Gids zonnepanelen installeren — hoofdstuk 7/16

Elektrisch dimensioneren: omvormer, strings en kabels

Zodra het aantal modules vastligt op basis van het dak en het verbruik (hoofdstuk 6), controleert het elektrische dimensioneren of het PV-veld, de omvormer en de bekabeling een coherent geheel vormen: op elkaar afgestemde vermogens (de 80 %-regel), stringspanningen die bij elke Belgische temperatuur binnen het werkingsbereik blijven, gerespecteerde toelaatbare stromen en beheerste lijnverliezen. De volledige methode, met een cijfervoorbeeld van begin tot einde. Opgesteld door Atlas Contrôle, erkend keuringsorganisme BELAC ISO 17020 nr. 663-INSP.

Goed om weten: een te lange string die op een koude ochtend de maximale ingangsspanning van de omvormer overschrijdt, kan het toestel vernielen; een te korte string valt in de zomer uit. Deze controles maken deel uit van de punten die wij nakijken bij de AREI-keuring van uw installatie.

Het vermogen van de omvormer: de Belgische 80 %-regel

De omvormer zet de gelijkstroom om in wisselstroom, synchroniseert zijn wisselspanning met die van het net, zoekt permanent het punt van maximaal vermogen (Mpp) van het veld op en koppelt automatisch af bij verlies van het AC-net (anti-eilandbeveiliging). Voor de keuze van zijn vermogen hanteren wij de Belgische dimensioneringsregel:

Pac max van de omvormer ≈ 80 % van het totale piekvermogen (Wp) van de geïnstalleerde modules.

Met andere woorden: voor zuidgerichte modules onder een hellingshoek van 35° mikt men op een maximaal AC-vermogen (in VA) gelijk aan 80 % van de geïnstalleerde wattpiek. In België haalt het veld vrijwel nooit zijn STC-vermogen: reële instraling, celtemperatuur en oriëntatie beperken het geleverde vermogen (zie het hoofdstuk 1 over de opbrengst in België). Een licht « ondergedimensioneerde » omvormer werkt dus vaker dicht bij zijn nominale vermogen, waar zijn rendement het hoogst is, zonder noemenswaardige aftopping.

Het volledige voorbeeld hieronder illustreert de regel goed: 3.915 Wp gekoppeld aan een omvormer van 3.300 VA schijnbaar vermogen (3.000 W nominaal AC), een verhouding van ongeveer 84 %. Opgelet daarentegen met het didactische « rode draad »-voorbeeld verderop: de 9 modules van 200 Wp (1.800 Wp) hangen daar aan een omvormer van 1.850 W, een verhouding van bijna 100 % — dat voorbeeld dient om de methode van de string/omvormer-compatibiliteit uit te werken, niet om de 80 %-regel te illustreren. Dimensioneren op 100 % is niet verboden, maar het beantwoordt niet aan het aanbevolen Belgische optimum.

Het reglementaire kader: voor elke injectie op het net legt de distributienetbeheerder (Fluvius in Vlaanderen, ORES of RESA in Wallonië, Sibelga in Brussel) het voorschrift Synergrid C10/11 op (de omvormer moet eraan voldoen, net als aan de veiligheidsnormen EN/IEC 62109), en het AREI is van toepassing op elke installatie of uitbreiding. We blijven hier onder 10 kVA — orde van grootte 5 kVA per fase bij een eenfasige aansluiting, 10 kVA driefasig als vuistregel. Controleer altijd de geldende versie van de Synergrid-voorschriften, die evolueren.

