Micro omvormer voor zonnepanelen

Een micro omvormer is een omvormer die meestal direct onder of vlak bij een zonnepaneel is gemonteerd. Ieder zonnepaneel bezit dus zijn eigen omvormer. Dit in tegenstelling tot een string omvormer waarbij vele, zo niet alle, zonnepanelen zijn aangesloten op één omvormer. Micro omvormers worden vooral gebruikt wanneer voor een deel van de dag schaduw op het zonnepaneel valt, ook al is dit maar een héél klein beetje. In zo'n situatie weet de micro omvormer meer vermogen uit een zonnepaneel te halen dan een string omvormer. De micro omvormer is wel wat duurder in aanschaf maar die extra kosten verdien je in geval van schaduw snel terug.

Een micro omvormer is ook bij uitstek geschikt als je niet in een keer veel zonnepanelen wil kopen maar dit langzaam wil uitbreiden. Maar ook als je maar één of een paar zonnepanelen wil installeren. Bij hele kleine aantallen zonnepanelen is namelijk een string omvormer niet geschikt.

Voordelen en nadelen van een micro omvormer

• haalt de meeste opbrengst uit het zonnepaneel in geval van tijdelijke of gedeeltelijke schaduw;
• optimale keuze wanneer in de toekomst extra zonnepanelen gekocht gaan worden;
• bewaking van opbrengst per paneel mogelijk;
• langere garantietermijn dan string omvormers;
• geen single point of failure;
• combinatie van verschillende zonnepanelen mogelijk
• geen grote omvormer in huis;
• geen last van geluidsoverlast;
• duurder dan string omvormers
• zorgt voor opwarming van zonnepaneel
• iets meer kabelverliezen;
• kost meer tijd te vervangen bij reparatie;
• extra installatie tijd.

Hoe worden zonnepanelen aangesloten op micro omvormers?

De meest gebruikte techniek is dat de micro omvormer op het frame van het zonnepaneel of op de draagconstructie van het zonnepaneel wordt bevestigt. De omvormer bevindt zich in beide gevallen onder het paneel en de plus en min kabels van het zonnepaneel kan zonder deze te verlengen aangesloten worden op de micro omvormer. De uitgang van de micro omvormer is 230 Volt wisselspanning. De 230 Volt kabel van de micro omvormer is van zodanige lengte dat de afstand naar het volgende zonnepaneel, dus volgende micro omvormer, zonder verlengkabel overbrugt kan worden. De laatste micro omvormer zal met een 230 Volt verlengkabel binnenshuis aangesloten worden op een 230 Volt wandcontactdoos.

Het toepassen van deze eenvoudige installatietechniek kent een paar nadelen:

• slecht bereikbaar in geval van reparatie of vervanging
• blootstelling aan grote temperatuurschommelingen
• lokale opwarming van een aantal zonnecellen

slecht bereikbaar in geval van reparatie of vervanging

Het nadeel van deze aansluit techniek is dat de micro omvormer zich pal onder het zonnepaneel bevindt. De omvormer is, als reparatie of vervanging nodig is, niet goed bereikbaar en kost relatief veel tijd om deze te vervangen.

blootstelling aan grote temperatuurschommelingen

De omvormer zal de elementen van het weer moeten trotseren. Van extreme kou in de winter tot temperaturen boven de 50 graden Celsius (onder de zonnepanelen is het zeer warm en de omvormer produceert ook zelf nog eens warmte). De grote temperatuurverschillen zullen altijd een negatieve invloed hebben op de levensduur van elektronica. Iedere technicus zal alleen hierom een voorkeur hebben om de omvormer binnenshuis te monteren in plaats van onder het paneel. Wanneer de micro omvormers echter binnenshuis worden gemonteerd zal je veel kabels moeten gebruiken en deze hebben, juist vanwege de lage spanning dus hoge stroom van de zonnepanelen een kabelverlies opleveren. Hoger dan de kabelverliezen bij een centrale string omvormer.

