Kennis

Zonnepanelen hebben vanaf de eerste dag van de lente van 2020 een hoge opbrengst laten zien. Ten opzichte van een gelijke periode in de afgelopen jaren lag de opbrengst bijna 40% hoger. Dankzij Autarco’s nauwkeurige monitoring systeem was dit duidelijk te zien.

Ook de globale instraling lag duidelijk hoger ten opzichte van het gemiddelde (grijze lijn). Daarnaast is ook te zien dat de directe component van de instraling een veel grotere bijdrage heeft geleverd dan afgelopen jaren.

De hoge opbrengst was een combinatie van factoren:

• Gunstige weercondities van vrij koud weer met een droge oostenwind waardoor er weinig bewolking was
• De buitengewone maatregelen die de regering heeft genomen vanaf 15 maart, zorgden voor veel minder vlieg- en autoverkeer

Zonnepanelen leveren energie op die wordt teruggeleverd naar het net. Om te zorgen dat dit kan gebeuren, zal de omvormer de spanning altijd een klein beetje hoger maken dan de aansluiting aan het net zodat de stroom het net in gaat. Om te zorgen dat de spanning niet te hoog wordt, is het belangrijk om de juiste kabels te gebruiken. Er zit namelijk een maximum aan de spanning om te voorkomen dat andere aangesloten apparaten kapot gaan (in Nederland is dit 253 Volt).

Een gebruikelijke waarde voor het maximale spanningsverschil in een kabel is 1%. Bij 230 volt bevelen we dus aan om te zorgen dat er niet meer dan 2.3 Volt verschil is. Als dit verlies meer wordt, zal de kabel warmer worden en moet er voor gezorgd worden dat deze voldoende gekoeld wordt. Als een kabel zijn warmte niet kwijt kan, kan er brand of kortsluiting ontstaan.

Naast het kiezen van de correcte waarde voor de zekeringen en automaten, is het daarom belangrijk dat voor de aanleg gekeken wordt of alle kabels geschikt zijn voor teruglevering van de stroom.

Bij maximaal vermogen en een spanning van 230 V, levert de omvormer een stroom van:
1000 W/230 V = 4,34 A.
Er is een kabel aangesloten met een lengte van 43 meter en 2.5 mm2.
De weerstand van een draad in de kabel bedraagt:
R = 0.0175 x 43 /2.5 = 0.3 ohm, totaal (voor de beide draden) dus 0.6 ohm.
Het spanningsverlies in de kabel bedraagt dan:
V = I x R = 4.34 A x 0.6 ohm = 2.6 Volt

Het verlies is dus: 2.6 V /230 V = 1.1%
Een 1000 W omvormer kan dus in dit geval maximaal met een kabel van 43 meter lengte worden aangesloten en het spanningsverlies is acceptabel rond 1%.
Als je het verlies in de kabel wilt verlagen, moet je een dikkere kabel aansluiten, bijvoorbeeld 4 mm2.

In de volgende tabel is de maximale lengte kabel berekend voor een aantal omvormers (met de aanname dat het spanningsverlies rond 1% bedraagt).

Duidelijk is te zien bij het voorbeeld van de 5 kW omvormer, dat een 3 fasen omvormer al vrij snel gunstiger is wanneer een elektrische installatie reeds in 3 fasen is uitgevoerd.

Alle berekeningen hierboven zijn bedoeld als een leidraad. Als bijv. de geleverde netspanning in een installatie hoger is, kan het aan te bevelen zijn om een dikkere kabel te kiezen of de installatie aan te passen.

U kunt altijd contact opnemen met Autarco voor advies en suggesties, als u een grotere omvormer gaat installeren in een bestaande installatie. Dit kan hoge kosten achteraf voorkomen.

Zoals voor veel installaties geldt, is ook een PV-systeem zo sterk als zijn zwakste schakel. Een schakel die zeker niet over het hoofd gezien mag worden is de kabel tussen de omvormer en de meterkast. Het verkeerd dimensioneren van deze kabel kan immers leiden tot opbrengstverlies, defecte apparatuur of in het ergste geval kortsluiting of brand.

