Voorwaarden voor het aansluiten van AC-gekoppelde zonnepanelen (Victron factor 1.0 rule)

In dit beschrijven we de Victron factor 1.0 rule (door Victron soms ook de 1:1 rule genoemd), een tweetal voorwaarden waaraan je moet voldoen wil je een "normale" zonnepaneelomvormer (AC-gekoppelde zonnepanelen) aansluiten op de AC-out 230 Volt aansluiting van een inverter / omvormer van Victron zoals de MultiPlus, Multi RS Solar if Inverter RS Solar.

Introductie

De Victron factor 1.0 rule bepaalt twee voorwaarden waar je minimaal aan moet voldoen als je op de AC-out van een inverter van Victron een "normale" zonnepaneelomvormer wil aansluiten.

Dit wordt ook wel "AC-gekoppelde zonnepanelen" genoemd. Zonnepanelen kan je namelijk op drie manieren aansluiten / gebruiken in combinatie met een Multi-inverter.

1. Via een MPPT laadregelaar, dat worden DC-gekoppelde zonnepanelen genoemd. De MPPT laadregelaar sluit je aan de ene kant aan op de zonnepanelen en de andere kant op de accu.

2. De zonnepanelen zijn aangesloten op een "normale" zonnepaneelomvormer, zoals haast iedereen die heeft. Die zonnepaneelomvormer is aangesloten, via de groepenkast, op het elektriciteitsnet, AC dus. De Victron Inverter kan, mits juist ingesteld, van deze zonnepaneelenergie gebruik maken. De stroom vloeit als volgt: zonnepanelen > zonnepaneelomvormer > groepenkast > Victron AC-in aansluiting.

3. Vergelijkbaar met 2. alleen is de zonnepaneelomvormer (via de groepenkast) niet op AC-in aangesloten, maar is rechtstreeks, buiten de groepenkast om, aangesloten op de AC-out (preciezer: AC-out-1) van de Victron inverter. Deze derde optie is de optie die bepaalde voordelen biedt maar dan wel de factor 1.0 rule van toepassing is. Bij optie 1 en 2 is die 1.0 rule niet van toepassing.

Let op: niet alle inverters van Victron ondersteunen AC-gekoppelde zonnepanelen op AC-out, de MultiPlus modellen de inverter RS modellen en Multi RS modellen doen dat zeker wel.

Voordeel AC-gekoppelde zonnepanelen op AC-out

Stel dat je optie 2 hebt, dan kan de zonne-energie door de Victron inverter gebruikt worden om bijvoorbeeld de accu op te laden. Maar met één groot nadeel. Mocht zich een stroomstoring voordoen, dan valt de netspanning weg en dan valt ook de zonnepaneelomvormer uit. Dat is een wettelijke verplichting en dat geldt voor álle zonnepaneelomvormer op de hele wereld (en daar zijn hele goede redenen voor!).

Wanneer je wil dat de zonnepaneelomvormer niet uitvalt bij een stroomstoring, dan biedt Victron de mogelijkheid om de zonnepaneelomvormer op AC-out aan te sluiten. Bij een netspanningsuitval zal de Victron inverter gewoon blijven werken, in eilandbedrijf / off-grid mode, en blijft de zonnepaneelomvormer ook werken. De accu blijft dus gewoon geladen worden als het zonnetje schijnt. Al duurt de stroomstoring meerdere jaren.

Dat is natuurlijk een prettige gedachte, zeker bij een grote calamiteit. Maar dan moet je wel A. de Inverter op de juiste manier configureren waarbij je aangeeft dat de zonnepaneelomvormer aangesloten is op AC-out, én je moet voldoen aan de factor 1.0 rule die in dit artikel zullen toelichten.

Waarom voorwaarden?

Wanneer je de zonnepaneelomvormer aan de AC-out hebt aangesloten, dan zal als de inverter in netbedrijf werkt automatisch AC-out via een relais hard verbonden zijn met AC-in, en die is op zijn beurt verbonden met de groepenkast, dus op AC-out staat 230 Volt 50 Hz vanuit zoals het net dat levert.

Levert de pv-omvormer elektriciteit, dan wordt die energie als eerste gebruikt om de apparaten die via de groepenkast zijn verbonden van energie te voorzien (en ook op de AC-out als je daar ook loads hebt hangen). Is dan nog elektriciteit over, dan zal met die surplus tevens de accu geladen worden.

Is er dan nog energie over, of is op een gegeven moment de accu volgeladen, dan zal de surplus elektriciteit van de zonnepanelen via AC-out naar AC-in naar de groepenkast aan het net teruggeleverd worden.