De datasheet van de omvormer lezen: de ingangsgrootheden

De hele string/omvormer-compatibiliteit draait om enkele grootheden op de datasheet, aan de DC-ingangszijde:

Grootheid	Betekenis	Vb. SMA Sunny Boy 3000TL	Vb. Huawei SUN2000-3KTL-M1
Maximale ingangsspanning	Nooit overschrijden, ook niet bij koude	750 V	1.100 V
MPP-spanningsbereik	Venster waarin de tracker het Mpp regelt	175 – 500 V	140 – 980 V
Opstart-/minimumspanning	Daaronder valt de omvormer uit	150 V / 125 V	200 V (opstart)
Max. ingangsstroom per MPPT	Begrenst de stroom van de string(s)	15 A per ingang	13,5 A
Max. kortsluitstroom per MPPT	Te vergelijken met de Isc van de string	—	19,5 A
Aantal MPP-trackers	Aantal mogelijke onafhankelijke strings	2	2

De omvormer werkt alleen binnen een venster van DC-spanning: het fenomeen van aanhaken en afhaken. Zakt de stringspanning onder het MPP-bereik (te korte string, zeer warme modules), dan valt de omvormer uit of werkt hij in gedegradeerde modus; overschrijdt de openklemspanning de maximale ingangsspanning (te lange string, koude winterochtend), dan riskeert men de vernieling van de omvormer. De keuze hangt dus ook af van het type net (eenfasig/driefasig, conformiteit C10/11, C10/26, VDE 0126), het type en het aantal modules, en de voorziene opstellingsplaats.

Qua architectuur onderscheidt men de mono-string (één Mpp-tracker), de multistring (meerdere onafhankelijke Mpp-ingangen — onmisbaar voor twee dakvlakken met een verschillende oriëntatie), de micro-omvormers (DC/AC-omzetting aan elke module) en de optimizers (DC/DC-omzetting per module + stringomvormer) — voorgesteld in hoofdstuk 3. De redenering in dit hoofdstuk geldt voor de string- en multistring-architecturen.

Strings samenstellen: de extreme spanningen bij −10 °C en +70 °C

De temperatuurcoëfficiënt, om te zetten naar V/°C

De spanning van een module stijgt bij koude en daalt wanneer de cel opwarmt. De datasheets geven de waarden bij 25 °C (STC) en een temperatuurcoëfficiënt van de openklemspanning (TC Voc), altijd negatief, naargelang de fabrikant uitgedrukt in mV/°C, in V/K of in % van Voc per K. Eerste reflex — en we benadrukken het met aandrang: zet die coëfficiënt om naar V/°C vóór elke berekening.

In België dimensioneert men met twee extreme celtemperaturen: −10 °C (koude cel, maximale spanning, afwijking van −35 K ten opzichte van STC) en +70 °C (volle zomer, minimale spanning, afwijking van +45 K). De algemene formule luidt:

U(t°) = U₂₅ + (temperatuurcoëfficiënt van Uoc × Δt°)

Didactisch rekenvoorbeeld (module van 200 Wp: Uoc = 36,6 V; Umpp = 27,8 V; TC Voc = −0,32 %/K, dus −0,117 V/°C):

Uoc bij −10 °C = 36,6 + (−0,117 × (−35)) = 40,7 V
Umpp bij −10 °C = 27,8 + (−0,117 × (−35)) = 31,9 V
Umpp bij +70 °C = 27,8 + (−0,117 × 45) = 22,5 V

Aantal modules per string: drie spanningscontroles, één stroomcontrole

De spanningen van de modules in een string tellen op (serieschakeling), de stroom blijft die van één module. Voor n modules in serie controleert men dus:

n × Uoc(−10 °C) < maximale ingangsspanning van de omvormer — veiligheidscriterium, geeft het maximale aantal modules;
n × Umpp(−10 °C) < bovengrens van het MPP-bereik — om bij koude binnen het regelvenster te blijven;
n × Umpp(+70 °C) > ondergrens van het MPP-bereik (of opstartspanning) — geeft het minimale aantal modules opdat de omvormer in de zomer aangehaakt blijft;
Impp van de string < maximale ingangsstroom per MPPT (en Isc van de string onder de toelaatbare kortsluitstroom van de ingang). Met meerdere strings parallel op eenzelfde ingang tellen de stromen op.

