9 Stringdimensionering

Een string is een rij panelen in serie. De spanning van de string is de spanning van één paneel maal het aantal panelen.

Op één omvormer kunnen meerdere strings parallel hangen, meestal op een of meer MPPT-ingangen. De MPPT, maximum power point tracker, is het deel van de omvormer dat de spanning zoekt waarop de string het meeste vermogen geeft. Hoe dat werkt, lees je in MPPT.

Boven 25 °C daalt de spanning van een paneel, eronder stijgt ze. Dat geldt voor twee waarden die je op elke datasheet terugvindt. Voc is de open-klemspanning, de spanning als er niets op aangesloten is. Vmp is de spanning in het werkpunt met het grootste vermogen.

Hoe sterk de spanning met de temperatuur verandert, staat op de datasheet als temperatuurcoëfficiënt, in % of in V per °C. Het Amerikaanse ministerie van Energie zegt hetzelfde: bij hogere temperaturen daalt de spanning van een zonnecel sterk, en daarmee ook het vermogen. Meer in Rendement, wattpiek en temperatuur.

Een omvormer heeft vier spanningsgrenzen: een startspanning, een onder- en een bovengrens van het MPPT-bereik, en een absolute maximale ingangsspanning. Een cursus van Penn State zet de vier controles op een rij:

1. De laagste Voc bij de hoogste gemiddelde temperatuur moet minstens gelijk zijn aan de startspanning.
2. De laagste Vmp bij de hoogste gemiddelde temperatuur moet minstens de onderkant van het MPPT-bereik halen.
3. De hoogste Voc bij de laagste temperatuur mag de absolute maximale ingangsspanning niet overschrijden.
4. De hoogste Vmp bij de laagste temperatuur mag de bovenkant van het MPPT-bereik niet overschrijden.

De derde is de veiligheidsgrens. Gaat de spanning daarboven, dan kan de omvormer beschadigd raken. De andere drie bepalen vooral of de installatie goed produceert.

De gangbare rekenmethode gaat ervan uit dat de koudste temperatuur samenvalt met vol zonlicht, 1.000 W/m². Onderzoekers van het Amerikaanse Lawrence Berkeley National Laboratory schrijven dat die aanname zowat 10 % strenger is dan nodig, zodat strings rond 10 % korter uitvallen dan strikt moet. Hun methode berekent de Voc op basis van historische weergegevens. Welke rekenmethode in België mag, volgt uit de Belgische installatievoorschriften, niet uit dat model.

Hoe het vermogen van je panelen zich verhoudt tot dat van je omvormer, lees je in DC/AC-ratio en afkappen. Fluvius aanvaardt een omvormer die groter of kleiner is dan het paneelvermogen, en vindt kleiner in ons klimaat verstandiger.

⏱ Fluvius telt al het omvormervermogen op je aansluiting samen, in kVA:

• Tot en met 5 kVA volstaat een eenfase-aansluiting. Omvormers die enkel een batterij bedienen, tellen niet mee, als ze bij Synergrid onder "Energy storage" staan. Hybride omvormers tellen wel mee. Laadpalen niet, behalve als ze teruggeven aan het net. Synergrid raadt boven 3,6 kVA sterk een driefase-aansluiting aan.
• Van meer dan 5 tot en met 25 kVA heb je een driefasige aansluiting nodig. Boven 10 kVA registreer je je als zelfstandige.
• Boven 25 kVA is een netstudie verplicht voor je plaatst en aansluit.
• Boven 30 kVA is een netontkoppelbeveiliging verplicht.

Een eenfase-installatie boven 5 kVA laat Fluvius niet toe. Andere netbeheerders in België hebben hun eigen regels.

Fluvius raadt driefasige omvormers aan: ze verdelen de stroom gelijk over de fasen en vallen minder snel uit. Je aansluiting moet dan wel driefasig zijn; meer in Eenfase of driefase.

Zo rekent een installateur uit hoeveel panelen er in een string kunnen, met het paneel van 460 Wp uit ons standaardgezin van 7 panelen, samen 3,22 kWp.

