9Stringdimensionering

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

Meerdere strings kunnen parallel op één omvormer worden aangesloten, meestal via een of meer MPPT-ingangen. Een MPPT (maximum power point tracker) is het onderdeel in de omvormer dat de spanning zoekt waarbij de string het meeste vermogen levert. Zie MPPT.

De spanning van een paneel daalt boven 25 °C en stijgt eronder. Dat geldt voor twee waarden: - Voc: de open-klemspanning, de spanning zonder belasting. - Vmp: de spanning in het werkpunt met maximaal vermogen.

Het effect staat in de datasheet van het paneel als temperatuurcoëfficiënt, in % per °C of in V per °C. Het sluit aan op wat het Amerikaanse Department of Energy zegt: bij hogere temperaturen daalt de spanning van een zonnecel sterk, en daarmee het vermogen (zie Rendement, wattpiek en temperatuur).

Een omvormer heeft vier spanningsgrenzen: een minimale startspanning, een MPPT-bereik (onder- en bovengrens) en een absolute maximale ingangsspanning. Een cursus van Penn State beschrijft de vier controles:

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.

Controle 3 is de veiligheidsgrens. Wordt die overschreden, dan kan de omvormer beschadigd raken. De andere drie bepalen vooral of de installatie goed produceert.

De gangbare rekenmethode veronderstelt dat de koudste temperatuur samenvalt met een instraling van 1.000 W/m². Onderzoekers van het Amerikaanse Lawrence Berkeley National Laboratory schrijven dat dit ongeveer 10 % conservatiever is dan nodig, waardoor strings ongeveer 10 % korter uitvallen dan strikt nodig. Hun methode rekent Voc uit op basis van historische weergegevens. Welke rekenmethode in België is toegelaten, volgt uit de Belgische installatievoorschriften en niet uit dat model.

Over de verhouding tussen paneel- en omvormervermogen (de DC/AC-verhouding) lees je meer in DC/AC-ratio en afkappen. Fluvius vindt zowel overdimensioneren als onderdimensioneren aanvaardbaar en onderdimensioneren verstandiger in ons klimaat.

⏱ Fluvius telt het totaal van alle omvormers op je aansluiting, in kVA: - Tot en met 5 kVA: eenfase-aansluiting. Omvormers die enkel voor batterijopslag dienen, tellen niet mee (op voorwaarde dat ze bij Synergrid onder "Energy storage" staan). Hybride omvormers tellen wel mee. Laadpunten tellen niet mee, tenzij ze terugleveren aan het net. Synergrid raadt boven 3,6 kVA sterk een driefase-aansluiting aan. - Meer dan 5 tot en met 25 kVA: driefasige aansluiting nodig. Boven 10 kVA registreer je je als zelfstandige. - Meer dan 25 kVA: een netstudie is verplicht vóór plaatsing en aansluiting. - Vanaf 30 kVA: netontkoppelbeveiliging verplicht.

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

Volgens Fluvius verdelen driefasige omvormers de energie gelijkmatig over de fasen en verkleinen ze de kans op een uitvallende omvormer. Je aansluiting moet dan wel driefasig zijn (zie Eenfase of driefase).

Zo bepaalt een installateur hoeveel panelen er in een string kunnen, met een paneel van 460 Wp zoals in ons standaardgezin (7 panelen, 3,22 kWp).

Aannames: - Paneel van 460 Wp: Voc bij 25 °C = 41,0 V, Vmp = 34,0 V, Imp = 13,53 A, Isc = 14,2 A. Temperatuurcoëfficiënt van Voc −0,25 % per °C, van Vmp −0,30 % per °C. - Eenfase-omvormer van 3 kW: maximale ingangsspanning 600 V, MPPT-bereik 80 tot 550 V, startspanning 100 V, per tracker maximaal 16 A werkstroom en 20 A kortsluitstroom. - Laagste celtemperatuur −10 °C, hoogste 65 °C (aannames, geen Vlaamse normwaarden). - Spanning en temperatuur verlopen lineair (vereenvoudiging).

In dit voorbeeld zijn 3 tot 13 panelen in een string mogelijk. 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 ongeveer 13,53 A werkstroom en 14,2 A kortsluitstroom. Twee gelijke strings parallel op één tracker tellen hun stromen op: ca. 27,06 A en 28,4 A. Dat overschrijdt de 16 A en 20 A van de tracker in dit voorbeeld, ook al is de spanning in orde. De oplossing is een tweede tracker, geen andere spanning. Daarom is een aansluiting meer niet hetzelfde als een tracker meer, zie MPPT. Panelen met een hoge stroom, zoals moderne panelen van 460 Wp, bereiken die grens sneller dan oudere.

Een gezin hoeft dit niet zelf uit te rekenen. Vraag in de offerte wel bij welke temperaturen is gerekend, welke Voc en Vmp zijn gebruikt, wat de maximale en minimale spanning van de string is en wat de stroom per tracker wordt. Een minimum van 3 panelen geldt enkel voor dit voorbeeld: een ander toestel heeft andere grenzen.

• De gevaarlijkste spanning is die van een koude, heldere dag. Voc stijgt bij kou, en de maximale ingangsspanning van de omvormer bepaalt hoeveel panelen er in een string mogen.
• Een te korte string kan precies op zonnige zomerdagen problemen geven. Op warme dagen zakt de spanning. Komt ze onder de startspanning of onder het MPPT-bereik, dan start de omvormer niet of levert hij minder.
• De standaardmethode kan strings ongeveer 10 % korter maken dan nodig. Een offerte met een korte string is dus niet fout, maar mogelijk niet optimaal.
• Met een batterij kun je over een grens van je aansluiting gaan. Een hybride omvormer telt mee voor de grens van 5 kVA, een omvormer enkel voor opslag niet.

• Formules. Maximum aantal panelen per string: N_max = ⌊V_max,omvormer ÷ Voc(T_laag)⌋, met Voc(T) = Voc,25 + β × (T − 25 °C) en β de temperatuurcoëfficiënt in V/°C (negatief). Minimum voor de start: N_min = ⌈V_start ÷ Voc(T_hoog)⌉. Dezelfde logica geldt voor Vmp en de grenzen van het MPPT-bereik.
• Rekenen op uurbasis. Het open rekenmodel berekent Voc voor elk uur van een jaar met gegevens uit een zonne-instralingsdatabase en een thermisch model. Het is een voorbeeld van een methode, geen Belgisch voorschrift.
• Gelijkstroomzijde. Een hoge Voc bij kou staat aan zolang er licht is, ook als de omvormer is uitgeschakeld. Brandveiligheid en DC-schakelaars staan in Brandveiligheid en verzekering.
• Schaduw en optimizers. Optimizers en micro-omvormers veranderen de stringlogica: zie 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