5Optimizers

In het kort

Een optimizer is een kleine DC/DC-omzetter (een omzetter van gelijkstroom naar gelijkstroom) op één paneel of op een paar panelen. Hij laat dat paneel zijn eigen optimale werkpunt zoeken, ook als andere panelen minder licht krijgen.

Hij werkt samen met een gewone stringomvormer. Volgens een rapport van IEA PVPS uit 2024 is het verschil in jaaropbrengst met een stringomvormer zonder optimizers bij lichte tot matige schaduw meestal kleiner dan 4 %, en verliezen optimizers zelf ook energie. Ze lonen vooral bij matige tot zware schaduw, of bij panelen met een verschillende oriëntatie in dezelfde string.

Waarom schaduw een hele string treft

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 beperkt zo de stroom van de hele string.
Een paneel heeft meestal drie bypassdiodes: kleine diodes die 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 geen vermogen meer, waardoor ongeveer een derde van de paneelspanning ontbreekt.
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 kosteneffectief, maar levert minder op als één paneel problemen heeft (US Department of Energy).

Wat is een optimizer?

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 die omzetting naar wisselstroom al op elk paneel. Schaduw of schade aan één paneel heeft dan geen effect op het vermogen van de andere panelen. Micro-omvormers kunnen duurder zijn. Zie Micro-omvormers.
Een optimizer is geen extra zonnecel. 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 is toegelaten. Sommige systemen vragen optimizers op alle panelen, andere laten ze enkel op de getroffen panelen toe, en er gelden minimumaantallen per string. Voeg dus nooit op eigen houtje één optimizer toe aan een bestaande string.

Wat metingen zeggen over de winst

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, evenals optimizers op enkel 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 labo's meten maxima tot 99,6 % (±0,4 %), maar in buck- of boostmodus (de spanning verlagen of verhogen) 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 arrays 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 %). Onbeschaduwd was het verschil +0,5 %.

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

Alternatieven voor optimizers

Bypassdiodes blijven volgens het IEA-rapport in de meeste gevallen de meest efficiënte en robuuste oplossing.
Modules met vier of meer bypassdiodes verliezen minder vermogen en zijn beter bestand tegen hotspots (een oververhitte plek in een beschaduwde cel). Met schaduwtolerante modules en een gewone stringomvormer haal je vergelijkbare jaaropbrengsten als met MLPE, op voorwaarde dat de oriëntatie van de modules gelijk is. Meer over schaduw lees je in Schaduw, bypassdiodes en optimizers.
Ligt je dak in twee richtingen, dan kun je panelen ook over meerdere MPP-trackers verdelen, zie MPPT.

Veiligheid, levensduur en monitoring

Sommige systemen met optimizers kunnen bij boogvorming of hoge temperatuur de spanning per paneel verlagen. Dat is een functie van het volledige systeem, geen eigenschap van elke optimizer. Een dak met panelen blijft bij licht een spanningsbron.
Vervanging van MLPE kan vaker nodig zijn door de hogere werktemperaturen, wat de servicekosten kan verhogen. Concrete uitvalcijfers over optimizers zijn er nog niet.
Hoe lang een stringomvormer meegaat, lees je in Levensduur en vervanging. Een omvormer gaat gemiddeld 10 tot 15 jaar mee.

De Vlaamse context

Fluvius noemt schaduw als factor die de geschiktheid van een dak kan beperken, zonder percentages of afstanden en zonder optimizers te vermelden. Vlaanderen.be zegt dat de opbrengst daalt bij schaduw van gebouwen, schoorstenen of bomen, ook zonder cijfers en zonder optimizers te vermelden. De omvormer die de gelijkstroom omzet, moet op de lijst van Synergrid staan. Vraag je installateur of je optimizers aan bijkomende eisen moeten voldoen.

Rekenvoorbeeld

Een gezin in Gent heeft 7 panelen van 460 Wp (3,22 kWp) op een zuidgericht dak met 35° helling. Een schoorsteen werpt een deel van de dag schaduw op enkele panelen.

Jaaropbrengst zonder schaduw: 3,22 × 1.050 = ca. 3.380 kWh (zuid 35°).
De percentages komen uit de bronnen en zijn niet voor dit dak gemeten.
Het voorbeeld rekent enkel in kWh. Prijzen van optimizers zijn hier niet meegerekend.