Wanneer de netspanning wegvalt dan ontstaat een hele andere situatie. De Victron inverter schakelt binnen twintig milliseconde over van netbedrijf naar eilandbedrijf (off-grid). De Victron inverter blijft gewoon, op AC-out, 230 Volt leveren (UPS functie / noodstroomvoorziening).

Omdat op AC-out 230 Volt 50 Hz staat, zal de pv-omvormer denken dat de netspanning gewoon aanwezig is. Hij weet immers geen verschil te maken tussen 230 Volt 50 Hz an het elektriciteitsnet en 230 Volt 50 Hz van de inverter. Omdat de pv-omvormer 230 Volt spanning "ziet" zal hij gewoon zonne-energie blijven leveren, precies wat we willen!

De door de zonnepaneelomvormer geleverde elektriciteit zal als eerste gebruikt worden om de elektrische apparaten die aan AC-out gekoppeld zijn, van energie te voorzien. Is er dan nog elektriciteit over, dan zal die gebruikt worden voor het laden van de accu. Dus bij een stroomuitval kunnen de zonnepanelen de accu geladen houden.

Maar wat gebeurd er als: 1. veel zonne-energie beschikbaar is, 2. de gebruikers (loads) aan de AC-out kant minder verbruiken dan de zonnepanelen leveren en 3. dat de accu volgeladen is?

De vraag is, waar moet dan de elektriciteit naar toe die de zonnepaneelomvormer levert? Want, een zonnepaneelomvormer zal altijd zoveel als mogelijk energie aan de 230 Volt kant er uit spugen. Hij levert dus niet wat gevraagd wordt, maar zoveel als hij maximaal kan.

Er is dus elektriciteit "over" de elektriciteitsproductie (zonnepaneelomvormer) en de elektriciteitsafname (loads op AC-out en de accu) zijn niet in "balans".

En dan gelden de "normale" regels zoals je dat ook aantreft op het openbare elektriciteitsnet. Is er elektriciteit "over" (productie groter dan afname) dan stijgt de spanning én de frequentie. Is er elektriciteit te kort (productie lager dan afname), dan daalt de netspanning en de frequentie. Dat is een wetmatigheid.

Ben je daar niet mee bekent, lees dan eens het artikel hoe het elektriciteitsnet werkt.

Goed, we gaan terug naar de situatie waarbij de zonnepaneelomvormer meer elektriciteit levert dan we op dat moment nodig hebben. De accu is vol, dus daar kan geen elektriciteit meer naar toe gestuurd worden. Of beter geschreven, daar willen we geen elektriciteit naar toe sturen.

Zonder dat er ingegrepen wordt, zal de elektriciteit "ergens" moeten blijven, en dat kan in dit geval alleen maar de accu in. Maar die accu is al vol! Wat er dan gebeurd is dat de accu tóch verder geladen wordt en dat is natuurlijk helemaal niet goed. Daardoor zal de accuspanning heel snel stijgen. En zodra de accuspanning voorbij een bepaalde drempelwaarde komt, zal dit zorgen voor een alarm, die aangeeft dat de accuspanning te hoog is geworden. Ook zal de wisselspanning op AC-out, die 230 Volt 50 Hz hoort te zijn, in een fractie van een seconde omhoog schieten, dat is eenmaal inherent aan een onbalans in een elektriciteitsnet, dus ook die eiland-elektriciteitsnetwerk.

De Victron Inverter zal dan in alarm springen vanwege een overspanning, en de zonnepaneelomvormer waarschijnlijk ook, want de spanning is dan verder gestegen dan 253 Volt, en dat is de grens waarbij de zonnepaneelomvormer zich vanzelf uitschakelt (zoals dit in normen is vastgelegd).

Zo, we hebben het probleem van de AC-gekoppelde zonnepanelen nu uitgelegd, nu nog de oplossing.

Victron heeft bedacht om dit probleem op te lossen met de zogenaamde "frequentie shift" techniek. Dat zullen we even uitleggen.

Het probleem wat we hier proberen op te lossen, dat er té veel zonnepaneel-energie productie is, komt niet alleen in deze situatie voor maar ook in het openbare elektriciteitsnet.

Daar hebben netbeheerders een oplossing voor bedacht en die is vastgelegd in de VDE-4105 norm. In het kort komt dat hier op neer. Als op het elektriciteitsnet energie "over" is, dan zal de netspanning stijgen maar ook de frequentie, die normaal 50 Hz is, ook stijgen. Dat gaat automatisch, dat is inherent hoe een wisselspanningsnetwerk werkt.

