[PV] Openklemspanning (Voc), hoe hoog maximaal ?

[Dre]

TL;DR: Hoeveel zonnecellen kan ik in serie aansluiten zonder dat mijn omvormer meer dan 500 Volt op zijn ingang krijgt.


De maximale inputspanning van een PV-omvormer wil ik niet overschrijden, ook niet als de samenloop van omstandigheden ongunstig is. Als de panelen belast worden, door teruglevering, is de spanning laag genoeg (Vmpp). Onbelaste panelen geven een hogere spanning af (Voc). De installatie dient zo gedimensioneerd te zijn dat de Voc niet boven de maximale ingangsspanning van de omvormer komt.

Situaties waarbij ik mij kan indenken dat de panelen onbelast zijn:

1. Uitval van de 230V netspanning
2. ’s Ochtends opstarten
3. Gedurende de dag bij te lage instraling
4. ???

De Voc is helaas geen vast getal, maar wordt beïnvloed door:

1. Temperatuur van de zonnecellen
2. Instraling van zonlicht (W/m2) (= schaduw, hellingshoek, oriëntatie)
3. ???

Men berekent de hoogst optredende Voc vaak aan de hand van de optredende buitentemperatuur.


Theorie:
Dit gaat om een installatie met 11 panelen, elk paneel heeft 72 cellen in serie, dus 792 cellen in serie. In mijn Excel sheet reken ik vrij pessimistisch. Ik ga uit van een celtemperatuur van -5°C en 1000W/m2 instraling. Dan kom ik op een Voc-5°C van 542 Volt. Dit is teveel voor een omvormer die 500 Volt mag hebben.
De Voc zou bij +25°C 493 Volt zijn.

Praktijk:
Vandaag heb ik de Voc spanning gemeten en kwam op:
09:40 uur: 482 Volt
10:00 uur: 487 Volt
10:10 uur: 490 Volt
14:00 uur: 468 Volt

In de ochtend liggen zeker 3 van de 11 panelen in de schaduw

edit:
nachtvorst zat nog op die 3 panelen, dus die waren nog 'koud'

Theorie vs praktijk.
Er zit een vrij groot gat tussen de theorie en de praktijk. De instraling van 1000W/m2 lijkt me niet reëel, zeker in de winter en ’s ochtends lijkt me dat niet voor te komen.
Menig installateur zou zeggen dat dat 792 cellen in serie teveel is, maar ik betwijfel dat. De grote vraag is dus: hoeveel cellen kunnen er in serie zonder over de 500 Volt te gaan.

Waarom wil je dit zo precies weten?

1. Je zou maar een dak hebben waar dertien 60 cell panelen op passen, of elf 72 cell panelen (omvormer 500V)
2. Omvormer optimalisatie zowel qua spanning als qua vermogen.
3. Oneven string niet parallel kunnen of willen zetten op 1 MPPT.

edit:

500 Volt is van toepassing voor mijn omvormer, maar voor andere omvormers zou ook een waarde van bijvoorbeeld 750 Volt, of 845 Volt kunnen gelden. De vraag blijft hetzelfde, alleen een andere spanning.
+
Correctie spanning na verificatiemeting met ander meetinstrument.

[ Voor 8% gewijzigd door Dre op 02-08-2020 13:45 ]

[Proton_]

Je meting is dus met lage instraling, zelfs schaduw, en (cel)temperaturen boven 0.
Ik neem aan wel losgekoppeld van de inverter

Uiteindelijk gaat het om kansberekening: hoe zeker wil je het weten.
Tenslotte zouden we hier ook wel eens een polar vortex kunnen krijgen en is niets zo veranderlijk als het weer. Panelen liggen wel een aantal jaar, dus je weet niet wat ze mee gaan maken.
[insert weer-anekdote hier].

Misschien kan Schinnen-Groen iets zeggen over de instraling in de winter (daar heeft hij een meter voor).
Let wel dat een week voor de kortste dag niet erg representatief is.

Zoals je terecht opmerkt is de Voc van een hoop afhankelijk, maar je hoeft er maar 3.5% bij te krijgen om over de 500V heen te gaan.
De datasheet zegt -0,33%/graad dus dezelfde heldere lucht als vandaag met 11 graden minder zou de stringspanning over de 500V helpen.
Gezien bijvoorbeeld februari kouder is dan december én de zon dan alweer flink hoger staat is een uitschieter zeker niet ondenkbaar.

Een beetje moderne omvormer gaat trouwens pas vonken boven de kV (wat ook het maximum is van de meeste kabels, connectoren, junction boxes en panelen dus daar wil je toch wel onder blijven denk ik). Met een moderne omvormer win je al meer rendement dan de spanning optimaliseren op een oud beestje die maar 500V mag

[Dre]

Het maakt voor de Voc niet uit of ik de inverter aangesloten heb op de panelen. De belasting van de inverter is (blijkbaar) dusdanig laag dat ik geen verschil meet tussen beide situaties. Uiteraard moet je er wel voor zorgen dat de inverter niet aan het terugleveren is .