Als je de garantietermijn van de micro omvormers én string omvormers naast elkaar legt lijkt er iets niet te kloppen. De string omvormer die meestal binnenshuis wordt geïnstalleerd heeft een garantietermijn van zo'n 3 tot 5 jaar. De micro omvormers die weer en wind moeten trotseren worden geleverd met een garantietermijn van 10 tot 20 jaar. Is dit laatste om ons gerust te stellen of heeft men echt een rotsvast vertrouwen in de geleverde elektronica? De eerste micro omvormers die in Nederland zijn verkocht rond de eeuw wisseling, de OK4's van NKF hebben micro omvormers een slechte reputatie gegeven. Binnen twee jaar waren (ook bij ons) de meeste omvormers defect. Hopelijk hebben de huidige fabrikanten hiervan geleerd en is de levensduur inderdaad 10 tot 20 jaar.

lokale opwarming van een aantal zonnecellen

Een ander maar kleiner nadeel is dat de omvormer een beetje warmte produceert en het zonnepaneel plaatselijk op zal warmen. Hierdoor zullen de zonnecellen die zich pal boven de micro omvormer bevinden warmer worden dan de andere zonnecellen in het paneel. Dat heeft voor die zonnecellen een negatief effect op de opbrengst. Zonnecellen hebben namelijk een negatieve temperatuurcoëfficiënt. Hoe warmer ze worden, hoe lager de opbrengst.

Hoeveel micro omvormers mogen in één string verbonden worden?

Micro omvormers worden op basis van een 230 Volt wisselspanningskabel onderling verbonden. Dit legt een beperking op het maximaal aantal omvormers wat onderling in één "string" verbonden mag worden. Hoeveel omvormers in een string verbonden mogen worden is van een aantal factoren afhankelijk maar de belangrijkste is de maximale stroom in deze kabel. Die is normaal gesproken 16 Ampère (mede vanwege de zekering in de meterkast). We houden vanwege een veiligheidsmarge even maximaal 15 Ampère aan.

15 Ampère vertegenwoordigt bij een spanning van 230 Volt een vermogen van 15 Ampère x 230 Volt = 3450 Watt. Gebruik je omvormers van bijvoorbeeld 250 Watt dan zou je vanwege deze beperking maximaal 3450 Watt / 250 Watt = 13,8 dus 13 omvormers op elkaar aan mogen sluiten op één 230 Volt kabel. Of je in zo'n situatie daadwerkelijk 13 micro omvormers mag aansluiten is mede afhankelijk van de gebruikte 230 Volt stekers en de doorsnede van de koper aders in de 230 Volt kabel die de fabrikant heeft gebruikt. Controleer de installatie instructies van de fabrikant voor het maximaal aantal aan te sluiten omvormers op één 230 Volt kabel.

Wat zijn de belangrijkste aspecten bij de keuze van een micro omvormer?

Wanneer je een micro omvormer gaat kiezen voor je zonnepanelen zijn de volgende aspecten heel erg belangrijk:

• Is de micro omvormer geschikt voor het gebruikte type zonnepaneel in relatie tot het aantal zonnecellen?
• Overschrijdt de spanning van het zonnepaneel mogelijk de maximale ingangsspanning van de omvormer (vooral opletten als je zonnepaneel hebt met 72 cellen)?
• Is de omvormer niet te veel overgedimensioneerd of juist ondergedimensioneerd wat betreft het vermogen (bijv. geen paneel van 340 Wp op een omvormer van 250 Watt output)?
• Als de omvormer meerdere ingangen heeft, heeft iedere ingang zijn eigen mppt?
• Hoe kan je de opbrengst van de zonnepanelen meten?
• Wat is het rendement van de micro omvormer?
• In welke netspanningsbereik blijft de omvormer vermogen leveren?
• Wat is het maximale vermogen dat continu aan het elektriciteitsnet wordt geleverd?
• Heeft de omvormer een één fase of drie fase aansluiting?
• Ondersteunt de omvormer de VDE4105 norm?
• Hoe lang is de garantietermijn?

Fabrikanten en modellen van micro omvormers

In Nederland worden onderstaande micro omvormers aangeboden:

• ABB Power-One Micro 0.25-I-OUTD, 0.3-I-OUTD, CDD
• APS YC250^[1], YC500A^[1], YC500-EU^[1], YC500-VDE^[1], YC600, QS1, YC10000, ECU
• Enphase M215^[1], M250^[1], Envoy
• iEnergy GT260, new GT260, iManager
• Involar MAC250, C250, MT250, MC500, eGate
• SMA SB240, Multigate

Is de micro omvormer geschikt voor het gebruikte type zonnepaneel in relatie tot het aantal zonnecellen?

Bij de keuze van een micro omvormer moet je zorgen dat de Uoc van het zonnepaneel, de zogenaamde open klem spanning (Uoc of Voc), niet de maximale ingangsspanning overschrijdt. De keuze van de juiste micro omvormer gaat in twee stappen. Eerst moet je de Uoc achterhalen van het zonnepaneel. Zonnepanelen worden (voornamelijk) aangeboden met 60, 72 en 96 cellen. In de tabel staat een indicatie van de open klem spanning van zonnepanelen met 60, 72 of 96 zonnecellen.

