawei optimisers. Wij bespreken deze details verderop.

De wat meer gedetailleerde:

De doeltreffendheid waarmee een zonnecel zonlicht omzet in bruikbare elektriciteit hangt af van de respectieve omstandigheden in de cel. Naast de temperatuur spelen ook de in de cel heersende stroomspanning en stroomsterkte een doorslaggevende rol. Dit komt omdat het product van deze twee variabelen het bruikbare vermogen van de cel vertegenwoordigt.

Op het maximale vermogenspunt (MPP) van een zonnecel zijn de stroomsterkte en de stroomspanning zodanig gebalanceerd dat hun output maximaal is. Het MPP varieert afhankelijk van de bestralingsintensiteit.

Om de optimale elektriciteitsopbrengst van een zonnesysteem te realiseren, moet het MPP daarom afzonderlijk worden ingesteld voor beschaduwde en niet-beschaduwde modules. Anders zullen modules met een lagere zonnestraling die met een hogere instraling beïnvloeden. Dit betekent dat zij hun volledige opbrengstpotentieel niet kunnen benutten.

De heersende omstandigheden kunnen worden vergeleken met een geknikte slang. Ook in deze slang beperkt de knik de waterstroom.

Aangezien de afzonderlijke cellen van een module en zelfs meerdere zonnemodules onderling verbonden zijn, is een afzonderlijke regeling van beschaduwde en niet-beschaduwde cellen niet gemakkelijk mogelijk.

Hier komt een power optimizer om de hoek kijken. Met dit apparaat is het mogelijk de “zwakste schakel in de keten” te omzeilen. Het vermindert dus niet de prestaties van alle modules.

Aan de desbetreffende fotovoltaïsche modules worden vermogensoptimalisatoren bevestigd. Deze apparaten zijn zogenaamde DC-DC converters. Dit betekent dat zij de gelijkstroom die in de desbetreffende PV-module wordt opgewekt, omzetten in gelijkstroom met een andere spanning.

Hiermee wordt de MPP voor alle modules afzonderlijk ingesteld. Een zwakke module beperkt dus niet de opbrengst van alle ermee verbonden modules.

Wanneer is een vermogensoptimalisator de moeite waard?

Stroomoptimalisatoren maximaliseren de energieopbrengst van een fotovoltaïsch systeem. Aangezien zij echter zelf elektriciteit nodig hebben en relatief duur in aanschaf zijn, is het gebruik ervan alleen zinvol in zonnesystemen met heterogene omstandigheden. Want als de situatie voor alle modules grotendeels vergelijkbaar is, is de positieve bijdrage van een vermogensoptimalisator verwaarloosbaar klein.

Laten we nog enkele argumenten van de vertegenwoordigers bekijken.

PV-optimalisatoren helpen bij beschaduwing

Solar werkt ook zonder zon en in de schaduw. De opbrengst is dan echter lager dan bij heldere hemel. Als er periodieke beschaduwing te verwachten is, bijvoorbeeld door bomen of schoorstenen, kunt u overwegen stroomoptimalisatoren te installeren. Optimalisatie op moduleniveau kan de schaduwverliezen met 25 tot 40% verminderen.

Bovendien kan regelmatige schaduw op de fotovoltaïsche modules tot storingen leiden. De bypass diodes gaan sneller kapot en er ontstaan hot spots. Optimalisatie vermindert dit risico, ook al kan het niet volledig worden weggenomen.

In ieder geval – als de installatieplaats regelmatig in de schaduw ligt (en dan hebben we het niet over een uurtje schaduw om 7 uur ’s ochtends), dan is de investering in stroomoptimalisatoren gerechtvaardigd.

Nog beter is het om schaduw helemaal te vermijden. Hoe? Bijvoorbeeld door modules met een hoger rendement te kopen (SunPower, LG, REC), waardoor de installatie kleiner wordt. Of verwijder het object dat de schaduw werpt – als dat mogelijk is.

Stroomoptimalisatoren verhogen de veiligheid in geval van brand

Tenminste voor sommige merken en oplossingen.

Het punt is dat de door de modules opgewekte gelijkstroom gemakkelijk vonkt en dat bij een standaardinstallatie, zelfs als u de omvormer uitschakelt, de spanning nog steeds aanwezig is in de draden die over het dak lopen.

Een goed uitgevoerde installatie zal vrijwel zeker geen brand veroorzaken, maar kan deze wel vergroten en reddingspogingen bemoeilijken.

Dus als veiligheid uw absolute prioriteit is, of als u een rieten dak hebt, overweeg dan SolarEdge optimizers of micro-omvormers. Tigo, bijvoorbeeld, biedt dit type veiligheidsschakelaar niet standaard aan.

Opbrengstbewaking door vermogensoptimalisatoren

Kortom, het heeft geen zin om optimizers aan te schaffen alleen voor monitoring. Waarom?

Ten eerste, waarom heb je het nodig? De meeste deskundigen zouden zeggen dat u snel moet kunnen vaststellen welke modules niet werken. Dit heeft echter geen zin om twee redenen.

