PV-string Voc-temperatuurcorrectie — het maximaal aantal panelen in serie bij lage temperatuur

De gids over zonnestroomsystemen (§712) noemt de DC-isolator en de omvormer als kernonderdelen van een PV-installatie. Dit artikel gaat dieper in op een rekenstap die aan het ontwerp van elke PV-string voorafgaat: hoeveel panelen mogen in serie worden geschakeld zonder de maximale DC-ingangsspanning van de omvormer te overschrijden — en waarom die berekening niet met de Voc van het typeplaatje mag worden gedaan.

STC-Voc is niet de ontwerprelevante waarde

De open-klemspanning (Voc) op het typeplaatje van een PV-paneel is gemeten onder Standard Test Conditions (STC): een paneeltemperatuur van 25 °C. In de praktijk ligt de daadwerkelijke paneeltemperatuur zelden op 25 °C — bij fel zonlicht op een zomerdag kan de paneeltemperatuur juist ver bóven de omgevingstemperatuur uitkomen, terwijl op een koude, heldere winterochtend de paneeltemperatuur dicht bij de lage omgevingstemperatuur blijft, mét volle instraling zodra de zon opkomt.

Waarom lage temperatuur juist een hogere spanning geeft

Een PV-paneel heeft een negatieve temperatuurcoëfficiënt voor Voc: de spanning stijgt naarmate de paneeltemperatuur daalt. Voor kristallijn-silicium modules ligt deze coëfficiënt (β) doorgaans in de orde van -0,25 tot -0,4 %/°C, en staat vermeld op het datasheet van het paneel. De temperatuurgecorrigeerde Voc wordt benaderd met:

Voc(T) ≈ Voc,STC × [1 + β × (T − 25 °C)]

Bij bijvoorbeeld een minimale ontwerptemperatuur van -10 °C en β = -0,3 %/°C betekent dit een spanningstoename van 0,3 % × 35 °C = 10,5 % boven de STC-Voc. Bij een string van twintig panelen met elk een STC-Voc van 45 V loopt de stringspanning dan op van 900 V naar ruim 994 V.

De eis uit IEC 60364-7-712

IEC 60364-7-712 (waarop NEN 1010 §712 is gebaseerd) vereist dat de maximale DC-systeemspanning van een PV-installatie wordt bepaald bij de laagst te verwachten omgevingstemperatuur ter plaatse van de installatie, niet bij de STC-temperatuur. Het maximaal toelaatbare aantal panelen in serie volgt uit:

Aantal panelen in serie (max) = Umax,omvormer / Voc(T_min)

waarbij Umax,omvormer de maximale DC-ingangsspanning van de omvormer is zoals opgegeven door de fabrikant, en Voc(T_min) de temperatuurgecorrigeerde openklemspanning van één paneel bij de laagst te verwachten omgevingstemperatuur.

Let op: de exacte laagst te verwachten omgevingstemperatuur is locatie-afhankelijk; voor Nederland wordt in de praktijk vaak een minimale ontwerptemperatuur tussen -10 °C en -15 °C aangehouden, maar de daadwerkelijke waarde en de precieze temperatuurcoëfficiënt van het gekozen paneel zijn bepalend — beide staan op het datasheet van de paneelfabrikant respectievelijk volgen uit lokale klimaatgegevens.

Waarom dit tot een onopgemerkte overschrijding kan leiden

Een string die bij STC-berekening netjes onder de maximale omvormerspanning blijft, kan op een koude, heldere ochtend — juist het moment waarop panelen hun hoogste vermogen leveren door de combinatie van lage celtemperatuur en volle instraling — de maximale DC-ingangsspanning van de omvormer alsnog overschrijden. Dit risico manifesteert zich niet structureel, maar alleen bij die specifieke weersconditie, waardoor een onderdimensionering bij de eerste (warmere) inbedrijfstelling gemakkelijk onopgemerkt blijft totdat een koude ochtend de omvormer beschadigt of tot uitschakeling dwingt.

Ook relevant aan de andere kant: Vmp bij hoge temperatuur

Naast de maximale Voc bij lage temperatuur is er ook een ondergrens: bij hoge paneeltemperatuur (zomerdag, paneel kan flink warmer worden dan de omgevingslucht) daalt de MPP-spanning (Vmp) van de string. Een te kort gedimensioneerde string kan daardoor bij warm weer onder het MPPT-bereik van de omvormer zakken, met vermogensverlies als gevolg. Het maximum aantal panelen wordt dus bepaald door de koude Voc, het minimum aantal panelen door de warme Vmp — beide grenzen volgen uit hetzelfde principe (temperatuurafhankelijkheid van de paneelspanning), maar met tegengestelde richting.

Praktische relevantie

Bij het ontwerpen van een PV-string — zeker bij grotere daksystemen met strings die dicht tegen de maximale omvormerspanning aan zitten — is het zaak om de temperatuurcorrectie altijd uit te voeren met de werkelijke temperatuurcoëfficiënt van het gekozen paneel en de laagst te verwachten temperatuur op locatie, in plaats van de eenvoudigere maar onveilige STC-Voc-berekening. Bij bestaande installaties die tegen de grens aanzitten, is het zinvol te controleren of de oorspronkelijke dimensionering wél met temperatuurcorrectie is uitgevoerd.

Veelgemaakte fouten

1. De maximale stringlengte berekenen met de STC-Voc van het typeplaatje, zonder temperatuurcorrectie toe te passen voor de laagst te verwachten omgevingstemperatuur.
2. Een generieke temperatuurcoëfficiënt aannemen in plaats van de specifieke β-waarde van het gekozen paneeltype te gebruiken — deze varieert per paneeltechnologie en -fabrikant.
3. Alleen naar de zomersituatie kijken bij het bepalen van de maximale stringspanning, terwijl juist een koude, heldere winterochtend de spanningskritische conditie is.
4. De minimale stringlengte (warme Vmp, MPPT-ondergrens) over het hoofd zien terwijl alleen op de maximale stringlengte (koude Voc) wordt gelet — beide grenzen zijn nodig voor een correct gedimensioneerde string.

Gerelateerd

• Zonnestroomsystemen (§712)
• PV-installaties — brandweerschakelaar en DC-markering (§712)
• Anti-eilandbedrijf van PV-omvormers (NEN-EN 50549-1)
• Isolatieweerstandsmeting aan de DC-zijde van PV-strings
• PV DC-kabel — EN 50618 en de H1Z2Z2-K-aanduiding