Het paneel heeft bij 25 °C een Voc van 41,0 V, een Vmp van 34,0 V, een Imp van 13,53 A en een Isc van 14,2 A. De Voc verandert met −0,25 % per °C, de Vmp met −0,30 % per °C. De omvormer is een eenfase-toestel van 3 kW met een maximale ingangsspanning van 600 V, een MPPT-bereik van 80 tot 550 V, een startspanning van 100 V, en per tracker hoogstens 16 A werkstroom en 20 A kortsluitstroom. Voor de cellen nemen we −10 °C als koudste en 65 °C als warmste temperatuur. Dat zijn aannames, geen Vlaamse normwaarden. En we rekenen alsof spanning en temperatuur in een rechte lijn samen bewegen, wat een vereenvoudiging is.

Met deze omvormer kunnen er 3 tot 13 panelen in een string. Onze 7 panelen geven op de koudste dag 7 × 44,59 = 312 V en op de warmste 7 × 29,92 = 209 V. Ruim binnen de grenzen.

Eén string van 7 panelen levert rond 13,53 A werkstroom en 14,2 A kortsluitstroom. Hang je twee gelijke strings parallel op één tracker, dan tellen hun stromen op, tot zowat 27,06 A en 28,4 A. Meer dan de 16 A en 20 A die de tracker in dit voorbeeld aankan, ook al klopt de spanning. Een andere spanning lost dat niet op, een tweede tracker wel. Daarom zegt een extra aansluiting op de omvormer niet dat er ook een extra tracker is; meer in MPPT. Moderne panelen van 460 Wp hebben een hoge stroom en zitten sneller tegen die grens dan oudere.

Je hoeft dit als gezin niet zelf uit te rekenen. Wat wij wel in een offerte willen zien: met welke temperaturen er gerekend is, welke Voc en Vmp, wat de hoogste en laagste spanning van de string wordt en hoeveel stroom er per tracker loopt. De 3 panelen als minimum gelden alleen voor dit voorbeeld. Een ander toestel heeft andere grenzen.

Elke combinatie van paneel, omvormer en dak geeft andere getallen. Een installateur die je dak en je omvormer kent, maakt die berekening op maat, en ze bepaalt of je installatie de komende 25 tot 30 jaar veilig en volle kracht werkt. De MYNRG Check kijkt na of de offerte die berekening bevat.

De gevaarlijkste spanning ontstaat op een koude, heldere winterdag. Dan staat de Voc het hoogst, en de maximale ingangsspanning van de omvormer bepaalt hoeveel panelen er in een string mogen.

Een te korte string geeft net op warme zomerdagen problemen. Zakt de spanning onder de startspanning of onder het MPPT-bereik, dan start de omvormer niet of levert hij minder.

Toont je offerte een korte string, dan is die niet per se fout. De standaardmethode maakt strings vaak rond 10 % korter dan nodig. Optimaal is het dan misschien niet.

• Het maximale aantal panelen per string is N_max = ⌊V_max,omvormer ÷ Voc(T_laag)⌋, met Voc(T) = Voc,25 + β × (T − 25 °C) en β de temperatuurcoëfficiënt in V/°C, die negatief is. Het minimum voor de start is N_min = ⌈V_start ÷ Voc(T_hoog)⌉. Dezelfde logica geldt voor Vmp en de grenzen van het MPPT-bereik.
• Het open rekenmodel van Lawrence Berkeley berekent de Voc voor elk uur van een jaar, met gegevens uit een databank van zonne-instraling en een thermisch model. Het is een voorbeeld van een methode, geen Belgisch voorschrift.
• Een hoge Voc in de kou staat op de kabels zolang er licht is, ook als de omvormer uit staat. Over brandveiligheid en DC-schakelaars gaat Brandveiligheid en verzekering.
• Optimizers en micro-omvormers veranderen de logica van een string. Meer in Optimizers en Micro-omvormers.

• Penn State, e-learningcursus AE 868, Stringing PV inverter
• Documentatie van een open rekenmodel voor maximale Voc en stringlengte (Lawrence Berkeley National Laboratory)
• Fluvius, Welke omvormer kies ik
• Synergrid, webinar C10/11 (17 april 2023)
• US Department of Energy, Solar Photovoltaic Cell Basics