Opbouw van een PV-installatie: Van module tot netinvoeding
Inleiding: Van zonnepaneel tot zonne-installatie
De term "zonne-installatie" omvat zowel fotovoltaïsche installaties als zonneboilers. Fotovoltaïsche of kortweg PV-installaties zetten zonnestralen om in elektrische energie, terwijl zonneboilers warmte-energie produceren. In dit artikel richten we ons op PV-installaties.
Nadat we in het vorige artikel Van foton tot volt: Hoe werkt een zonnecel? de werking van een enkele zonnecel hebben besproken, bekijken we nu het grotere geheel: Hoe wordt van afzonderlijke cellen een volwaardige zonne-installatie gemaakt?
Van cel tot park
De hiërarchie van een fotovoltaïsche installatie is duidelijk gestructureerd:
- Zonnecel → Module: Meerdere cellen worden elektrisch verbonden en mechanisch in een frame gegoten
- Module → String: Modules worden in serie geschakeld om de benodigde spanning voor de omvormer te bereiken
- String → Installatie: Meerdere strings voeden één of meerdere omvormers
- Installatie → Park: Veel installaties samen vormen een zonnepark
Zelfs een enkel zonnepaneel of een string kan als volwaardige zonne-installatie worden beschouwd – bijvoorbeeld bij een balkon-PV-installatie.
Echter, de opstelling van zonnecellen en zonnepanelen is slechts de helft van het verhaal. Voor een functionele installatie zijn ook nodig:
- Bevestigings- en montagesystemen
- Kabels en aansluitdozen
- Vermogenelektronica (omvormers, MPPT)
- Optioneel: Batterijopslag
- Stroommeters en bewakingssystemen
Montage & Opstelling
Zonnepanelen kunnen op veel plaatsen worden gemonteerd:
Particuliere toepassingen
- Daken van huizen (schuin of plat dak)
- Garages en carports
- Balkon-installaties
- Gevels
Commerciële en industriële toepassingen
- Fabriekshallen en kantoorgebouwen
- Vrije-veld-installaties (zonneparken)
- Agri-PV (gecombineerd met landbouw)
Soorten opstellingen
Vaste opstelling:
- Panelen zijn onbeweeglijk op daken of vrije velden gemonteerd
- Geometrisch gebonden aan gebouwen of houders
- Eenvoudig, kostenefficiënt, onderhoudsarm
- Standaardoplossing voor de meeste toepassingen
Volgopstelling (Tracker):
- Panelen volgen de zon gedurende de dag
- Beweging door elektromotoren of hydrauliek
- Opbrengstverhoging van 15–35% mogelijk
- Hogere kosten en onderhoudsinspanning
- Vooral economisch bij grote installaties
Voor alle montagevormen geldt: robuustheid, windbelasting en bij gebouwen de dakconstructie bepalen de keuze van de houder.
Stroompad: Van module tot stopcontact
Het pad van de zonnestroom kan in vijf hoofdfasen worden onderverdeeld:
1. DC-opwekking
De zonnepanelen zetten zonlicht om in gelijkstroom (DC). De opgewekte spanning hangt af van het aantal in serie geschakelde cellen.
2. MPPT & DC-optimalisatie
De Maximum-Power-Point-Tracker (MPPT) past de werkspanning continu aan om de maximale opbrengst uit de panelen te halen. Dit is vooral belangrijk bij wisselende bewolking of gedeeltelijke schaduw.
3. AC-omzetting
De omvormer zet de gelijkstroom om in netconforme wisselstroom:
- 230 V eenfasig voor kleine installaties
- 400 V driefasig voor grotere installaties
4. Invoeding of verbruik
De wisselstroom stroomt ofwel naar huishoudelijke verbruikers, een batterijopslag of het openbare net.
5. Meting en verrekening
Stroommeters registreren afname en invoeding voor de verrekening en het energiemanagement.
Batterij-integratie: AC- vs. DC-koppeling
Zonne-installaties met een geïnstalleerde batterij hebben een energiebuffer. Met intelligente laadelektronica kan de stroom naar behoefte worden opgeslagen. Bewolkte dagen worden overbrugd, zonnige dagen worden gebruikt om op te laden.
AC-gekoppelde systemen
- De omvormer zit direct achter de panelen
- De batterij wordt achteraf met wisselstroom (AC) geladen en ontladen
- Extra AC/DC-omzetting voor de batterij nodig
- Eenvoudige retrofit van bestaande installaties
- Iets lager totaalrendement door dubbele omzetting
Voordelen: Flexibiliteit bij de installatie, onafhankelijk van de PV-omvormer, eenvoudige retrofit
DC-gekoppelde systemen
- Batterij hangt direct aan het DC-pad van de zonnepanelen
- Laden en ontladen zonder AC-tussenomzetting
- Pas voor het huisnet wordt naar AC omgezet
- Hoger totaalrendement
Voordelen: Minder omzettingsverliezen, betere efficiëntie bij eigen verbruik
Stroommeting & Meter types
Voor de communicatie tussen zonne-installatie, batterij en net is een installatiebrede regeling vereist. De basis vormen de meetgegevens van de stroommeters.
Enkelrichtingsmeters
Meten de stroomstroom slechts in één richting:
- Verbruiksmeter: Stroom van het net naar het huishouden
- Invoermeter: Stroom van de PV-installatie naar het net
- Opbrengstmeter: Totale stroomopwekking van de installatie
Tweezijdige meters
Registreren afname en invoeding parallel in één apparaat. Combineren de functies van verbruiks- en invoermeter.
Slimme meters
De modernste variant:
- Digitale meting en communicatie
- Realtime dataoverdracht mogelijk
- Basis voor energiemanagement en variabele tarieven
- Communicatie via het slimme meter-gateway
Lastprofielen & Autarkiegraad
Dagprofielen in het huishouden fluctueren sterk:
- Ochtend: Lage verbruik (mensen op het werk), lage opwekking (lage zonnestand)
- Middag: Lage belasting, maximale zonne-opbrengsten → batterij laadt op
- Avond: Hoog verbruik (koken, TV, verwarming), geen opwekking → batterij ontlaadt
Voor een hoge autarkiegraad moeten drie factoren op elkaar afgestemd zijn:
- Opwekking (kWp): Hoeveel kan de installatie maximaal leveren?
- Opslag (kWh): Hoeveel energie kan worden gebufferd?
- Verbruik (kWh/jaar): Hoeveel stroom heeft het huishouden nodig?
Conclusie: Zo komt de stroom naar het stopcontact
Kort samengevat: Een zonne-installatie lijkt op het eerste gezicht eenvoudig, maar de vele technische details tonen de complexiteit. De zonnecel genereert gelijkstroom, de MPPT optimaliseert de spanning voor maximale opbrengst, en afhankelijk van het installatieconcept stroomt de stroom naar de batterij en/of de omvormer. Stroommeters registreren alle stromen voor regeling en verrekening, voordat de wisselstroom naar het stopcontact of het openbare net gaat.
Vervolg: AC/DC in de PV: Omvormers en stroomomzetting