5 Optimizers

Voor jou als …

• een deel van je panelen een groot stuk van de dag in matige tot zware schaduw ligt;
• panelen met een verschillende richting in dezelfde string moeten;
• de schaduw zwaar is: dan zijn optimizers op alle panelen het efficiëntst.

Niet voor jou als …

• je dak geen schaduw heeft: optimizers verliezen zelf energie;
• de schaduw licht is: een stringomvormer doet het dan meestal even goed of beter;
• je dak in twee richtingen ligt: dan volstaan vaak twee MPP-trackers op de omvormer;
• je er één wilt bijzetten op een bestaande string: dat doe je niet op eigen houtje.

In een string, een reeks in serie geschakelde panelen (zie Stringomvormer), loopt door alle panelen dezelfde stroom. Een geschaduwd paneel kan minder stroom leveren en remt zo de hele string af.

Een paneel heeft meestal drie bypassdiodes: kleine diodes die elk een deel van het paneel overbruggen. Valt er schaduw op een deel van het paneel, dan neemt de diode van dat deel de stroom over. Dat deel levert dan niets meer, en er ontbreekt ongeveer een derde van de paneelspanning.

De MPP-tracker is de regeling die het werkpunt van de string zoekt, zie MPPT. Bij schaduw kan hij een werkpunt kiezen met hoge stroom en lage opbrengst. Een stringomvormer is voordelig, maar levert minder op als één paneel problemen heeft, zegt het Amerikaanse ministerie van Energie.

Een optimizer hoort bij de familie van module level power electronics (MLPE), elektronica per paneel. Daartoe behoren optimizers en micro-omvormers.

Bij een optimizer blijft er één stringomvormer nodig die de gelijkstroom omzet in wisselstroom. De optimizer zorgt dat elk paneel op zijn eigen werkpunt werkt. Bij een micro-omvormer gebeurt de omzetting naar wisselstroom al op elk paneel, zie Micro-omvormers.

Een optimizer maakt geen licht bij. Een beschaduwd paneel krijgt minder licht en levert dus minder; de optimizer zorgt er alleen voor dat de rest van de string daar niet onder lijdt.

Niet elke combinatie van optimizers en omvormer werkt. Sommige systemen vragen optimizers op alle panelen, andere laten ze alleen op de getroffen panelen toe, en er gelden minimumaantallen per string. Eén optimizer toevoegen aan een bestaande string is dus geen klusje voor tussendoor.

IEA PVPS Task 13, rapport T13-27 (november 2024)

• Het jaarlijkse opbrengstverschil tussen een stringomvormer en MLPE is bij lichte tot matige schaduw meestal kleiner dan 4 %.
• Bij lichte schaduw (minder dan 10 %) doet een stringomvormer het goed, net als optimizers op alleen de getroffen panelen. Optimizers op alle panelen scoren dan slechter. Bij matige schaduw (10 tot 40 %) zijn beide MLPE-varianten beter dan een standaard stringomvormer. Bij zware schaduw (meer dan 40 %) blijven optimizers op alle panelen het efficiëntst.
• In een simulatie varieert de MLPE-winst van −1,0 % (kleine dakkapel) tot +4,7 % (grote dakkapel). Commerciële simulatieprogramma's geven bij zware schaduw hogere winsten (+7,2 % en +14,6 %) dan het onafhankelijke rekenmodel van het rapport (+2,2 %).
• In één buitenmeting was het verschil tussen een stringomvormer en een van de geteste MLPE-systemen op jaarbasis niet groter dan 0,05 %.
• Datasheets geven optimizers een rendement van 98,5 tot 99,5 %. Onafhankelijke labs meten maxima tot 99,6 % (±0,4 %), maar wanneer de optimizer de spanning verlaagt of verhoogt (buck- of boostmodus), ligt het rendement minstens 1 % lager. Metingen wijzen erop dat de verliezen ongeveer 2 % hoger liggen dan de datasheetclaim van 99 %.

NREL (mei 2012) NREL testte twee identieke installaties van 8,5 kW, een met een stringomvormer en een met micro-omvormers (geen optimizers), onder kunstmatige schaduw. Gewogen met schaduwprofielen uit een enquête bij 66 Californische woningen verhoogde de micro-omvormer de productie met 3,7 % bij lichte schaduw (7 % jaarlijks verlies aan instraling), 7,8 % bij matige schaduw (19 %) en 12,3 % bij zware schaduw (25,5 %). Zonder schaduw was het verschil +0,5 %.

Waarom de twee bronnen verschillen? NREL meet een apparaat uit 2012 met Californische schaduwprofielen, en een referentie-omvormer die zijn werkpunt niet altijd goed vond. IEA PVPS vergelijkt recentere producten en rekent ook met schaduwtolerante panelen. Geen van beide bronnen heeft Nederlandse metingen, dus lees de cijfers als indicatie.

Bypassdiodes blijven volgens het IEA-rapport in de meeste gevallen de meest efficiënte en robuuste oplossing.