Op hetzelfde rekenvoorbeeld (omvormer 1.850 W: Uoc max 500 V, MPP-bereik 139 – 400 V, max. ingangsstroom 12 A):

maximum: 500 / 40,7 = 12,3 → 12 modules; en 400 / 31,9 = 12,5 → 12 modules;
minimum: 139 / 22,5 = 6,2 → 7 modules;
de string van 9 modules voldoet: Uoc bij −10 °C = 9 × 40,7 = 366,3 V < 500 V; Umpp bij −10 °C = 287,1 V < 400 V; Umpp bij +70 °C = 202,8 V > 139 V; stroom 7,19 A < 12 A. Compatibiliteit geverifieerd over het hele temperatuurbereik.

Volledig voorbeeld: 9 × Jinko 435 Wp op een hybride Huawei SUN2000-3KTL-M1

Een residentiële casestudy van 3,915 kWp in Henegouwen past exact deze werkwijze toe met actueel materiaal: 9 modules Jinko Tiger Neo 435 W half-cut full black op een hybride driefasige omvormer Huawei SUN2000-3KTL-M1 (conform C10/11, batterij-interface Plug & Play). De startgegevens:

Omvormer SUN2000-3KTL-M1	Module Jinko 435 W
Max. ingangsspanning = 1.100 V (750 V aangehouden in de studie)	Uoc = 39,36 V
Opstartspanning = 200 V	Umpp = 32,78 V
MPP-bereik = 140 – 980 V	TC Voc = −0,25 %/°C
Max. stroom per MPPT = 13,5 A	Impp = 13,27 A
Max. kortsluitstroom = 19,5 A	Isc = 13,72 A

Verloop van de berekening:

Omzetting van de coëfficiënt: −0,25 × 39,36 / 100 = −0,0984 V/°C.
Extreme modulespanningen: Uoc(−10 °C) = 39,36 + (−35 × (−0,0984)) = 42,8 V; Umpp(−10 °C) = 36,22 V; Umpp(+70 °C) = 32,78 + (45 × (−0,0984)) = 28,35 V.
Maximaal aantal panelen per string: 750 / 42,8 = 17,52 → 17 panelen.
Minimaal aantal: 200 / 28,35 = 7,05 → 7 panelen (naar boven afgerond: met minder start de omvormer bij grote hitte niet betrouwbaar op).
Stroom: 13,27 A × 1 string = 13,27 A < 13,5 A → OK (de Isc van 13,72 A blijft ruim onder de toelaatbare 19,5 A).

De enkele string van 9 panelen ligt comfortabel tussen 7 en 17 modules: de configuratie is gevalideerd. Merk op dat recente halfcelmodules (zie het hoofdstuk 2 over de technologieën) hoge stromen leveren, boven 13 A: de controle van de stroom per MPPT-ingang, vroeger een formaliteit, wordt een reëel aandachtspunt.

De kabels: DC-zijde en AC-zijde

Aan DC-zijde gebruikt men uitsluitend solarkabel conform EN 50618 (type H1Z2Z2-K, vroeger PV1-F — bijvoorbeeld de Eupen EUCASOLAR): soepel vertind koper klasse 5, dubbele halogeenvrije isolatie die het gebruik in klasse II toelaat, toegekende DC-spanning 1,5/1,5 kV, bestand tegen uv en weersinvloeden, geschatte levensduur van meer dan 25 jaar. De verbindingen gebeuren met specifieke connectoren (MC3, MC4, Tyco, SUNCLIX) — nooit merken mengen binnen eenzelfde paar.

De fabrikant geeft de lineïeke weerstand van de geleider rechtstreeks op, wat de verliesberekeningen vereenvoudigt:

Doorsnede (mm²)	Weerstand bij 20 °C (Ω/km)	Toelaatbare stroom (1 kabel in open lucht)
4	5,09	55 A
6	3,39	70 A
10	1,95	98 A
16	1,24	132 A

In de residentiële praktijk volstaat 4 mm² ruimschoots voor de stringstromen (max. 13 – 14 A); het is de doorsnede uit de casestudy. Pas de correctiefactoren toe voor temperatuur (0,92 bij 70 °C, 0,84 bij 80 °C) en voor groepering (HD 60364-5-52) bij ongunstige legwijzen op het dak. Aan AC-zijde vinden we de klassieke installatiekabels terug (XVB/XGB — zie onze gids over de kabeltypes), waarvan de doorsnede berekend wordt op basis van de verlies- en spanningsvalcriteria hieronder, en daarna afgerond naar de eerstvolgende genormaliseerde doorsnede. Zonder getabelleerde lineïeke weerstand: R = ρ × L / S, met ρ(koper) ≈ 0,0169 Ω·mm²/m, L in meter en S in mm². De praktische uitvoering van de bekabeling komt aan bod in hoofdstuk 11.