Ten eerste gaat een optimizer sneller kapot dan een fotovoltaïsch paneel. PV-modules zijn eenvoudiger en robuuster, zijn al veel langer op de markt en zijn over het algemeen betrouwbaarder. Optimisers zijn nog steeds een noviteit. Als u verschillende complexe apparaten monteert om de prestaties van eenvoudige apparaten te controleren, zal dit eerder tot fouten leiden dan ze te voorkomen.

Ten tweede kunt u controleren of alle panelen werken door naar de spanning van een bepaalde rij te kijken, wat u met elke gewone omvormer kunt doen. De spanning van een systeem fluctueert bijvoorbeeld veel minder dan het vermogen. Dus als uw PV-systeem normaal om 12 uur 400 V levert en op een dag 370 V begint te leveren, dan is een module gewoon gestopt met werken.

Vooral voor kleine en middelgrote zonnesystemen is een power optimiser ook geschikt om de opbrengst van het systeem te bewaken. Voor deze PV-systemen zijn vooral de prestaties van de afzonderlijke modules van belang. Bovendien hebben kleine en middelgrote zonne-installaties vaak te maken met slechte terreinomstandigheden, zoals schaduw, enz.

Vermogensoptimalisatoren verhogen de prestaties van PV-systemen

Kortom, nee, vooral als er geen schaduw is.

Ja, ze verminderen verliezen door schaduw, maar als er geen schaduw is, kunnen PV-optimalisatoren 2 tot 3% meer fotovoltaïsch vermogen toevoegen. In de praktijk is het zelfs meer als 1%, omdat zij natuurlijk ook zelf elektriciteit verbruiken.

In het algemeen kan worden gezegd dat optimalisatoren de prijs en de moeite niet waard zijn als er geen schaduw is.

Onder welke omstandigheden kunnen PV-optimalisatoren nog nuttig zijn?

Ook als er geen schaduw is, kunnen PV-optimalisatoren onder bepaalde omstandigheden een goede oplossing zijn. Dit zijn:

Vermogensoptimalisatoren met verschillende module-oriëntatie

Als de modules van een zonnesysteem niet dezelfde oriëntatie hebben, bijvoorbeeld als verschillende zijden van een dak bedekt zijn met zonnepanelen, kan het gebruik van vermogensoptimalisatoren zinvol zijn. Het is namelijk te verwachten dat de modules zeer verschillend worden bestraald.

Verschillende neigingen of typen modules

Als de hellingshoek van de modules of het geïnstalleerde type zonnepanelen binnen een fotovoltaïsch systeem verschilt, zou het volledige opbrengstpotentieel van het PV-systeem kunnen worden benut met behulp van vermogensoptimalisatoren.

Ongelijke snaarlengte

Verschillende modules die met elkaar verbonden zijn, worden een “string” genoemd. Vermogensoptimalisatoren regelen de spanning in de respectieve string, ongeacht de lengte ervan. Zij zijn dus het middel bij uitstek wanneer er snaren van verschillende lengte in het systeem aanwezig zijn.

Wat zijn de nadelen van een PV optimiser?

PV optimisers zijn dozen met vermogenselektronica die op het dak worden gemonteerd, d.w.z. op een moeilijk bereikbare plaats en blootgesteld aan extreme temperaturen, vochtigheid, regen en andere invloeden.

Het is gemakkelijk om een defecte optimizer te herkennen. Maar het is moeilijker om het te vervangen. En hoewel de garanties voor optimizers lang zijn – tot 25 jaar – wordt daarbij geen rekening gehouden met arbeidskosten zoals vervanging, maar alleen met de kosten van het apparaat.

Tegelijkertijd moeten dakinspecties in het beste geval worden vermeden. U wilt gewoon niet dat iemand op het dak rondloopt en modules losschroeft (of erger nog – erop stapt!) om bij de defecte optimizers eronder te komen.

Door te investeren in prestatie-optimalisatoren krijgt u extra mogelijkheden, maar kunt u ook meer dingen kapot maken.

Wat kost een performance optimiser?

Power optimizers zijn over het algemeen (er zijn uitzonderingen) goedkoper dan moduleomvormers, waarbij Tigo en Huawei goedkoper zijn dan SolarEdge.

Als richtlijn kunnen voor een stroomoptimalisator kosten tussen 50 en 200 euro per geïnstalleerde kilowatt/piek worden berekend.

Of de investering in een stroomoptimalisator loont, hangt niet alleen af van de prijs van de desbetreffende stroomoptimalisator, maar ook van de prijs van het zonnesysteem zelf.

Als een fotovoltaïsch systeem bijvoorbeeld 2.000 euro per kilowatt kost, moet een stroomoptimalisator van 100 euro per kilowatt/piek een extra opbrengst van 5% kunnen behalen. Als de extra opbrengsten lager zijn, is de power optimiser niet rendabel.

Als de waarde van het zonnesysteem echter slechts 1.000 euro per kilowatt bedraagt en de kosten voor de stroomoptimalisator worden verondersteld 200 euro per kilowatt/piek te zijn, moet de elektriciteitsopbrengst met ten minste 15% worden verhoogd zodat de investering in de stroomoptimalisator loont.

