7 MPPT

Het vermogen van een zonnecel is spanning maal stroom (P = V x I). Voor elke situatie is er één werkpunt waarop dat product het grootst is. Dat punt ligt in de "knik" van de I-V-curve, de grafiek van stroom tegenover spanning.

Het punt ligt niet vast. Het verschuift met de hoeveelheid licht en met de temperatuur. Bij hogere temperatuur stijgt de stroom een beetje, maar de spanning daalt veel sterker (US Department of Energy). Over een jaar telt dat op: PVGIS, de rekentool van de Europese Commissie, rekent voor Utrecht (zuid, 35° helling) met zo'n 5,2 % verlies per jaar door temperatuur en lage instraling.

MPPT past de elektrische belasting van het paneel aan, zodat het paneel in de buurt van zijn MPP werkt.

De meest gebruikte methode heet "perturb and observe". De regeling verandert de spanning van de panelen met een kleine stap en meet of het vermogen stijgt of daalt. Stijgt het, dan gaat ze verder in dezelfde richting. Daalt het, dan keert ze om. Vergelijk het met een heuvel beklimmen in de mist ("hill climbing"). De methode is eenvoudig, maar het vermogen schommelt voortdurend een beetje rond de top, ook bij constant licht.

Bij het opstarten in de ochtend vonden de geteste systemen in een internationaal onderzoek (IEA PVPS Task 13) het MPP in minder dan een minuut.

Bij gedeeltelijke schaduw kan de curve van vermogen tegenover spanning meerdere pieken hebben. Een tracker die stap voor stap klimt, vindt de piek in zijn buurt en blijft soms op een lagere piek staan in plaats van op de hoogste.

In een string, een rij in serie geschakelde panelen, loopt overal dezelfde stroom. Een geschaduwd paneel beperkt die stroom. Een bypassdiode, een diode die een deel van het paneel overbrugt, neemt het verschil over. De tracker van een stringomvormer kan dan een werkpunt kiezen met hoge stroom en lage opbrengst (IEA PVPS).

Er zijn oplossingen, maar die verschillen sterk. Een optimizer is een kastje per paneel dat zelf het werkpunt zoekt (zie Optimizers). In de metingen vond één geteste optimizer het globale maximum pas na een scan die de omvormer startte. De scan duurde 1,1 seconde, maar kon niet vaker dan om de vijf minuten starten. Bij vaak wisselende schaduw kan dat de jaaropbrengst merkbaar verlagen. Twee geteste optimizers bleven bij wisselende schaduw vaak in een lokaal maximum steken en haalden minder dan 90 % van het beschikbare vermogen. Die resultaten gelden voor die specifieke toestellen.

Een omvormer kan meerdere MPP-trackers hebben, elk met een eigen regeling voor één of meer strings (zie Stringomvormer). Elke tracker zoekt één gezamenlijk werkpunt voor alle panelen die erop zijn aangesloten.

Het aantal aansluitstekkers is niet hetzelfde als het aantal trackers. Een omvormer met vier paneelaansluitingen heeft vaak maar twee trackers, waarbij twee aansluitingen één tracker delen. Op de datasheet staat het aantal onafhankelijke trackers, en ook de maximale stroom per aansluiting en per tracker: twee parallelle strings tellen hun stroom op, zie Stringdimensionering.

Panelen met een verschillende richting sluit je daarom liefst op verschillende trackers aan. Een oost-westopstelling past ook beter bij wie 's ochtends en 's avonds verbruikt, en netbeheerders raden ze aan omdat de opwek over de dag gespreid is en de middagpiek op het net lager uitvalt. Oost en west op één tracker is niet altijd fout. Zijn de strings even lang en is het paneeltype hetzelfde, dan kan het in sommige ontwerpen op één tracker, met toch een bruikbaar gemeenschappelijk werkpunt. Er gaat dan wel wat opbrengst verloren, en hoeveel verschilt per toestel en dak. Met twee trackers is de kans op verlies het kleinst.

Hangen oost en west ongelukkig samen op één tracker, dan zie je dat niet aan de buitenkant, wel aan een lagere opbrengst, elk jaar opnieuw. Heeft de omvormer maar één tracker, dan vraagt rechtzetten een andere omvormer. In een goede offerte staat daarom op welke tracker elk dakvlak komt.

MPPT haalt niet meer uit het licht dan er is. Het zorgt er alleen voor dat het paneel op zijn beste punt werkt. De verliezen door temperatuur, invalshoek en de rest van het systeem blijven. Wat een paneel in Nederland per jaar oplevert, lees je in Opbrengst in Nederland.

