5 Optimizers

Optimizers zijn het overwegen waard als een deel van je panelen een groot stuk van de dag in matige tot zware schaduw ligt, bijvoorbeeld achter een schouw of onder een boom die over het dak hangt. Ook als panelen met een verschillende richting in dezelfde string moeten, kunnen ze helpen. Hoe zwaarder de schaduw, hoe beter het werkt om op alle panelen een optimizer te zetten.

Op een dak zonder schaduw heb je er niets aan: ze verliezen dan alleen energie. Bij lichte schaduw doet een stringomvormer het meestal even goed of beter. Ligt je dak in twee richtingen, dan volstaan vaak twee MPP-trackers op de omvormer. En één optimizer bijzetten op een bestaande string, dat doe je niet op eigen houtje; waarom niet, lees je verderop.

In een string, een rij panelen in serie, loopt door alle panelen dezelfde stroom. Hoe zo'n string werkt, lees je in Stringomvormer. Een paneel in de schaduw kan minder stroom leveren en remt zo de hele rij af.

Een paneel heeft meestal drie bypassdiodes, kleine onderdelen die elk een derde van het paneel kunnen overbruggen. Valt er schaduw op een stuk, dan neemt de diode van dat stuk de stroom over. Dat derde levert dan niets meer, en een derde van de spanning van het paneel valt weg.

De MPP-tracker, de regeling die het werkpunt van de string zoekt, kan bij schaduw kiezen voor een werkpunt met veel stroom en weinig opbrengst. Meer daarover in MPPT. Het Amerikaanse ministerie van Energie noemt een stringomvormer kostenefficiënt, maar wijst erop dat hij minder levert als één paneel problemen heeft.

Optimizers horen bij de elektronica per paneel, in het Engels module level power electronics of MLPE. Ook micro-omvormers vallen daaronder.

Het verschil zit in waar de omzetting naar wisselstroom gebeurt. Met optimizers blijft er één stringomvormer nodig die de gelijkstroom omzet, en zorgen de optimizers ervoor dat elk paneel op zijn eigen werkpunt draait. Bij een micro-omvormer gebeurt de omzetting naar wisselstroom al op elk paneel, en heeft schaduw of schade aan één paneel geen invloed op de andere. Micro-omvormers kunnen wel duurder zijn; meer in Micro-omvormers.

Een optimizer maakt geen licht bij. Een paneel in de schaduw levert nog altijd minder. De optimizer zorgt er alleen voor dat de rest van de string daar niet onder lijdt.

Niet elke combinatie van optimizers en omvormer mag. Sommige systemen willen optimizers op alle panelen, andere laten ze enkel toe op de panelen in de schaduw, en vaak gelden er minimumaantallen per string. Eén optimizer toevoegen aan een bestaande string zonder dat na te vragen, kan je installatie in de war sturen.

Het jongste rapport komt van IEA PVPS, Task 13, rapport T13-27 uit november 2024. Het besluit dat het verschil op een jaar tussen een stringomvormer en elektronica per paneel bij lichte tot matige schaduw meestal kleiner is dan 4 %.

Het rapport maakt een onderscheid naar de zwaarte van de schaduw. Bij lichte schaduw, minder dan 10 %, doet een stringomvormer het goed, en ook optimizers op enkel de panelen in de schaduw. Optimizers op alle panelen scoren dan slechter. Bij matige schaduw, 10 tot 40 %, zijn beide varianten met elektronica per paneel beter dan een gewone stringomvormer. Bij zware schaduw, meer dan 40 %, blijven optimizers op alle panelen het efficiëntst.

In een simulatie liep de winst van elektronica per paneel van −1,0 % bij een kleine dakkapel tot +4,7 % bij een grote. Commerciële simulatieprogramma's gaven bij zware schaduw hogere winsten, +7,2 % en +14,6 %, dan het onafhankelijke rekenmodel van het rapport, dat op +2,2 % uitkwam. In één meting buiten was het verschil tussen een stringomvormer en een van de geteste systemen op een jaar niet groter dan 0,05 %.

Ook het rendement van de optimizers zelf viel tegen. Datasheets beloven 98,5 tot 99,5 %. Onafhankelijke labo's meten maxima tot 99,6 %, met een marge van 0,4 procentpunt, maar als de optimizer de spanning moet verlagen of verhogen, de buck- of boostmodus, ligt het rendement minstens 1 % lager. De metingen wijzen op verliezen die zowat 2 % hoger liggen dan de 99 % van de datasheet.

De tweede bron is ouder. NREL testte in mei 2012 twee identieke installaties van 8,5 kW, de ene met een stringomvormer, de andere met micro-omvormers, zonder optimizers, onder kunstmatige schaduw. Gewogen met schaduwprofielen uit een enquête bij 66 Californische woningen haalde de micro-opstelling 3,7 % meer bij lichte schaduw, met 7 % instralingsverlies op een jaar. Bij matige schaduw van 19 % was het 7,8 %, bij zware schaduw van 25,5 % 12,3 %. Zonder schaduw scheelde het een halve procent.