Panelen met vier of meer bypassdiodes verliezen minder vermogen bij schaduw en zijn beter bestand tegen hotspots, oververhitte plekken in een beschaduwde cel. Met zulke schaduwtolerante panelen en een gewone stringomvormer haal je vergelijkbare jaaropbrengsten als met MLPE, op voorwaarde dat alle panelen dezelfde richting hebben. Meer over schaduw lees je in Schaduw, bypassdiodes en optimizers.

Ligt je dak in twee richtingen, dan kun je de panelen ook over meerdere MPP-trackers verdelen, zie MPPT.

• Sommige systemen met optimizers kunnen bij vonkvorming (een boog) of hoge temperatuur de spanning per paneel verlagen. Dat is een functie van het hele systeem, niet van elke optimizer. Een dak met panelen blijft bij licht een spanningsbron.
• Vervanging van MLPE kan vaker nodig zijn door de hogere temperaturen op het dak, wat de servicekosten kan verhogen. Concrete uitvalcijfers voor optimizers zijn er nog niet.
• Hoe lang een stringomvormer meegaat, lees je in Levensduur en vervanging. Gemiddeld is dat 10 tot 15 jaar.

Een gezin in Den Haag heeft 8 panelen van 435 Wp (3,48 kWp) op een zuidgericht dak met 35° helling. Een schoorsteen werpt een deel van de dag schaduw op enkele panelen.

We gaan uit van zo'n 3.000 kWh per jaar zonder schaduw (Milieu Centraal, 8 panelen van 435 Wp). De percentages komen uit de bronnen en zijn niet op dit dak gemeten. Het voorbeeld rekent alleen in kWh; wat optimizers kosten, rekenen we niet mee.

Voor een dak met schoorsteenschaduw op enkele panelen ligt de verwachte winst volgens IEA ruim onder de 120 kWh per jaar. Volgens NREL (ouder apparaat, Californische profielen, micro-omvormer) ligt ze hoger. ⏱ Vanaf 2027 is een extra kWh bij 30 % zelfverbruik gemiddeld zo'n 8 cent waard, dus 120 kWh brengt rond de 10 euro per jaar op.

Belooft een offerte een winst, kijk dan waarop die berekend is: gaat het om extra productie, of om teruggewonnen schaduwverlies? Dat zijn twee verschillende getallen. Hoeveel panelen hoeveel uren in de schaduw liggen, is bij elk dak anders, en een installateur die ter plaatse een schaduwanalyse doet, ziet meer dan een rekenmodel. De MYNRG Check zet het naast jouw verbruik. Je beslist voor tien jaar of meer. Doe de MYNRG Check.

• Optimizers verliezen zelf energie. Op een dak zonder schaduw kost een optimizer op elk paneel opbrengst.
• Schaduw beperken kan ook zonder optimizers. Een schaduwtolerant paneel met een gewone stringomvormer geeft vergelijkbare jaaropbrengsten, zolang alle panelen dezelfde richting hebben.
• Optimizers vinden niet altijd het hoogste vermogen. Bij wisselende schaduw bleven de geteste optimizers vaak in een lokaal maximum steken en haalden ze minder dan 90 % van het beschikbare vermogen. Bij een van de geteste modellen kon de zoektocht naar het globale maximum niet vaker dan om de vijf minuten starten.
• De schaduwwinst in een commerciële simulatie kan hoger uitvallen dan in een onafhankelijke.

• Hoe de winst ontstaat. In een serieschakeling bepaalt het zwakste paneel de stroom. Een optimizer past spanning en stroom van zijn paneel aan, zodat dat paneel op zijn eigen maximum werkt, terwijl de string een gemeenschappelijke stroom en spanning houdt.
• Buck- en boostmodus. In buckmodus verlaagt de omzetter de spanning, in boostmodus verhoogt hij die. Het rendement is in die modi minstens 1 % lager dan in de gunstigste toestand.
• Rendement in simulaties. Simulatieprogramma's gebruiken nog altijd rendementen uit datasheets van typisch 99 %. Dat vertekent de berekende winst.
• MPPT-gedrag. In het IEA-rapport lukte het twee geteste optimizers niet om bij ongeveer 27 V en hogere paneelstroom het absolute maximum te vinden, ook niet na een uur. Ze haalden minder dan 90 % van het beschikbare vermogen. Bij 50 % schaduw op één cel vonden beide alleen het lokale maximum. De stijgtijd van 10 tot 90 % van het uitgangsvermogen was 19 tot 33 seconden.
• Hotspots. In een standaardpaneel kan tot ongeveer 100 W aan warmte ontstaan in de meest beschaduwde cel.
• Celtypes. In simulatie gaven back-contactcellen met ingebouwde bypass 7 tot 21 % extra opbrengst bij schaduw. Meer over celtypes lees je in Celtechnologie: TOPCon, HJT en back contact.

• IEA PVPS Task 13, Performance of Partially Shaded PV Generators Operated by Optimized Power Electronics (T13-27, 2024)
• NREL, Photovoltaic Shading Testbed for Module-Level Power Electronics (2012)
• US Department of Energy, Solar Integration: Inverters and Grid Services Basics
• Milieu Centraal, Kosten en opbrengst zonnepanelen
• Belastingdienst, Btw-tarief zonnepanelen (optimizers en omvormers onder 0 %)
• PVGIS-rekentool (Europese Commissie, JRC)