Een gezin in Nijmegen heeft een dak met een oostvlak en een westvlak, beide met 35° helling. Er komen 8 panelen van 435 Wp (3,48 kWp): 5 op het oostvlak en 3 op het westvlak.

We gebruiken PVGIS-uurwaarden voor Utrecht, gemiddeld over 2005-2023, met 14 % systeemverlies en 35° helling. De tijdstippen staan in lokale zomertijd, de waarden zijn afgerond op de watt.

Volgens PVGIS levert een oostvlak hier zo'n 805 en een westvlak zo'n 795 kWh per kWp per jaar, tegenover zo'n 1.005 voor een zuidvlak. Een oost-westdak levert dus zo'n 20 % minder dan hetzelfde aantal panelen op het zuiden. Voor deze 3,48 kWp is dat zo'n 2.780 kWh tegenover zo'n 3.500 kWh. (Milieu Centraal komt voor een doorsnee dak lager uit, zo'n 870 kWh per kWp; de verhouding tussen de richtingen blijft dezelfde.)

Gemiddeld vermogen in juni, per kWp:

Oost- en westpanelen hebben nooit tegelijk hetzelfde werkpunt. Om 11 uur levert een oostpaneel bijna het dubbele van een westpaneel (456 tegen 236 W per kWp). Om 16 uur is het omgekeerd (231 tegen 444 W per kWp). Sluit je alle panelen op één tracker aan, dan krijgen ze één gezamenlijk werkpunt.

Met 5 en 3 panelen is dat bovendien lastig. Twee parallelle strings van ongelijke lengte hebben een andere spanning: met zo'n 34 V per paneel is dat 5 x 34 V = 170 V tegenover 3 x 34 V = 102 V, terwijl ze op één tracker één spanning moeten delen. Een van de twee werkt dan ver buiten zijn beste punt. Met twee trackers krijgt elk dakvlak zijn eigen werkpunt.

Hoeveel kWh dat bij jou scheelt, verschilt per dak en per omvormer, en dat is precies wat je in een offerte niet altijd ziet. Een installateur die ter plaatse de dakvlakken meet, kan het stringplan erop afstemmen, en de MYNRG Check zet de opbrengst naast je verbruik. Een omvormer kies je voor tien jaar of langer. Doe de MYNRG Check.

• De tracker staat nooit stil. De gangbare methode schommelt voortdurend rond het MPP, ook bij constant licht.
• Bij warm weer zakt de spanning. Het MPP verschuift naar een lagere spanning, en de omvormer volgt.
• Bij schaduw bestaat "het" MPP niet. Er zijn meerdere pieken en een tracker kan op een lagere blijven staan.
• Een scan naar het beste punt kost tijd. Bij een geteste optimizer kon die scan niet vaker dan om de vijf minuten starten.
• Ook een stringomvormer heeft MPPT. Je hebt geen optimizers nodig om een tracker te hebben. Optimizers geven elk paneel een eigen werkpunt.
• Een oost-westdak verlicht ook het net. De opwek is over de dag gespreid, de middagpiek is lager, en dat verkleint de kans dat je omvormer uitvalt door te hoge spanning. Netbeheer Nederland noemt oost-west uitdrukkelijk als iets wat je zelf kunt doen.

• Karakteristieke weerstand. Het MPP komt overeen met een belastingsweerstand V/I. MPPT is in feite het afstemmen van de belasting op die weerstand.
• Methoden. Perturb and observe en incremental conductance zijn beide hill-climbingmethoden. Een methode met een vaste verhouding tot de open-klemspanning gebruikt vaak de factor 0,76, die niet altijd nauwkeurig is.
• Vereenvoudiging. Sommige methoden nemen aan dat de MPP-spanning lineair met de paneeltemperatuur verandert en dat de instraling nauwelijks invloed heeft. Dat is een vereenvoudiging, geen algemene wet.
• Stringdimensionering. Het aantal panelen per string en het spanningsvenster van de tracker staan in Stringdimensionering.

• IEA PVPS Task 13, Performance of Partially Shaded PV Generators Operated by Optimized Power Electronics (2024)
• US Department of Energy, Solar Photovoltaic Performance and Efficiency
• Wikipedia, Maximum power point tracking
• Netbeheer Nederland, factsheet spanningsproblemen door zonnepanelen
• Milieu Centraal, Kosten en opbrengst zonnepanelen
• PVGIS, Europese Commissie (JRC)