Zo werkt een string-omvormer

Een omvormer zet de gelijkstroom van het pv-systeem om in wisselstroom. Maar hoe werkt dat en welke onderdelen zitten erin? Een kijkje aan de binnenkant van een string-omvormer.

Omvormers zijn er in soorten en maten. Van micro-omvormers - niet groter dan een toetsenbordje - die direct aan een pv-paneel zijn gekoppeld, tot het formaat zeecontainer, zoals die bij energiecentrales zijn opgesteld. Voor huishoudens met pv-panelen worden string-omvormers, micro-omvormers of omvormers met optimizers gebruikt.
In dit artikel gaan we uitsluitend in op de string-omvormer, met als voorbeeld de door Solarclarity geleverde Growatt. Het begrip ‘string’ houdt in dat de omvormer is aangesloten op in serie geschakelde zonnepanelen. De spanning uit de pv-panelen schakelt de omvormer aan. Het aantal zonnepanelen en de elektrische specificaties bepalen welk type omvormer geschikt is.

In een string-omvormer vinden we de volgende onderdelen:

1. DC-aansluitingen

De DC-aansluitingen verbinden de zonnepanelen met de omvormer. Elke DC-aansluiting heeft twee chassisdelen met een positieve en negatieve polariteit, ofwel mannetje en vrouwtje. Zorgvuldigheid bij aansluiten is belangrijk, want een te hoge spanning of stroom kan de aansluiting beschadigen met elektrocutie of brand als gevolg. Gebruik om gevaarlijke situaties te voorkomen ook de meegeleverde contradelen, omdat niet alle merken en typen DC-connectoren goed op elkaar passen.

2. DC-switch

Een DC-schakelaar maakt of verbreekt de verbinding tussen de zonnepanelen en de omvormer. Maak nooit een DC-verbinding los voordat de DC-schakelaar de verbinding heeft onderbroken, want bij verbreken onder last bestaat de kans op een vlamboog.

3. Overspanningsbeveiliging (niet zichtbaar)

Beveiliging tegen te hoge spanning van zowel de DC- als de AC-zijde van de omvormer gebeurt met overspanningsbeveiliging (OSB of surge protection device/SPD). Het is een spanningsafhankelijke weerstand (varistor) die bij een te hoge spanning de stroom naar aarde laat afvloeien tot een veilig spanningsniveau. OSB’s in een omvormer zijn meestal van het type 2. Volgens Nen 1010 is er soms een type 1+2 nodig, omdat die gevoeliger is dan type 2 OSB. Vaak wordt dan een externe OSB toegepast.

4. EMI-filter

Zowel aan de DC-zijde als aan de AC-zijde kunnen elektromagnetische storingen optreden die de werking van de omvormer beïnvloeden. Een EMI-filtercircuit met een smoorspoel en een reeks condensatoren filtert storingen uit.

5. MPP-tracker

Het maximum power point (MPP) is het punt van IV-curve (elektrische eigenschappen van een paneel, zie grafiek) van een zonnepaneel waar het vermogen het hoogst is. Stel dat een paneel bij de standaard testcondities 300 W (300 Wp) levert met een MPP-spanning van 30 V en een MPP-stroom van 10 A. Dan zou de interne weerstand in het geval van een spanningsbron 3 Ω bedragen. Immers U = I x R. Als de totale belasting van het zonnepaneel 3 Ω bedraagt dan zal het paneel op het MPP opereren, daar zorgt de tracker voor. De uitgangsspanning van de MPP-tracker is afhankelijk van het soort en type zonnepaneel en kan afwijken van wat de omvormer graag wil ontvangen op de tussenkring. De spanning wordt dan ofwel opgeslingerd of juist verlaagd. Dit wordt gedaan door een DC/DC-converter in de vorm van een buck-booster-circuit.

6. Tussenkring

De tussenkring van een omvormer is de plek waar de DC-spanning van alle MPP-trackers op samenkomen. Deze tussenkring slaat de DC-energie voor een korte periode op in grote condensatoren, waarna de DC/AC-omvormer er AC-spanning van kan maken.

7. DC/AC-omvormer

Een DC/AC-omvormercircuit zet DC-spanning om in wisselspanning (AC). De IGBT’s (insulated gate bipolar transistors) in de omvormer schakelen de DC-spanning die een AC-spanning in feite simuleert. Het signaal aan de uitgang van de DC/AC-omvormer is dan ook nog niet direct geschikt om aan te kunnen sluiten op het elektriciteitsnet. Een AC-filter lost dat op.

8. AC-relais

Bij een opstartende omvormer is vaak geklik van het AC-relais te horen. Het relais zal inschakelen zodra de wisselspanning uit de DC/AC-omvormer synchroon loopt met de wisselspanning van het elektriciteitsnet.

9. Microcontroller

Tot slot zit er nog een computerbord (microcontroller) in de omvormer en verschillende losse circuits voor allerlei veiligheidsfuncties, zoals te zien op de onderste foto.

Voor- en nadelen van een string-omvormer

De voordelen:
• relatief goedkoop in aanschaf,
• eenvoudig te onderhouden,
• vrij makkelijk te installeren.

De nadelen:
• pv-panelen binnen dezelfde string kunnen elkaar negatief beïnvloeden,
• monitoring op totaalniveau, geen detailinformatie,
• de panelen binnen een string dienen dezelfde oriëntatie te hebben.

Koppeling batterij-opslag

Door het op termijn vervallen van de salderingsregeling voor teruglevering van zelf opgewekte elektriciteit aan het net, plus de netcongestie, neemt de aandacht voor lokale opslag toe. Zo biedt Solarclarity energie-opslagsystemen in de vorm van een pv-systeem gecombineerd met batterij. Deze zijn voornamelijk bedoeld om het eigengebruik te vergroten. Meer rendement uit dit soort systemen kan worden verkregen met een energiemanagementplatform, zoals Bliq. Daarmee is het mogelijk in te spelen op variabele energietarieven. Daarvoor is een hybride omvormer nodig die met ondersteunende software, bijvoorbeeld die van Bliq, kan schakelen naar de optimale stroombron bij vraag of teruglevering.

Tekst: Tom de Hoog
Fotografie: Solarclarity

Meer weten over de nieuwste installatietechnieken en de laatste richtlijnen?
Meld u dan nu aan voor onze gratis tweewekelijkse nieuwsbrief.