Als tweede stap inventariseer je wat de maximale ingangsspanning (Umax) is van de verschillende micro omvormers.

Als we deze twee tabellen met elkaar combineren zijn we in staat om goede combinaties van zonnepanelen en micro omvormers te maken. Wat opvalt is dat alle micro omvormers overweg kunnen met zonnepanelen met 60 zonnecellen. Wil je zonnepanelen met 72 zonnecellen gebruiken dan is je keuze al een stuk beperkter. En panelen met 96 cellen zijn niet te combineren met micro omvormers.

In het overzicht zie je bij de Enphase M215, M250 en SMA SB240 een vraagteken staan bij zonnepanelen met 72 zonnecellen. De Uoc van de panelen overschrijden niet de maximale ingangsspanning van de micro omvormers, dus dat is goed. Wat we nog niet in ogenschouw hebben genomen is de invloed van de temperatuur.

Zonnepanelen hebben een negatieve temperatuur­coëfficiënt voor de open klemspanning. Hoe kouder het wordt hoe hoger de open klem spanning is. Als vuistregel is dit 0,33% per graden Celsius. De open klemspanning die door de fabrikanten wordt gespecificeerd is altijd bij +25° Celsius. Bij +24° Celsius is de open klemspanning (van een paneel met een Uoc van 45 Volt) gestegen van 45 + 1 x 0,0033 x 45 = 45 + 0,15 = 45,15 Volt. Dat lijkt niets maar als het kwik daalt tot bijvoorbeeld -10° Celsius, dan is de temperatuur dus 35 graden gedaald ten opzichte van 25° Celsius. Dan is de open klem spanning gestegen tot: 45 + 35 x 0,0033 x 45 = 45 + 5,2 = 50,2 Volt.

Dan blijken de Enphase M215, M250 en de SMA SB240 niet meer geschikt omdat die een maximale ingangsspanning hebben die onder deze waarde van 50,2 Volt ligt. Feitelijk valt de Involar MAC250 ook af. We vermoeden dat hij niet direct stuk zal gaan maar het kan natuurlijk nog kouder worden en dan stijgt de open klem spanning nog verder. APS en ABB zijn de enige merken die op het moment van schrijven geschikt zijn om met zonnepanelen samen te werken die 72 zonnecellen hebben.

Dunne film zonnepanelen (Solar Frontier, TSMC) en micro omvormers

Wil je gebruik maken van dunne film zonnepanelen zoals de Solar Frontier SF-145, SF-150, SF155, SF160, SF165 of SF170 dan zijn alle vermelde micro omvormers niet bruikbaar. De open klem spanning Uoc is van deze panelen rond de 100 Volt en overschrijdt de maximale ingangsspanning van alle vermelde micro omvormers. Een string omvormer is dan de enige optie.

Dit geldt ook voor de dunne film CIGS zonnepanelen van TSMC zoals de TS-145C2, TS-150C2, TS-155C2 en TS-160C2. Die hebben een Uoc van zo'n 86,5 Volt.

Opstartspanning

De opstartspanning van een micro omvormer geeft aan bij welke spanning van de zonnepanelen de omvormer gaat "werken". De omvormer gaat dan van een stand-by / slaapstand naar een actieve mode. Deze spanning ligt meestal boven de minimale werkspanning. Als vroeg in de ochtend de spanning van het zonnepaneel opgelopen is tot de opstartspanning zal de omvormer vermogen gaan leveren. Als hij later op de dag onder deze spanning zakt zal de omvormer gewoon blijven werken tot de minimale werkspanning. Veel micro omvormer fabrikanten vermelden niet expliciet de opstart en minimale werkspanning maar in plaats daarvan de minimale ingangsspanning.

Maximale ingangsspanning

De maximale ingangsspanning is het spanningsniveau dat maximaal op de ingang gezet mag worden door de zonnepanelen. Als je deze waarde overschrijdt gebeuren er twee dingen: meestal zal de omvormer zich uit schakelen en een foutmelding geven. In het ernstigste geval als de ingangsspanning sterk overschreden wordt kan dit de omvormer beschadigen.