De berekening van de lijnverliezen: doel 2 % in totaal (DC + AC)

Het criterium dat wij als goede praktijk hanteren: de som van de lijnverliezen aan DC-zijde en aan AC-zijde blijft beperkt tot 2 % van het geïnstalleerde piekvermogen. De methode: eerst de DC-verliezen berekenen (lengtes opgelegd door de inplanting), daarna het resterende verliesbudget voor de AC-zijde afleiden, en daaruit de minimale doorsnede.

Verliezen aan DC-zijde

P_DC = R_t × I_mpp², met R_t = R_L × L_t (lineïeke weerstand × totale lengte van de DC-lus). Vergeet de vaste kabels van de modules niet mee te tellen (in de casestudy: 9 × 0,6 m = 5,4 m). Voorbeeld (string van 43 m in 4 mm², I_mpp = 13,27 A):

R_t = 5,09 × (43 + 5,4) / 1000 = 0,246 Ω
P_DC = 0,246 × 13,27² = 43,4 W

Verliezen aan AC-zijde en minimale doorsnede

Totaal budget: P_t = 2 % × 3.915 Wp = 78,3 W → toelaatbare AC-verliezen = 78,3 − 43,4 = 34,9 W. De AC-verliesformules: P = 2 × R_L × I² eenfasig (heen en terug) en P = 3 × R_L × I² driefasig, met I de maximale AC-lijnstroom en R_L de weerstand van één enkele geleider. Men keert de formule om voor de maximaal toelaatbare weerstand, en daaruit de doorsnede: S = ρ × L / R_L.

In de casestudy (driefasig, I_AC = 5,1 A, 7 m AC-verbinding): R_t = 34,9 / (3 × 5,1²) = 0,45 Ω → S min = 0,0169 × 7 / 0,45 = 0,26 mm²: een weinig bindend criterium, want de driefasige stroom is klein; het wordt de standaard 2,5 mm² die geplaatst wordt. In het eenfasige rekenvoorbeeld (I_AC = 8,6 A, 22 m AC) geeft dezelfde berekening S = 0,0169 × 22 / 0,118 = 3,15 mm² → 4 mm² genormaliseerd: bij een eenfasige aansluiting bepaalt het 2 %-criterium de doorsnede echt.

De spanningsval aan AC-zijde: doel 1 %

Tweede criterium, los van de vermogensverliezen: de spanningsval tussen de omvormer en het injectiepunt mag niet meer bedragen dan 1 % van de nominale spanning — dus 2,3 V bij 230 V eenfasig, 4 V tussen de fasen bij 400 V driefasig. Belangrijk tegenover de distributienetbeheerder (Fluvius in Vlaanderen): een te grote spanningsval in de verbinding verhoogt de spanning aan de klemmen van de omvormer wanneer die injecteert, en werkt uitschakelingen wegens netoverspanning in de hand — een van de klassieke ontwerpfouten die wij bij keuringen vaststellen.

Strikt genomen geldt u = Z_t × I_AC, maar voor doorsneden kleiner dan 50 mm² is de reactantie verwaarloosbaar en gebruikt men:

u = 2 × R_L × I_AC eenfasig — te vergelijken met 1 % van 230 V (2,3 V);
u = √3 × R_L × I_AC (lijnstroom) driefasig — dat is een spanningsval tussen de fasen, te vergelijken met 1 % van 400 V (4 V).

