7 MPPT

Het vermogen van een zonnecel is spanning maal stroom, P = V × I. In elke situatie is er één werkpunt waarop dat product het grootst is. Het ligt aan de knik van de I-V-curve, de grafiek die stroom tegen spanning uitzet.

Dat punt ligt niet vast. Het schuift met de hoeveelheid licht en met de temperatuur. Wordt het paneel warmer, dan stijgt de stroom een beetje, maar de spanning zakt een pak meer, schrijft het Amerikaanse ministerie van Energie. Over een heel jaar telt dat door: PVGIS, de rekentool van de Europese Commissie, rekent voor een zuiddak in Gent met 35° helling met zowat 5,4 % verlies per jaar door temperatuur en zwak licht.

MPPT past de elektrische belasting op het paneel aan, zodat het paneel dicht bij zijn MPP werkt.

De meest gebruikte methode heet "perturb and observe", verstoren en kijken. De regeling verandert de spanning van de panelen met een klein stapje en meet of het vermogen stijgt of daalt. Stijgt het, dan gaat ze verder in dezelfde richting. Daalt het, dan keert ze om. Je kan het vergelijken met een heuvel opklimmen in de mist, en in het Engels heet het ook zo: hill climbing. Eenvoudig werkt het wel, maar het vermogen schommelt voortdurend een beetje rond de top, ook als het licht niet verandert.

Bij het opstarten 's ochtends vonden de systemen in een internationaal onderzoek van IEA PVPS, Task 13, hun MPP in minder dan een minuut.

Bij gedeeltelijke schaduw kan de grafiek van vermogen tegen spanning meerdere toppen krijgen. Een tracker die stap voor stap klimt, vindt de top die het dichtst bij ligt, en blijft soms op een lagere top staan in plaats van op de hoogste.

In een string, een rij panelen in serie, loopt overal dezelfde stroom. Een paneel in de schaduw remt die stroom af, en een bypassdiode, een onderdeel dat een stuk van het paneel overbrugt, vangt het verschil op. Volgens IEA PVPS kan de tracker van een stringomvormer dan een werkpunt kiezen met veel stroom en weinig opbrengst.

Er bestaan oplossingen, maar ze verschillen sterk. Een optimizer is een kastje per paneel dat zelf het werkpunt zoekt; daarover gaat Optimizers. In de metingen vond één geteste optimizer de hoogste top pas na een scan die de omvormer startte. Die scan duurde 1,1 seconde, maar kon niet vaker dan om de vijf minuten starten. Wisselt de schaduw vaak, zoals onder een boom op een winderige dag, dan kan dat de jaaropbrengst merkbaar drukken. Twee andere optimizers bleven bij wisselende schaduw vaak op een lagere top hangen en haalden minder dan 90 % van het beschikbare vermogen. Die resultaten gelden voor die toestellen.

Een omvormer kan meerdere MPP-trackers hebben, elk met een eigen regeling voor één of meer strings. Hoe zo'n string in elkaar zit, lees je in Stringomvormer. Elke tracker zoekt één gezamenlijk werkpunt voor alle panelen die erop hangen.

Het aantal aansluitstekkers zegt niet hoeveel trackers er zijn. Een omvormer met vier paneelaansluitingen heeft vaak maar twee trackers, waarbij telkens twee aansluitingen één tracker delen. Op de datasheet zoek je het aantal onafhankelijke trackers op, en ook de maximale stroom per aansluiting en per tracker. Twee strings die parallel op één tracker hangen, tellen hun stroom op; hoe je dat narekent, staat in Stringdimensionering.

Panelen met een verschillende richting horen in de regel op verschillende trackers. Fluvius schrijft dat je panelen over twee dakdelen kan verspreiden, en dat oost en west beter passen als je vooral 's ochtends en 's avonds verbruikt. Oost en west samen op één tracker is niet altijd fout. Zijn de strings even lang en is het hetzelfde paneel, dan kan het in sommige ontwerpen, met een bruikbaar gemeenschappelijk werkpunt. Er gaat dan wel wat opbrengst verloren, en hoeveel, verschilt per toestel en per dak. Met twee trackers is die kans het kleinst.