Scenario	Bron van het percentage	Verschil per jaar
Lichte tot matige schaduw, bovengrens	IEA: minder dan 4 %	tot ca. +135 kWh
Lichte schaduw (7 % instralingsverlies)	NREL, micro-omvormer: +3,7 %	ca. +125 kWh
Matige schaduw (19 %)	NREL, micro-omvormer: +7,8 %	ca. +264 kWh
Zware schaduw (25,5 %)	NREL, micro-omvormer: +12,3 %	ca. +416 kWh

Voor een dak met schoorsteenschaduw op enkele panelen ligt de verwachte winst volgens IEA ruim onder de 135 kWh per jaar. Volgens NREL (ouder apparaat, Californische profielen, micro-omvormer) ligt ze hoger. De werkelijke winst hangt af van hoeveel panelen hoeveel uren in de schaduw liggen. Vraag je installateur een schaduwanalyse. Vraag ook waarop een beloofde winst berekend is: gaat het om extra productie of om teruggewonnen schaduwverlies? Dat zijn twee verschillende getallen.

Tekening volgteen dak met 7 panelen waarvan er twee in de schaduw van een schoorsteen liggen; links één string zonder optimizers, rechts hetzelfde dak met een klein kastje onder elk paneel, beide aangesloten op een omvormer in de berging.

Goed om te weten

Optimizers verliezen zelf energie. Op een dak zonder schaduw kost een optimizer op elk paneel dus opbrengst.
Je hebt niet altijd optimizers nodig om schaduw te beperken. Een schaduwtolerante module met een gewone stringomvormer geeft vergelijkbare jaaropbrengsten, zolang alle modules dezelfde oriëntatie 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 zoekactie naar het globale maximum niet vaker dan om de vijf minuten starten.
De schaduwwinst in een commerciële simulatie kan hoger zijn dan in een onafhankelijke. Vraag dus op welk rekenmodel een beloofde winst gebaseerd is.

Voor- en nadelen

Voordelen	Nadelen en aandachtspunten
Elk paneel werkt op zijn eigen werkpunt, wat het verlies bij schaduw of verschillende oriëntatie in dezelfde string beperkt	Eigen verliezen van de DC/DC-omzetting: ongeveer 2 % meer dan de claim van 99 % volgens onafhankelijke metingen
Bij matige tot zware schaduw beter dan een standaard stringomvormer, bij zware schaduw (meer dan 40 %) het meest efficiënt	Bij lichte schaduw is een stringomvormer meestal voordeliger
Kunnen bij boogvorming of hoge temperatuur de spanning per paneel verlagen	Meer elektronica op het dak bij hogere temperaturen. Vervanging kan vaker nodig zijn
	Bij wisselende schaduw kunnen ze in een lokaal maximum blijven steken

Voor wie het technisch wil weten

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 behoudt.
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 enkel 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 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.

Volgens IEA PVPS is de winst van elektronica per paneel bij lichte tot matige schaduw kleiner dan 4 %, terwijl NREL (micro-omvormer, 2012, Californië) 3,7 tot 12,3 % vond.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen een optimizer en een micro-omvormer?

Een optimizer is een DC/DC-omzetter per paneel en werkt samen met één stringomvormer. Een micro-omvormer zet op elk paneel de gelijkstroom om in wisselstroom.

Heb ik optimizers nodig bij schaduw van een schoorsteen?

Niet noodzakelijk. Bij lichte tot matige schaduw is het jaarlijkse verschil volgens IEA meestal kleiner dan 4 %. Bij zware schaduw (meer dan 40 %) zijn ze het efficiëntst.

Kan ik één optimizer bijplaatsen op een bestaande string?

Niet zomaar. Sommige systemen vragen optimizers op alle panelen en stellen minimumaantallen per string. Vraag aan de installateur of het systeem een gedeeltelijke uitbreiding toelaat voor je iets toevoegt.

Maakt een optimizer mijn dak spanningsloos?

Enkel bij systemen die daarvoor een uitschakelfunctie hebben. Panelen blijven bij licht een spanningsbron. Of jouw systeem dat kan, staat in de documentatie ervan.

Bronnen bij dit hoofdstuk