Het weer is inderdaad niet te voorspellen, alleen zit er nu wel een erg groot verschil tussen de theorie en de praktijk.

In februari meten is inderdaad een goeie. Op 16 April 2014 heb ik 's ochtend de spanning gemeten en kwam toen op 487 Volt. 16 April was een relatief koude en zeer zonnige dag met een minimum temperatuur van 1.4°C (KNMI).

De vraag hoelang een string mag zijn blijft voor elke omvormer hetzelfde. In het verleden ging ik altijd uit van een 500 Volt inverter met 12 panelen met elk 60 cellen. Nu ik met 792 cellen voldoende marge hou () zit ik al op 13,2 panelen. 13 panelen met 60 cellen is dus 'veiliger' dan 11 panelen met 72 cellen. Uiteraard zitten er nog kleine verschillen in de Voc tussen verschillende type en vermogens van panelen.

edit:

Correctie spanning na verificatiemeting met ander meetinstrument.

[ Voor 8% gewijzigd door Dre op 15-03-2016 22:04 ]

[Proton_]

Dus in april, kouder en met meer licht, meet je hetzelfde als vorige week.

Er zijn een paar mogelijkheden:
* Het lineaire model is onnauwkeurig
* De beschaduwde panelen drukken de stringspanning
* Lokale omstandigheden zorgen voor een relatief hoge celtemperatuur (denk aan slechte dakisolatie, de windrichting etc)
*?

Kan je hier iets van uitsluiten?

[Dre]

De meting op 14 december was met nachtvorst, dus kouder dan die van 16 april. Alhoewel minimum temperatuur natuurlijk wat anders is dan actuele cel temperatuur. De instraling zal in April waarschijnlijk wel hoger zijn weest zijn.

Het enige wat ik durf te zeggen is dat de hellinghoek en oriëntatie van het dak hetzelfde zijn gebleven. ( ). Misschien wel interessant om te melden, de hellingshoek is 50° en oriëntatie ZZO. Relatief ongunstig voor de (te) hoge Voc zou ik denken. Met een plattere hellinghoek meer richting het westen zou je je minder zorgen hoeven te maken.

De instraling op de panelen heeft grote invloed op de Voc. Zowel in opwarming (lagere Voc) als in instraling (hogere Voc).

Heb jij wel eens de Voc gemeten bij omstandigheden waarbij die hoog zou zijn?

[Rol-Co]

Je mist de oriëntatie in je verhaal, bij een set op oost heb je een grotere kans om over de 500V te komen tijdens de start dan een set op zuid of west.

[Dre]

Vanochtend weer even de spanning en stroom gemeten. Ik kan de string van 11 panelen opdelen in 5 en 6 panelen waardoor deze strings individueel zijn te meten. String A (bovenkant dak) en String B (onderkant dak). De spanning van 1 string heb ik vervolgens omgerekend naar 11 panelen om de twee strings makkelijker met elkaar te kunnen vergelijken.



Om 10:00 uur lagen nog 3 panelen van String B voor de helft in de schaduw.
Om 10:31 uur lag alles in de zon.

edit:

Een ijskoude hagelbui eroverheen onder volle zon zou mooi zijn voor deze metingen

[ Voor 44% gewijzigd door Dre op 28-07-2020 23:12 ]

[Dre]

Een schopje na een paar jaar.

De fabrikant SMA berekend de Voc met een 1000W/m2 instraling en een celtemperatuur van -9°C. Nu blijkt uit de gegevens van weerstation Schiphol echter dat het volgende in de praktijk voorkomt:

KNMI weergegevens station Schiphol voor de periode 2000-2015:

• Globale instraling >800W/m2 was de laagste omgevingstemperatuur: 10,4°C
• Globale instraling >600W/m2 was de laagste omgevingstemperatuur: -0,1°C
• Globale instraling >400W/m2 was de laagste omgevingstemperatuur:-6,7°C
• Globale instraling >200W/m2 was de laagste omgevingstemperatuur: -9,8°C
• Globale instraling >100W/m2 was de laagste omgevingstemperatuur: -10,7°C

Note: Omgevingstemperatuur is wat anders dan celtemperatuur.


De rekentool van SMA komt uit op 550 Volt, terwijl ik niet hoger meet dan 491 Volt. Een mogelijke verklaring zit in de aannames van SMA (1000W/m2 en -9°C) versus de gegevens van het KNMI weerstation.


_{Bron: http://projects.knmi.nl/k.../uurgegevens/selectie.cgi}

[Dre]

Hierbij een meting van andere panelen, met gelijke oriëntatie, zonder schaduw, en in de zomer! Gemeten met de panelen losgekoppeld op een gekalibreerd meetinstrument.