Wij zouden in de offerte laten zetten op welke tracker elk dakvlak komt. Hangen oost en west ongelukkig samen op één tracker, dan zie je dat niet aan de buitenkant. Je ziet het alleen aan een lagere opbrengst, elk jaar opnieuw. En heeft de omvormer maar één tracker, dan vraagt rechtzetten een ander toestel.

Hoeveel trackers een omvormer voor een woning heeft, verschilt per toestel. Het staat op de datasheet en hoort in de offerte.

MPPT haalt niet meer uit het licht dan er is. Het laat het paneel alleen op zijn beste punt werken. De verliezen door warmte, door de hoek waaronder het licht invalt en door de rest van het systeem blijven. Hoe groot die zijn, lees je in Opbrengst in Vlaanderen.

Een gezin in Gent heeft een dak met een oostvlak en een westvlak, allebei met 35° helling. Er komen 7 panelen van 460 Wp, samen 3,22 kWp: 4 op het oosten, 3 op het westen.

We rekenen met de PVGIS-uurwaarden voor Gent, gemiddeld over 2005 tot 2023, met 14 % systeemverlies. De uren staan in lokale zomertijd, afgerond op de watt. Oost en west leveren elk rond 900 kWh per kWp per jaar; dat getal is afgerond, de uurwaarden in de tabel komen rechtstreeks uit PVGIS.

Op een jaar levert het dak 3,22 kWp × 900 kWh per kWp, of rond 2.900 kWh. Dezelfde panelen op een zuiddak halen 3,22 × 1.050, of rond 3.380 kWh: het oost-westdak levert zowat 15 % minder.

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, 471 tegen 230 W per kWp. Om 16 uur is het omgekeerd, 245 tegen 451 W. Hang je alle panelen op één tracker, dan krijgen ze één gezamenlijk werkpunt.

Met 4 en 3 panelen wordt dat nog lastiger. Twee strings van ongelijke lengte hebben een andere spanning, 4 × 34 V = 136 V tegenover 3 × 34 V = 102 V, en op één tracker moeten ze dezelfde spanning delen. Een van de twee werkt dan buiten zijn beste punt. Met twee trackers krijgt elk dakvlak zijn eigen werkpunt.

Hoeveel energie dat oplevert, verschilt per dak en per omvormer. Een installateur ter plaatse ziet hoe de dakvlakken liggen en kan de strings daarop afstemmen. Een omvormer met te weinig trackers kost je elk jaar opbrengst, en je panelen liggen er 25 tot 30 jaar. De MYNRG Check kijkt of de offerte daarmee rekening houdt.

Als het warm is, zakt de spanning van je panelen, en het MPP schuift mee naar een lagere spanning. De omvormer volgt dat vanzelf.

Een stringomvormer heeft ook MPPT. Voor een tracker heb je geen optimizers nodig; optimizers geven alleen elk paneel een eigen werkpunt.

• Het MPP komt overeen met een belastingsweerstand V/I. MPPT is in feite de belasting afstemmen op die weerstand.
• Perturb and observe en incremental conductance zijn allebei hill-climbingmethoden. Een methode met een vaste verhouding tot de open-klemspanning gebruikt vaak de factor 0,76, en die klopt niet altijd.
• Sommige methoden nemen aan dat de MPP-spanning lineair met de temperatuur van het paneel verandert en dat de hoeveelheid licht er nauwelijks toe doet. Het is een vereenvoudiging die niet altijd opgaat.
• Het aantal panelen per string en het spanningsvenster van de tracker rekenen we uit 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
• Fluvius, Het dak
• PVGIS, Europese Commissie (JRC)