Omvormer (zonne-energie)

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Een omvormer voor zonne-energie is een omvormer die gelijkstroom afkomstig van zonnepanelen omzet. Bij netgekoppelde omvormers (gekoppeld aan het lichtnet) is dit wisselstroom. Bij stand-alone-omvormers die een eigen net voorzien van elektriciteit is dit wisselspanning. Deze laatste (dus voor off-grid) slaan hun teveel aan energie meestal op in accu's. Het verschil tussen deze twee is dat een netgekoppelde omvormer het maximale vermogen dat hij uit de zonnepanelen kan halen het lichtnet opstuurt, terwijl een offgrid omvormer de spanning beschikbaar maakt, en afhankelijk van de gebruikersvraag en de opbrengst van de panelen de accu's aanspreekt of bijlaadt. Ook zijn er voor accutoepassingen laadregelaars.

Typen[bewerken]

Er zijn net-gekoppelde omvormers van de volgende typen:

Paneel- of micro-omvormer
elk zonnepaneel heeft zijn eigen omvormer, meestal van 100 tot 360 watt
String-omvormer
een string van panelen in serie geschakeld heeft een omvormer, meestal van 500 tot 3000 watt.
Multi-string omvormer
meerdere strings van panelen zijn aangesloten op een omvormer, meestal van 3000 tot 5000 watt of tot 15000 watt voor 3-fasenomvormers.
PV-centrale omvormer
deze omvormer kan de stroom van een zonne-energiecentrale omzetten in netspanning. Dit type omvormer heeft het formaat van een middelgrote tot grote koelkast.
Hybride omvormer
meerdere typen omvormers vallen in deze klasse. Zo kan deze omvormer geschikt zijn voor opslag van energie of kan er naast zonne-energie ook energie vanuit een windturbine ingevoerd worden.

Het vermogen van een omvormer kan lopen van een paneelomvormer van 100 tot 15.000 Wp voor een pv-centrale.

Hoewel de gemiddelde levensduur van omvormers door technologische vooruitgang is toegenomen, gaat een omvormer vaak niet langer mee dan 12-15 jaar. Dit is ongeveer de helft van de verwachte minimale levensduur van zonnepanelen, er zijn zonnepanelen van meer dan 40 jaar oud die nog probleemloos werken. De levensverwachting van micro-omvormers is vaak langer dan van andere types omvormer, met tot wel 25 jaar garantie. Gewone omvormers hebben vaak 2 of 5 jaar garantie die soms tot 10 jaar of nog langer kan worden verlengd door bij aanschaf garantie bij te kopen.

Werking[bewerken]

Aanpassing aan zonnecellen[bewerken]

De werking van een omvormer voor zonne-energie is gebaseerd op de eigenschappen van zonnecellen. Het gaat erom om zo veel mogelijk energie uit de cellen te verkrijgen. Daarom zal de omvormer zich op het hoogste vermogen dat op elk moment beschikbaar is dienen in te stellen.

Tot een bepaalde spanning van ongeveer 0,5 volt zal de zonnecel zich bijna als een ideale stroombron gedragen. De grootte van de stroom is evenredig met de hoeveelheid licht die op de zonnecel valt. De open spanning is ongeveer 0,6 volt. Tussen de 0,6 en 0,5 volt neemt de maximale stroom toe. Deze waarden zijn ook nog sterk temperatuursafhankelijk. Een zonnecel is dus geen ideale stroom- of spanningsbron. Daarom zal de stroomafname van de zonnecellen dynamisch geregeld worden volgens een bepaald algoritme. Het maximale vermogen is de hoogste opbrengst van het product van spanning en stroom. Men spreekt dan over het maximum power point (MPP). De elektronica dient zich dus daarop af te stemmen. In de praktijk zal dat neerkomen op een variërende belasting van de zonnecel (afhankelijk van de grootte van de ingevangen lichtstroom) waarbij een spanning over de zonnecel van ongeveer 0,5 V zal ontstaan. Een eenvoudig regelalgoritme is dan: belast de zonnecel op 80% van de open spanning.