Uit dit rekenvoorbeeld kan worden geconcludeerd dat een power optimiser sneller rendeert als hij aan een duurder zonnepaneel wordt gekoppeld. De reden hiervoor kan heel grafisch worden uitgelegd. Want dure zonnepanelen, naar analogie van een sportwagen, profiteren vooral van het “vrij rijden” langs de respectieve modulestreng. Daarentegen profiteren goedkopere modules ook van de opheffing van de “bottleneck”, maar niet in dezelfde mate als bijzonder hoogwaardige modules.

In principe hangen de totale kosten af van het aantal fotovoltaïsche panelen. In het geval van een installatie met 16 zonnepanelen loopt de investering op tot 1000 euro. Zijn power optimizers het extra geld waard? Dat hangt natuurlijk af van de omstandigheden.

Laten we enkele scenario’s bekijken:

• Een installatie zonder schaduw met modules van gelijk vermogen, waarbij alle fotovoltaïsche panelen in één richting zijn gericht, zal weinig voordeel opleveren voor vermogensoptimalisatoren. In dat geval is het niet de moeite waard om ze te kopen.
• Een installatie met wisselende schaduwen door een schoorsteen of mast zijn voor een goede werking vermogensoptimalisatoren of micro-omvormers nodig. Panelen in de schaduw verliezen niet alleen het grootste deel van hun vermogen, maar verminderen ook sterk de prestaties van de hele installatie.
• Installatie met PV-modules met verschillende niveaus, hellingen en oriëntaties. Het venijn zit hem in de details, maar ik zal proberen de zaken te vereenvoudigen – als u een installatie hebt met twee uitlijningen, zal een standaard omvormer met 2 MPPT-series net zo goed werken als een omvormer met optimizers. Maar voor complexe daken op 3, 4 uitlijnen zult u waarschijnlijk moeten investeren in micro-omvormers.

Kan ik achteraf een power optimiser inbouwen?

Vermogensoptimalisatoren kunnen ook achteraf in bestaande systemen worden ingebouwd. Dit geldt ook voor systemen met dunnefilmmodules. Als u echter overweegt een nieuwe fotovoltaïsche installatie aan te schaffen, kunt u het beste van meet af aan nagaan of een power optimiser zinvol is voor de desbetreffende situatie. Dit is de enige manier om ervoor te zorgen dat het systeem meteen bij de ingebruikneming zijn volledige prestatiepotentieel kan benutten.

Wie zijn de belangrijkste fabrikanten van stroomoptimalisatoren?

SolarEdge

SolarEdge heeft goede producten en een uitstekende marketing.

Ga voor SolarEdge als:

• legt u veel nadruk op veiligheid en toezicht.
• uw dak is beschaduwd, maar de beschaduwing is niet groot (er moeten altijd 6 onbeschaduwde modules op een rij staan).
• Uw installatie wijst in maximaal twee richtingen.

Zie voor meer informatie ons gedetailleerde SolarEdge testrapport.

Tigo

Tigo is een merk dat uitsluitend PV-optimalisatoren produceert en dat al vele jaren doet. Zij hebben een zeer goede reputatie in Australië – een van de oudste en meest veeleisende markten in de wereld van de fotovoltaïsche energie.

De Tigo power optimizers zijn compatibel met elke omvormer en het is mogelijk om selectief alleen de modules te optimaliseren die in de schaduw liggen. Dus met Tigo heb je geen onnodige onderdelen op het dak.

Bovendien werken de Tigo optimalisatoren anders dan SolarEdge. De laatste werken altijd – Tigo alleen als er schaduw is. Dit betekent een lagere kans op fouten.

Selecteer Tigo met selectieve optimalisatie als:

• wil je de effecten van schaduwen tegengaan.
• Slechts enkele modules van de installatie worden beïnvloed door de schaduw (bv. door een schoorsteen, boom, enz.)
• U wilt een merkomvormer (Fronius, SMA).

Huawei

Iedereen kent Huawei smartphones, maar niet iedereen weet dat Huawei ook ’s werelds grootste fabrikant van zonne-omvormers is.

Huawei heeft ook zijn eigen optimalisatiesysteem. Het verschilt van Solaredge doordat u het niet op alle modules hoeft te installeren, maar alleen op geselecteerde modules. Het verschil met Tigo is dat het standaard monitoring aanbiedt.

Over het geheel genomen is Huawei een zeer goede optie.

Kies Huawei als:

• je hebt een Huawei merk omvormer
• je hebt een probleem met schaduw op de installatie

De gedetailleerde test van Huawei omvormers vindt u hier.

Conclusie: Hebben PV-vermogensoptimalisatoren zin?

PV power optimizers kunnen de opbrengst van een schaduwrijk PV-systeem tot 25 procent verhogen. Als er echter geen regelmatig voorkomende schaduw is, heeft het gebruik ervan geen zin. De productiestijging is dan 1 tot 3 procent en rechtvaardigt de investering niet.

In het algemeen kan dus worden gezegd dat PV-optimalisatoren de prijs en de moeite niet waard zijn als er geen schaduw is.