Omvormer startspanning: wanneer begint hij met produceren?
Wat is het?
De startspanning is de minimale spanning die een omvormer nodig heeft om aan te springen en te beginnen met het omzetten van gelijkstroom (DC) van je zonnepanelen naar wisselstroom (AC) voor je huis.
Zonder deze minimale voedingsspanning blijft de omvormer in sluimerstand en levert hij geen stroom. Dit is een vast ingebouwd beveiligings- en efficiëntiekenmerk. Je kunt het vergelijken met de startmotor van een auto.
Die heeft ook een minimale spanning van de accu nodig om de motor aan te slingeren. Is de accu te leeg, dan gebeurt er niets.
De startspanning van een omvormer werkt volgens hetzelfde principe. Deze waarde staat altijd vermeld in de productspecificaties, meestal uitgedrukt in volt (V).
Voor de meeste moderne stringomvormers in woningen ligt deze waarde ergens tussen de 80V en 200V. Het is een cruciaal getal voor de prestaties van je systeem, vooral bij weinig licht.
Hoe werkt het precies?
Wanneer de zon opkomt, produceren je zonnepanelen een kleine hoeveelheid gelijkstroom. De spanning (voltage) van deze stroom is dan nog laag.
De omvormer meet continu deze inkomende spanning. Zodra de gemeten spanning over de hele string van panelen de vooraf ingestelde startspanning bereikt, 'ontwaakt' de omvormer. Hij activeert zijn interne schakelingen en begint de gelijkstroom om te zetten naar bruikbare wisselstroom voor je stopcontacten.
Aan het einde van de dag, wanneer de zon daalt en de opbrengst zakt, gebeurt het omgekeerde. De spanning valt onder een iets lager niveau, de zogenaamde 'uitschakelspanning' of 'stopspanning'.
De rol bij schaduw en verschillende daken
De omvormer schakelt zichzelf dan uit om onnodig stroomverbruik en slijtage te voorkomen.
Heb je panelen op verschillende dakvlakken (bijvoorbeeld oost en west), dan worden die vaak in aparte strings geplaatst. Elke string heeft zijn eigen spanning. De startspanning is per string relevant. Een westelijke string start pas later op de dag wanneer daar voldoende zonlicht is.
Bij schaduw op één paneel in een serie (string) kan de spanning van die hele string zakken. Als die daling onder de startspanning komt, produceert de hele string niets, zelfs als de andere panelen in de zon liggen. Dit is een belangrijke reden om te kieien voor optimizers of micro-omvormers.
De wetenschap erachter
De startspanning wordt bepaald door de interne elektronica van de omvormer, met name de DC-DC converter. Deze converter moet een bepaald ingangsvoltage hebben, gerelateerd aan de maximale DC-spanning, om efficiënt en stabiel te kunnen werken.
Het is een technisch compromis tussen gevoeligheid en betrouwbaarheid. Een zeer lage startspanning zou theoretisch beter zijn voor de opbrengst bij zwak licht.
Maar dit brengt risico's met zich mee. Bij extreem lage spanningen wordt de stroom (ampère) heel hoog om hetzelfde vermogen te leveren, wat warmte en verliezen veroorzaakt. Daarnaast moet de omvormer het elektriciteitsnet kunnen synchroniseren.
MPPT en startspanning
Voor een stabiele netfrequentie en spanning is een minimale ingangsspanning vereist. De fabrikant stelt de startspanning dus in op een veilig en efficiënt niveau voor de levensduur van het apparaat.
De omvormer zoekt via zijn MPPT-tracker (Maximum Power Point Tracking) continu naar het optimale vermogenspunt van de panelen. Dit zoekproces kan pas beginnen als de startspanning is bereikt. De MPPT-algoritmes werken binnen een bepaald spanningsbereik, waarvan de startspanning de ondergrens is. Het voltage van een zonnepaneel varieert met de temperatuur.
Op een koude, zonnige dag is de spanning hoger. Dit kan gunstig zijn om de startspanning eerder te bereiken.
De omvormer houdt hier in zijn ontwerp rekening mee, zoals bij het frequentiebereik voor het 50Hz net.
Voordelen en nadelen
Het belangrijkste voordeel van een duidelijke startspanning is systeembescherming. Het voorkomt dat de omvormer aan en uit blijft 'flikkeren' bij wisselvallig weer, wat schadelijk is voor de elektronica.
Het zorgt voor een stabiele werking. Een ander voordeel is energiebesparing. In sluimerstand verbruikt de omvormer een fractie van de stroom die hij zou verbruiken als hij actief zou zijn met bijna nul-input. Zo voorkomt hij onnodig energieverlies.
Het nadeel is duidelijk: productieverlies. Alle energie die je panelen opwekken voordat de startspanning is bereikt, gaat verloren.
Dit is vooral relevant tijdens de schemering, op bewolkte dagen of bij lichte schaduw.
Een ander potentieel nadeel treedt op bij een verkeerde configuratie. Als je te weinig panelen in serie schakelt, bereikt je string mogelijk nooit de vereiste startspanning, zelfs niet op een zonnige dag. Je systeem zou dan nooit produceren. Een goede installateur berekent dit vooraf.
Voor wie relevant?
Deze specificatie is allereerst relevant voor iedereen die zonnepanelen overweegt. Vraag je installateur naar de startspanning van de voorgestelde omvormer en hoe die past bij jouw dak en het aantal panelen per string.
Heb je een dak met veel schaduw (van bomen, een dakkapel of een schoorsteen)? Dan is de startspanning extra kritisch. Een omvormer met een lagere startspanning kan in zo'n geval iets meer energie uit de schaduwperiodes halen. Overweeg dan ook zeker de optie van micro-omvormers of optimizers, die dit probleem omzeilen.
Voor eigenaren van een oudere installatie kan het interessant zijn om bij vervanging van de omvormer te letten op deze specificatie. Moderne omvormers hebben vaak een lager verbruik en soms een gunstigere startspanning dan modellen van tien jaar geleden.
Tot slot is het relevant voor wie een thuisaccu overweegt. Sommige hybride omvormers hebben verschillende startspanningen voor de PV-ingang en de accu-ingang.
De interactie tussen deze systemen bepaalt wanneer je zelfvoorzienend kunt zijn. Begrip van deze waarden helpt bij het maken van de juiste keuze.