MPPT bereik

Iedere zonnepaneel omvormer heeft een MPPT algoritme waardoor hij in staat is onder vrijwel alle omstandigheden het maximale vermogen uit het zonnepaneel te halen. Een zonnepaneel heeft een specifieke spanning waarbij hij zijn maximale vermogen kan afleveren. Dat wordt Ump of Voltage maximum power genoemd. Die waarde moet natuurlijk binnen het bereik liggen van de omvormer. Deze Ump is bij het zonnepaneel gespecificeerd bij 25° Celsius en een instraling van 1000W/m². Deze Vmp zal beïnvloed worden door de temperatuur en de instraling. Het is belangrijk dat in alle situaties de Vmp binnen het MPPT bereik valt.

Meerdere ingangen (zonnepaneel aansluitingen) en MPP trackers

Sinds 2014 zijn micro omvormers verkrijgbaar waar niet één maar twee of meer zonnepanelen op aangesloten kunnen worden. Feitelijk is sprake van twee omvormers in één behuizing. Het voordeel van deze micro omvormers is dat ze relatief goedkoper zijn en de installatie kosten lager zullen zijn. Je hoeft immers maar de helft van het aantal omvormers te installeren.

De micro omvormer wordt vooral gekozen vanwege hun superieure kwaliteit om het meeste vermogen uit een zonnepaneel te halen in geval van gedeeltelijke schaduw. Dit is te danken aan het feit dat ieder zonnepaneel zijn eigen omvormer heeft met zijn eigen MPPT. Bij micro omvormers met meerdere ingangen is het dus van belang dat iedere ingang zijn eigen MPPT heeft. De APS YC500 is een voorbeeld van een micro omvormer met twee zonnepaneelaansluitingen en met ieder een eigen MPPT.

Wat is het rendement van de micro omvormer?

Het rendement van een omvormer bepaalt hoeveel energie van het zonnepaneel afgegeven zal worden aan het elektriciteitsnet, dus nuttig beschikbaar komt. Het verlies vertaalt zich in warmteontwikkeling. Hoe hoger het rendement is, hoe meer opbrengst je van je zonnepanelen zal hebben.

Hoe kan je de opbrengst van de zonnepanelen meten?

Een van de prettige voordelen van een micro omvormer is dat de opbrengst per paneel inzichtelijk gemaakt kan worden. Zo is in één oogopslag te zien of een zonnepaneel minder dan verwacht opbrengt of zelfs helemaal niets. Bij een verminderde opbrengst zou een sterke lokale vervuiling de oorzaak kunnen zijn.

Wanneer je de opbrengst van de omvormer, dus van het zonnepaneel of zonnepanelen wil meten zal je een "communicatie gateway" moeten kopen. Dit is een apparaat wat, meestal via power line communicatie (PLC), communiceert met de omvormer(s) en de meetgegevens ophaalt.

Je kan meestal op twee manier deze meetgegevens op je computer zichtbaar krijgen. Rechtstreeks van de communicatie gateway naar je computer of dat de gegevens eerst via het internet worden doorgestuurd naar een portal van de fabrikant en dat je vervolgens de gegevens op een mooie manier gepresenteerd krijgt.

Wanneer je kiest voor lokale presentatie van de zonnepaneelomvormers dan maak je gebruik van de mini-webserver die zich in de communicatie gateway bevindt. Je moet een specifiek ip-adres intypen in je browser en dan krijg je de opbrengsten te zien. Dit zijn meestal vrij ruwe gegevens met minder mooie plaatjes en meestal ook geen historische gegevens.

Wanneer je besluit om de opbrengstgegevens door te sturen naar de portal van de fabrikant van de omvormers dan, na registratie, kan je overal op de wereld inloggen op dit portal, ook met je smartphone of tablet en je opbrengst inclusief historische gegevens op je scherm getoond krijgen. Meestal worden hiervoor geen kosten in rekening gebracht. Dat heeft men versleuteld in de prijs van de communicatie gateway want die zijn best prijzig.

De communicatie gateway is een fabrikant specifiek apparaat. Wanneer je een APS omvormer koopt en je wil de opbrengst uitlezen dan ben je verplicht ook bij APS de communicatie gateway te kopen.

De communicatie gateway is meestal in staat met alle modellen micro omvormers te communiceren die de fabrikant levert. Een ECU van APS kan dus als voorbeeld zowel de YC250 als (tegelijkertijd) de YC500 uitlezen.

Denk wel na over het volgende: wanneer je de panelen alleen maar

Garantietermijn micro omvormers

De garantietermijn vergoed meestal alleen de omruil van de omvormer. De kosten voor het verwijderen en opnieuw installeren is hierin niet inbegrepen.