Overdimensioneren en aftoppen van je omvormer

Wat zijn de elektrische limieten van de omvormer?

Voor elke omvormer zijn het maximale voltage en de maximale stroom bepaald. Sungevity garandeert dat deze limieten altijd gerespecteerd worden. Hierdoor kunnen er geen gevaarlijke situaties ontstaan als gevolg van een te hoge spanning of stroom.

Voor een optimaal rendement moeten de omvormer en de zonnepanelen zo goed mogelijk op elkaar afgestemd zijn. Dit doen we onder andere door het ‘dimensioneren’ van de omvormer. Hierbij zijn er twee opties: ‘onderdimensioneren’ of ‘overdimensioneren’.

Wat is de DC/AC-ratio?

De DC/AC-ratio is de verhouding tussen het totale vermogen aan gelijkstroom (het DC-vermogen) van de zonnepanelen en het vermogen wisselstroom (het AC-vermogen) van de omvormer. Je berekent de DC/AC-ratio door het DC-vermogen van de zonnepanelen te delen door het AC-vermogen van de omvormer.

Voorbeeld:

• Een 4,5 kWp zonnesysteem verbonden met een omvormer van 5 kW heeft een DC/AC-ratio van 4,5/5=0,9  ofwel 90%
• Een 6,5 kWp zonnesysteem verbonden met een omvormer van 5 kW heeft een DC/AC-ratio van 6,5/5=1,3 ofwel 130%

Voor de optimale werking van je zonnesysteem wordt aanbevolen om een DC/AC-ratio van groter dan 1 aan te houden. Het totale vermogen van de zonnepanelen is dus hoger dan het vermogen van de omvormer. Dit noemen we het overdimensioneren van het systeem, of simpelweg ‘overdimensionering’. De ideale mate van overdimensionering hangt af van vele factoren, zoals de hellingshoek en oriëntatie van de zonnepanelen, het type aansluiting, de inkoopprijs van verschillende modellen omvormers en wettelijke bepalingen. Voor elke specifieke situatie maken onze specialisten een grondige afweging bij de keuze van de omvormer.

Waarom zou je een omvormer overdimensioneren?

Bij overdimensioneren is het vermogen van de omvormer lager dan het piekvermogen van de panelen. Dit zorgt voor een hogere opbrengst bij minder optimale weersomstandigheden. Bij een overgedimensioneerde omvormer gaat er op piekdagen wat energie verloren, maar omdat zonnepanelen in Nederland bijna nooit hun topvermogen halen, levert overdimensioneren je uiteindelijk meer op. Daarnaast is een kleinere omvormer natuurlijk goedkoper in aanschaf dan een grotere omvormer. Ook dit verschil wordt meegenomen bij het bepalen van de meest geschikte omvormer.

Testcondities vs. de praktijk

Het vermogen van zonnepanelen (gemeten in Wattpiek) wordt bepaald in een laboratorium onder specifieke testomstandigheden (‘standard test conditions’, ofwel STC). Hierbij wordt uitgegaan van een loodrechte instraling van 1000 W/m² bij een paneeltemperatuur van 25°C.

In Nederland komen deze ideale testcondities zelden of nooit voor. Daarom zal de daadwerkelijke productie van een paneel door verschillen in de positie van de zon, temperatuur, lokale weersomstandigheden, oriëntatie, hellingshoek en degradatie (bijna) altijd lager liggen dan het piekvermogen.

Praktische consequenties van overdimensioneren

Op een zonnige dag zou de productiegrafiek van een overgedimensioneerd systeem er uit kunnen zien zoals in de afbeelding hieronder (Figuur 1):

De vlakke top rond het middaguur laat zien dat de productie begrensd wordt op het maximale vermogen van de omvormer. Dit betekent dat er een bepaalde hoeveelheid bruikbare energie verloren gaat. Dit verlies van energie wordt ‘aftopping’ genoemd. Bij het maken van productievoorspellingen houden wij hier altijd rekening mee. Ondanks dit verlies zijn er goede redenen om omvormers te kiezen met een lager wisselstroomvermogen dan het gelijkstroomvermogen van de panelen (overdimensioneren dus).