Waarom de twee zo verschillen? NREL mat een toestel uit 2012 onder Californische schaduw, en de stringomvormer waarmee vergeleken werd, vond zijn werkpunt niet altijd goed. IEA PVPS vergelijkt recentere producten en rekent ook met panelen die beter tegen schaduw kunnen. Vlaamse metingen zitten in geen van beide, en de cijfers geven een richting, geen zekerheid.

Volgens het IEA-rapport blijven bypassdiodes in de meeste gevallen de efficiëntste en robuustste oplossing.

Panelen met vier of meer bypassdiodes verliezen minder vermogen bij schaduw en kunnen beter tegen hotspots, plekken in een beschaduwde cel die oververhitten. Met zulke schaduwtolerante panelen en een gewone stringomvormer haal je op een jaar vergelijkbare opbrengsten als met elektronica per paneel, zolang alle panelen dezelfde richting hebben. Meer over schaduw lees je in Schaduw, bypassdiodes en optimizers.

Ligt je dak in twee richtingen, dan kan je de panelen ook over meerdere MPP-trackers verdelen. Hoe dat werkt, staat in MPPT.

Sommige systemen met optimizers kunnen de spanning per paneel verlagen als er een vlamboog ontstaat of de temperatuur te hoog oploopt. Dat kan het systeem als geheel, niet elke optimizer apart. Een dak met panelen blijft bij daglicht altijd een spanningsbron.

Elektronica per paneel werkt op het dak bij hogere temperaturen, en moet daardoor mogelijk vaker vervangen worden. Dat kan de onderhoudskosten optrekken. Concrete cijfers over hoe vaak optimizers uitvallen, zijn er nog niet.

De stringomvormer zelf gaat gemiddeld 10 tot 15 jaar mee. Wat er bij vervanging komt kijken, lees je in Levensduur en vervanging.

Fluvius noemt schaduw als iets wat een dak minder geschikt kan maken, zonder percentages of afstanden en zonder optimizers te vermelden. Vlaanderen.be schrijft dat de opbrengst daalt bij schaduw van gebouwen, schouwen of bomen, ook zonder cijfers en zonder over optimizers te spreken. De omvormer die de gelijkstroom omzet, moet op de lijst van Synergrid staan. Of de optimizers zelf aan extra eisen moeten voldoen, weet je installateur.

Een gezin in Mechelen heeft 7 panelen van 460 Wp, samen 3,22 kWp, op een zuiddak met 35° helling. De schouw werpt een deel van de dag schaduw over enkele panelen.

Zonder schaduw levert dit dak 3,22 × 1.050, of rond 3.380 kWh per jaar. De percentages hieronder komen uit de bronnen en zijn niet op dit dak gemeten. We rekenen enkel in kWh; wat optimizers kosten, laten we buiten beschouwing.

Bij een schouw die enkele panelen raakt, verwacht IEA een winst ruim onder 135 kWh per jaar. NREL komt hoger uit, maar met een ouder toestel, Californische schaduw en micro-omvormers in plaats van optimizers. Belooft een offerte een winst, kijk dan waarop ze berekend is: extra productie, of teruggewonnen schaduwverlies. Dat zijn twee verschillende getallen.

Hoeveel het bij jou oplevert, volgt uit hoeveel panelen hoeveel uren in de schaduw liggen, en dat verschilt van dak tot dak. Een installateur die ter plaatse een schaduwanalyse maakt, weet dat beter dan een tabel. Je panelen liggen er 25 tot 30 jaar, en een verkeerde keuze betaal je al die jaren. De MYNRG Check zet de offertes naast jouw dak.

Optimizers vinden niet altijd het hoogste vermogen. Bij wisselende schaduw bleven de geteste toestellen vaak hangen op een lagere piek en haalden ze minder dan 90 % van wat er te halen was. Bij een van de modellen kon de zoektocht naar het hoogste punt niet vaker dan om de vijf minuten starten.

Een commerciële simulatie toont vaak meer schaduwwinst dan een onafhankelijke. Vraag op welk rekenmodel een beloofde winst steunt.

• 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 draait, terwijl de string een gemeenschappelijke stroom en spanning houdt.
• In buckmodus verlaagt de omzetter de spanning, in boostmodus verhoogt hij ze. In beide modi ligt het rendement minstens 1 % lager dan in de gunstigste toestand.
• Simulatieprogramma's rekenen nog altijd met de rendementen uit de datasheets, typisch 99 %. Dat vertekent de berekende winst.
• In het IEA-rapport slaagden twee geteste optimizers er niet in om bij zowat 27 V en een 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 ze allebei alleen het lokale maximum. Het duurde 19 tot 33 seconden voor hun uitgangsvermogen van 10 naar 90 % steeg.
• In een gewoon paneel kan in de cel met de meeste schaduw tot rond 100 W aan warmte ontstaan.
• In simulaties 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
• Fluvius, Welke omvormer kies ik
• Fluvius, Het dak
• Vlaanderen.be, Zonnepanelen
• PVGIS-rekentool (Europese Commissie, JRC)