Aangezien de zonnecellen zo'n lage spanning hebben worden deze in serie in zonnepanelen samengebracht. De panelen die ongeveer 30 tot 45 volt kunnen leveren worden ook in serie gezet. Zo kan men komen tot spanningen van ongeveer 600 volt. Er zijn omvormers die een maximale ingangsspanning van 1000 volt kunnen verdragen. Het voordeel van zo'n configuratie is dat de stromen beperkt blijven en daardoor de connectoren eenvoudig en de elektrische koperdraden in verhouding dun. Het nadeel is dat wanneer er door schaduw, verontreiniging of sneeuw een aantal zonnecellen wordt afgedekt, dat deze vanwege de grote "stroomkarakteristiek" als barrière kunnen fungeren voor de gehele stroomketen. Als er geen maatregelen worden getroffen door bijvoorbeeld diodes, kunnen die afgedekte zonnecellen alle vermogen van de niet-afgedekte zonnecellen gaan dissiperen waardoor een veel te hoge temperatuur kan gaan ontstaan en zelfs brand. Dat kwam wel voor bij de toepassing van de eerste converters. Er zijn slimme converters in de handel die rekening kunnen houden met deelschaduw. Dan is het regelalgoritme niet eenvoudig maar zal een microprocessor de MPP-waarde telkens opnieuw berekenen.

Omzetting naar wisselstroom[bewerken]

Bij een netgekoppelde converter wordt de wisselspanning van het net als uitgangspunt genomen. De verkregen energie uit de zonnecellen zal zéér tijdelijk als magnetische energie in spoelen of transformatoren, of als elektrostatische energie in condensatoren aanwezig zijn. Op het juiste moment (dus zogenaamd "in fase") wordt die energie als stroom geïnjecteerd in het net. Met andere woorden, het zal een stroom zijn die in vergelijking met een verbruiksstroom precies in de tegengestelde richting loopt. Er zijn intelligente converters die ook enige blindstroom (inductief of capacitief) kunnen veroorzaken, als netverbeteraars. In netwerken is het van belang niet teveel blindstroom te laten lopen. Blindstroom is een stroom waarbij spanning en stroom 90 graden (of 270 graden) uit fase zijn: ze belasten de koperen geleiders wel maar dragen niet bij aan de overdracht van energie. De intelligente converters kunnen die stromen compenseren. Wanneer door een netstoring de spanning wegvalt zullen deze converters dan ook zichzelf afschakelen omdat ze hun stroom niet meer op een adequate manier kwijt kunnen.

Een omvormer mag niet altijd energie op het net plaatsen. Wegens veiligheidsredenen mag een netgekoppeld systeem geen elektriciteit op het net zetten als bijvoorbeeld deze spanning te hoog is. Niet alleen de spanning, die zowel te hoog als te laag kan zijn, is een parameter waarop geschakeld wordt. Ook de frequentie van het net is een belangrijke parameter. Op welke spannings- en frequentiewaarden de omvormer moet afschakelen is landsafhankelijk en dit is dan ook vaak in te stellen op het apparaat zelf. De instellingen zijn meestal vergrendeld voor een particuliere gebruiker, men heeft vaak een sleutel of code van de fabrikant nodig om deze parameters aan te passen.

Bij de stand-aloneconverters is er sprake van een echte wisselspanning die wordt gegenereerd. Het probleem is dan alleen nog als je energie te weinig of te veel hebt. Daarom is in zo'n geval energieopslag in bijvoorbeeld accu's nodig.

Monitoring[bewerken]

Grotere omvormers slaan de gegevens over de opbrengst vaak op, waardoor het mogelijk is om de prestaties van het systeem te monitoren. Door middel van een display op de omvormer zelf kunnen de gegevens worden uitgelezen. Bij omvormers met een middel- tot groot vermogen is het vaak mogelijk om de gegevens via USB, een ethernetaansluiting, RS232, RS485-interface of draadloze bluetoothverbinding naar een pc of smartphone te sturen. Bij kleinere omvormers ontbreekt deze mogelijkheid vaak en moet het functioneren van de omvormer bewaakt worden via ledlampjes en/of een extern monitoringsysteem.