De Voc bij STC condities zou 282,6V zijn. Compensatie voor temperatuur coëfficiënt van de buitenlucht temperatuur zou uitkomen op 287V bij 1000W/m2.



De hoogste gemeten spanning is 248 Volt.
Mijn verwachting is dat de omvormer ruim voor 06:30u zou opstarten. En dit is een omvormer die vrij laat opstart. De Voc is om 06:30u 233 Volt

Samengevat
Theorie zou uitgaan van 283V. Praktijk is 248V. Een verschil van 12,4%. Veroorzaakt door??? Geen 1000W/m2? hogere celtemperatuur?

Conclusie
In zowel winter als zomer is in de ochtendzon bij een ZZO dak 50° de Voc minimaal 10% lager dan wat omvormerfabrikanten berekenen op basis van 1000W/m2 en -9°C of 21°C.

De grote vraag is dus wanneer kan ik een meting gaan uitvoeren met die 1000W/m2 en -9°C celtemperatuur én het liefst ook nog dat de netspanning uitvalt

[Edit]
2-8-2020 09:35u en luchttemperatuur 19°C = 263 Volt Voc. Zowel gisteren als vandaag veel bewolking.

[ Voor 5% gewijzigd door Dre op 02-08-2020 14:07 ]

[busscherski]

Ik denk dat je goed je best hebt gedaan maar het blijven momentopnames bij jouw oriëntatie en locatie.

Eigenlijk zou je om zoiets goed te testen een zonvolgend (om beide assen) paneel moeten hebben dat Voc een jaar lang elke seconde meet.
En dan het liefst met paneelkoeling of compensatie achteraf om te compenseren voor de hogere temperatuur omdat het zonvolgend is.

En dan op meerdere plekken in het land / wereld.

Maar dat is best lastig en een 10% marge (ik denk dat het in werkelijkheid minder is) heeft geen negatieve gevolgen voor de meeste mensen.

[Proton_]

@Dre ik denk dat luchttemperatuur vs celtemperatuur nog wel een dingetje is. Ik heb daar geen gevoel bij, en met mijn nieuwbouw indak-panelen () kan ik je ook niet helpen.

Mogelijk kan je de backsheet meten met een IR thermometer?

[Rol-Co]

@Dre

Er zit wel iets verschil tussen VOC meten los en DC voltage met de omvormer aan het werk, zonder gekke gebouwen in de buurt waar de zon ineens achter vandaan klapt ga je geen probleem krijgen met een VOC voltage hoger dan max van de omvormer, of het moet extreem hoger zijn.

Mijn zuid had ik draaien op een steca 4200 (jouw bekend) met 38x23,5 VOC en is geen probleem zolang hij blijft draaien, echter een enkele keer te hoog AC voltage gehad en dan starte hij niet op ivm te hoog DC voltage.
Smorgens ga je dat probleem nooit krijgen, dat is ook niet het probleem volgens de sma tool denk ik, maar indien het net een keer weg valt.

[Dre]

@busscherski
Wat mijn onderzoek uitwijst is dat de ochtendzon en avondzon geen hoge Voc geven. Er is gewoon te weinig licht voor. Deze extra meting was naar aanleiding van het uitblijven van meetwaarden van TS uit dit topic...
Alternatief (of oplossing) voor tikkende omvormer
Mijn conclusie is dat 900 cellen (15×60) in serie geen Voc >600V of Vmpp >500V zou mogen geven in de ochtend/avond. Wellicht wel in de winter midden op de dag als de omstandigheden daar zijn.

De overwegingen om zoveel panelen in serie aan te sluiten staan in de topicstart.


Grootste risico is mijn inziens een donkere bewolkte koele ochtend, en dat dan ineens de zon achter de wolken vandaan komt, en de netspanning is uitgevallen.


@Proton_
Net even gemeten, 59°C. Maarja, de zon staat er ook al een tijdje op te bakken, dus zegt niet zoveel.


@Rol-Co
Een te hoog AC voltage is bij sommige aansluitingen wel de grootste kans dat een omvormer uitgaat. Ik had verwacht dat de panelen dan wel al wat opgewarmd waren bij jou situatie.
Ochtendzon en avondzon is het probleem niet inderdaad voor Voc.

[busscherski]

Ik denk dat je een punt hebt maar toch zou ik het mensen niet aanraden om meer panelen in serie te zetten dan volgens de ontwerptool mag. Ook al was het wegens garantie.

Ik vind dit topic wel heel interessant en leerzaam voor mensen die het toch willen.

[Rol-Co]

@Dre
Met vol zonnig weer gebeurd dat niet, het is in voor en najaar met de wolken waar dikke pieken voorbij komen, dan wil het nog wel eens over de max AC klappen.