Conventie in heel deze gids: elke spanningsval wordt afgezet tegen zijn eigen referentiespanning (230 V eenfasig, 400 V tussen de fasen driefasig). Merk op dat sommige rekenvoorbeelden de driefasige waarde √3 · R_L · I afzetten tegen 230 V: die vermenging van samengestelde en enkelvoudige referenties verstrengt het criterium (de vermelde 1 % komt in werkelijkheid overeen met ≈ 0,58 % van 400 V) — de afwijking zit dus aan de veilige kant, maar wij verkiezen hier de homogene vergelijking.

Controles op de twee voorbeelden:

Eenfasig rekenvoorbeeld (4 mm², 22 m, 8,6 A): R = 0,0169 × 22 / 4 = 0,093 Ω → u = 2 × 0,093 × 8,6 = 1,6 V ofwel 0,70 % < 1 % → OK. Men houdt de grootste van de twee doorsneden uit de criteria « verliezen » en « spanningsval » aan — hier was het 2 %-criterium het meest bindend.
Casestudy (driefasig, 2,5 mm², 5 m, 5,1 A): R_t = 0,0169 × 5 / 2,5 = 0,047 Ω → u = √3 × 0,047 × 5,1 = 0,417 V ofwel 0,10 % van 400 V < 1 % → OK (dezelfde waarde afgezet tegen 230 V geeft 0,18 % — criterium gerespecteerd in beide conventies).

Praktische les: plaats de omvormer zo dicht mogelijk bij het verdeelbord en het meetpunt; elke meter AC kost bij een eenfasige aansluiting veel doorsnede. De aansluiting op het verdeelbord wordt uitgewerkt in hoofdstuk 12.

Europees rendement en nachtverbruik

Het Europese rendement (η_eu) is een gewogen gemiddelde van het omvormerrendement bij belastingsniveaus die representatief zijn voor het Europese klimaat — realistischer dan het maximale rendement bovenaan de datasheet. Het ligt tussen 92 en 98 %: ongeveer 95 – 95,5 % voor een oudere generatie zoals de SMA Sunny Boy TL, 96,7 tot 98,1 % voor het gamma Huawei SUN2000 M1 (max. rendement 98,6 %). Het rendement hangt vooral af van het vermogen en van de DC-ingangsspanning: de fabrikantcurves storten in onder ~10 % belasting en vlakken daarna af, met verschillen naargelang de stringspanning — een argument te meer voor de 80 %-regel en voor voldoende lange strings.

De omvormer verbruikt ook 's nachts voor zijn stand-by-elektronica: 1 W voor de Sunny Boy TL, minder dan 5,5 W voor de SUN2000-M1 — bescheiden maar permanent, net als de eventuele groenestroommeter (≈ 1 W). Die verbruiken tellen mee in het globale rendement van de installatie, dat zich als ordegrootte als volgt laat becijferen: η_globaal = η_module × η_omvormer × kabelverliezen × hulpverbruik = 0,18 × 0,96 × 0,98 × 0,98 ≈ 16,5 %, ofwel ongeveer 160 kWh nuttige energie per 1.000 kWh invallende zonne-energie.

Onthoud

✓Belgische regel: max. AC-vermogen van de omvormer ≈ 80 % van het piekvermogen van de modules (zuid, 35°).
✓Strings: de temperatuurcoëfficiënt omzetten naar V/°C, daarna controleren dat n × Uoc(−10 °C) < U max omvormer, n × Umpp(−10 °C) onder de bovengrens van het MPP-bereik, n × Umpp(+70 °C) boven de ondergrens van het MPP-bereik, en Impp (en Isc) van de string onder de limieten van de MPPT-ingang.
✓Typevoorbeeld: 9 × Jinko 435 W (Uoc 39,36 V, TC −0,25 %/°C) op Huawei SUN2000-3KTL-M1 → tussen 7 en 17 panelen per string, 13,27 A < 13,5 A: configuratie gevalideerd.
✓DC-kabels: solarkabel EN 50618 (H1Z2Z2-K), klasse II, doorgaans 4 mm² (5,09 Ω/km); bijpassende connectoren, nooit gemengd.
✓Verliezen: DC + AC ≤ 2 % van het piekvermogen; AC-spanningsval ≤ 1 % (2,3 V bij 230 V eenfasig; 4 V bij 400 V tussen de fasen driefasig); u = 2·R·I eenfasig, √3·R·I driefasig, elk afgezet tegen de eigen referentiespanning; de grootste doorsnede uit de twee criteria aanhouden.
✓Omvormer: Europees rendement 92 – 98 %, afhankelijk van vermogen en DC-spanning; nachtverbruik van 1 tot 5,5 W naargelang het model.