Voordelen van het overdimensioneren van de omvormer:

1. Eerder opstarten en later uitschakelen van de omvormer: een kleinere omvormer heeft meestal een lager startvoltage en een lager uitschakelvoltage dan een grotere omvormer. Hierdoor zal een kleinere omvormer vaak in de ochtend eerder opstarten en in de avond later uitschakelen.
2. Hogere efficiëntie van de omvormer: wanneer een omvormer rond het maximale vermogen werkt, wordt de gelijkstroom efficiënter omgezet naar wisselstroom. Vergeleken met een grotere omvormer zal een kleinere omvormer een groter deel van de dag op of nabij het maximale vermogen werken. Hierdoor gaat de efficiëntie van de energie-omzetting omhoog.
3. Een betere langetermijnoplossing: zonnepanelen produceren door degradatie elk jaar iets minder. Ondertussen blijft de capaciteit van de omvormer hetzelfde. Dit betekent twee dingen:
   • Elk jaar wordt er minder energie afgetopt. Productiegrafieken zoals in de afbeelding hierboven komen in de loop der tijd dus steeds minder vaak voor.
   • De efficiëntie van een grotere omvormer daalt, want deze steeds zal minder vaak op zijn maximale vermogen werken. Het overdimensioneren van het zonnesysteem zorgt daarentegen voor een uitstekende efficiëntie van de omvormer op de langere termijn.

Deze effecten zullen in het algemeen de energieopbrengst verhogen. In tegenstelling tot energieverlies door aftopping, zie je dit alleen niet terug in de productiegrafiek. Dit wordt wel duidelijk gemaakt in de afbeelding hieronder (Figuur 2).

De productie van een ‘standaard’ systeem (gele lijn) wordt vergeleken met een overgedimensioneerd systeem (donkerblauwe lijn). Het productieverlies door aftopping (het rode gebied) is duidelijk te zien. De productiewinst door het eerder starten, het later uitschakelen én de hogere efficiëntie van de omvormer (de groene gebieden) worden pas zichtbaar als de blauwe lijn vergeleken wordt met de gele lijn.

Overdimensionering leidt dus tot productiewinst in de vroege ochtend en late namiddag (periodes met weinig zon). Productieverlies als gevolg van aftoppen zal echter alleen op zonnige dagen rond het middaguur optreden. Zulke dagen komen in Nederland niet vaak voor. Op bewolkte dagen zal er geen productieverlies zijn.

Extra informatie

• Garanties: de mate van overdimensionering zoals toegepast door Sungevity is goedgekeurd door alle omvormerfabrikanten en heeft geen enkele invloed op de geldigheid van garanties.
• Oververhitting: het is waar dat bij aftopping het ‘overschot’ aan energie omgezet wordt in extra warmte. Dit gebeurt echter niet bij de omvormer, maar bij de panelen. De omvormer dwingt op zo’n moment de panelen om minder efficiënt te werken, waardoor minder elektrische energie en meer warmte gegenereerd wordt. Voor de panelen is deze extra warmte geen enkel probleem. Onder normale omstandigheden zetten panelen slechts ongeveer 20% van het inkomende licht om in elektrische energie. De resterende 80% wordt voornamelijk omgezet in warmte. Tijdens aftopping zou dit percentage kunnen stijgen naar bijvoorbeeld 85%. Het verschil met de normale omstandigheden is dus maar klein. Alle zonnepanelen die Sungevity aanbiedt zijn uitgebreid getest en kunnen deze omstandigheden gemakkelijk aan.
• Levensduur van de omvormer: zoals hierboven uitgelegd leidt een overschot aan energie niet tot extra opwarming van de omvormer. In een overgedimensioneerd systeem werkt de omvormer echter wel vaker op het maximale vermogen, waardoor deze gemiddeld iets warmer wordt. Omvormers zijn ontworpen om onder deze omstandigheden te werken. Een klein effect op de levensduur is desondanks niet geheel uit te sluiten. Zoals eerder vermeld blijven alle productgaranties echter gewoon gelden. Het belangrijkst voor de levensduur is dat omvormers niet in de zon hangen en hun warmte goed kwijt kunnen. Omvormers worden door Sungevity altijd binnen geïnstalleerd in een goed geventileerde ruimte.