Een PV systeem wekt energie op die wordt geleverd aan het elektriciteitsnet, wanneer deze niet direct ter plekke verbruikt wordt. Maar als de kabel waarmee de omvormer op het net wordt aangesloten niet voldoende capaciteit heeft, zal de omvormer de opgewekte energie niet kunnen leveren met verlies van opbrengst als gevolg. De omvormer functioneert dan niet meer optimaal en het gehele systeem wordt minder efficiënt.

De omvormer heeft ook altijd een iets hogere spanning dan het net waarop deze wordt aangesloten, zodat de opgewekte elektriciteit naar het net stroomt. Deze spanning stijgt als de kabels niet goed gedimensioneerd zijn. Er zit echter een maximum aan deze spanning; de Nederlandse normen op dit vlak schrijven 253V voor, om ervoor te zorgen dat apparaten die op hetzelfde net worden aangesloten niet beschadigd raken.

Daarnaast zullen de kabels warmte genereren wanneer deze te zwaar belast worden, wat in het uiterste geval kan leiden tot brand of kortsluiting. Zeker wanneer meerdere kabels dicht op elkaar geïnstalleerd zijn is dit een risico.

Naast het kiezen van de correcte waarden voor de zekeringen en automaten, is het daarom belangrijk dat voor de aanleg gekeken wordt of alle kabels geschikt zijn voor teruglevering van de stroom. Om bovenstaande risico’s zoveel mogelijk te vermijden, wordt uitgegaan van een maximaal spanningsverlies in de kabel tussen de omvormer en de meterkast van 1%. In het geval van een netaansluiting van 230V wordt dat dus 2,3V.

Om dit te illustreren nemen we als voorbeeld een 1000W omvormer. Bij maximaal vermogen en een spanning van 230 V, levert de omvormer een stroom van: 1000 W/230 V = 4,35 A.
Als we een kabel van 2 x 2,5 mm² willen toepassen, wat is dan de maximale lengte van deze kabel waarbij het spanningsverlies onder de 1%, ofwel 2,30V blijft?

Op basis van stroom en spanning kunnen we de maximale weerstand berekenen voor deze kabel. Deze bedraagt in dit geval: R = V / I = 2,30 / 4,35 = 0,53 Ω

Voor een enkele ader in de kabel mag de weerstand dus niet hoger zijn dan 0,53 / 2 = 0,265 Ω. De formule om de weerstand van een kabel met een bepaalde lengte, dikte en materiaal te berekenen is als volgt: R = L x ⍴ / A. Hieruit kunnen we afleiden dat L = R x A / ⍴ = 0,265 x 2,5 / 0,0175 = 37,85 m.

Als je het verlies in de kabel wilt verlagen, of als de lengte tussen de omvormer en de netaansluiting groter is dan 37,85 meter, moet er dus een dikkere kabel aangesloten worden.

In de volgende tabel is de maximale lengte kabel berekend voor een aantal verschillende omvormers en kabeldiameters. Ook hier gaan we uit van een netspanning van 230V en een maximaal spanningsverlies van 1%.

In deze tabel is duidelijk het gunstige effect van de toepassing van een 3-fase omvormer te zien. Bij hetzelfde vermogen van 5kW is de stroom immers over drie fasen verdeeld. Een lagere stroom betekent minder spanningsverlies, waardoor je een dunner kabel toe kunt passen, of met dezelfde kabeldiameter langere lengtes kunt overbruggen.

Bovenstaande berekeningen zijn bedoeld als leidraad om inzicht te geven in het dimensioneren van de AC-bekabeling in een PV-systeem. In individuele gevallen kunnen berekeningen anders uitvallen of worden er andere eisen aan de bekabeling gesteld. We raden je van harte aan hier bij het ontwerpen van een PV systeem aandacht aan te besteden, want een goede voorbereiding kan hoge kosten achteraf voorkomen. Je kunt natuurlijk altijd contact opnemen met Autarco voor advies en suggesties op dit vlak.