Uw dossier vóór de keuring: schema en C10/11-conformiteit

Een goed gedimensioneerde omvormer betekent ook een volledig dossier: een actueel eendraadschema en een omvormer conform Synergrid C10/11. Genereer gratis uw schema online, en als er een thuisbatterij gepland is, lees dan onze C10/11-uitleg vóór de keuring.

→ Mijn eendraadschema online maken Thuisbatterij & C10/11

Veelgestelde vragen

Waarom de omvormer dimensioneren op 80 % van het piekvermogen van de panelen? ▼

In België haalt het PV-veld vrijwel nooit zijn STC-vermogen: de reële instraling, de celtemperatuur en de oriëntatie beperken het geleverde vermogen. Een omvormer waarvan het maximale AC-vermogen ongeveer 80 % van het piekvermogen van de modules bedraagt (zuidgericht, hellingshoek 35°), werkt vaker dicht bij zijn nominale vermogen — waar zijn rendement het hoogst is — zonder noemenswaardige aftopping. Dimensioneren op 100 % is niet verboden, maar het beantwoordt niet aan het Belgische optimum dat wij aanbevelen.

Hoe bereken ik het aantal panelen per string? ▼

Eerst zet u de temperatuurcoëfficiënt van de openklemspanning om naar V/°C, daarna berekent u de modulespanningen bij de twee Belgische extremen: cel op −10 °C (maximale spanning) en +70 °C (minimale spanning). Het maximale aantal modules volgt uit n × Uoc(−10 °C) < maximale ingangsspanning van de omvormer; het minimale aantal uit n × Umpp(+70 °C) > ondergrens van het MPP-bereik (of opstartspanning). Ten slotte controleert u dat de Impp van de string onder de maximale ingangsstroom van de MPPT-tracker blijft.

Waarom de Voc-spanning berekenen bij −10 °C? ▼

De spanning van een zonnepaneel stijgt bij koude: de temperatuurcoëfficiënt van de openklemspanning is altijd negatief. Op een koude winterochtend kan een te lange string de maximale ingangsspanning van de omvormer overschrijden — met risico op vernieling van het toestel. In België dimensioneert men daarom met een celtemperatuur van −10 °C (afwijking van −35 K ten opzichte van de 25 °C van de STC-condities) voor het criterium van de maximale spanning, en +70 °C voor het criterium van de minimale spanning in volle zomer.

Welke kabeldoorsnede voor een fotovoltaïsche installatie? ▼

Aan DC-zijde gebruikt men uitsluitend solarkabel conform EN 50618 (type H1Z2Z2-K): in residentiële context volstaat 4 mm² ruimschoots voor de stringstromen (maximaal 13 à 14 A). Aan AC-zijde wordt de doorsnede berekend op basis van twee criteria: de som van de lijnverliezen DC + AC beperkt tot 2 % van het piekvermogen, en de spanningsval tussen de omvormer en het injectiepunt beperkt tot 1 % van de nominale spanning. Men houdt de grootste van beide doorsneden aan, afgerond naar de eerstvolgende genormaliseerde doorsnede — bij een eenfasige aansluiting bepalen deze criteria de kabel echt.

Wat is het Europese rendement van een omvormer? ▼

Het Europese rendement (η eu) is een gewogen gemiddelde van het omvormerrendement bij belastingsniveaus die representatief zijn voor het Europese klimaat — realistischer dan het maximale rendement bovenaan de datasheet. Het ligt tussen 92 en 98 % naargelang de generatie van het toestel. Het rendement hangt vooral af van het vermogen en van de DC-ingangsspanning: de fabrikantcurves storten in onder ongeveer 10 % belasting, een argument te meer voor de 80 %-regel en voor voldoende lange strings.

Verder lezen

☀️