In de VDE-4105 norm is vastgelegd dat zonnepaneelomvormers (die deze norm ondersteunen, dat doen wel "de grote jongens" maar bij particulieren niet allemaal) hun energieproductie afbouwen naarmate de netfrequentie stijgt. Dat proces start pas bij een frequentie van 50,2 Hz. Hoe hoger de frequentie wordt, hoe meer de zonnepaneelomvormers hun vermogen zullen beperken en bij een bepaalde frequentie zal de zonnepaneelomvormer zelfs stoppen met het leveren van vermogen. Meer details in een zuster website van ons in dit artikel.

De netfrequentie is dus een (van de vele) stuurmechanisme voor de netbeheerder om een te sterke onbalans tegen te gaan. Van dit fenomeen heeft Victron gebruik gemaakt.

Victron zal, bij AC-gekoppelde zonnepanelen, de accuspanning / SoC in de gaten houden. Als de daaruit blijkt dat de accu haast volgeladen is, dan zal de inverter de frequentie van 50 Hz gaan verhogen. Hierdoor hoopt zij dat de zonnepaneelomvormer haar vermogen zal reduceren waardoor weer een betere balans ontstaat in energie productie en afname en uiteindelijk de accu niet overladen wordt.

Het verhogen van de 50 Hz frequentie en het afbouwen van het vermogen door de zonnepaneelomvormer zal niet meteen plaatsvinden. Dat kost wat tijd, want de frequentie wordt rustig in stapjes verhoogd.

Als het allemaal goed werkt, dan zal de zonnepaneelomvormer zijn vermogen sterk gaan reduceren of zelfs zich helemaal uitschakelen. Dat is ook goed, want we hebben genoeg elektriciteit in de accu.

Niet iedere zonnepaneelomvormer zal de VDE-4105 norm ondersteunen. En als deze ondersteund wordt, kan je hem ook nog mogelijk inschakelen / configureren.

Aan de Victron kant moet je deze frequentieverschuivingstechniek ook inschakelen en configureren.

Mocht de zonnepaneelomvormer niet aan deze norm voldoen, dan nog zal het mechanisme werken, maar dan wel op een heel botte manier. Want de frequentie wordt steeds verder verhoogt en op een gegeven moment valt dit buiten de specificaties van de omvormer en schakelt hij zich meteen uit. Je hebt dan een aan/uit regelmechanisme, niet fraai, beter was in stapjes afbouwen, maar goed, beter dan niets.

Deze techniek van Victron werkt alleen goed, en zal zorgen dat de apparatuur niet defect raakt, als je voldoet aan twee voorwaarden. De zogenaamde factor 1.0 rule.

Factor 1.0 rule

De factor 1.0 rule bestaat uit twee voorwaarden:

1. Het uitgangsvermogen van de zonnepaneelomvormer mag niet groter zijn dan het maximum vermogen dat de inverter kan leveren.
2. Voor iedere 1,5 kWp aan zonnepanelen, moet minimaal 4,8 kWu accu beschikbaar zijn (bij LFP accu', bij loodzuuraccu's is dit per 1 kWp moet 4,8 kWu accucapaciteit beschikbaar zijn).

Stel je hebt een inverter met een vermogen van 5000 VA en je zonnepaneelomvormer kan maximaal 4200 Watt leveren, dan voldoe je aan de eerste eis. Levert de zonnepaneelomvormer meer dan 5000 Watt, dan voldoe je niet. Wees niet eigenwijs en gebruik deze functionaliteit dan niet, dat is vragen om problemen. Een mogelijke oplossing is, als dat mogelijk is, om het maximum vermogen van de zonnepaneelomvormer te verlagen (vaak is dit mogelijk). Wil je niet op zonnepaneelomvormervermogen inboeten, dan zal je een grotere Victron inverter moeten kopen met meer vermogen, of meerdere Victron inverters parallel moeten schakelen (als dit bij dat model ondersteund wordt).

Let op: het gaat hier om het vermogen van de zonnepaneelomvormer, niet om de hoeveelheid Wp van de zonnepanelen. Het is namelijk heel normaal om meer Wp aan zonnepanelen te hebben dan het vermogen van de zonnepaneelomvormer kan verwerken het zogenaamde onderdimensioneren van de zonnepaneelomvormer.

We schreven al dat de inverter en zonnepaneelomvormer enige tijd nodig hebben om op basis van netfrequentieverschuiving het vermogen te reduceren. Die tijd moet "gekocht" worden door te zorgen dat voldoende accucapaciteit beschikbaar is om kortdurende pieken op te vangen. Vandaar dat de factor 1.0 rule ook eisen stelt aan de capaciteit van de accu('s) in relatie tot het opgestelde zonnepaneelvermogen. Hier wordt dus wél gekeken naar de Wp waarde van de zonnepanelen. Voor LFP / Lithium-ion accu's geldt dat voor iedere 1,5 kWp aan zonnepanelen er 4,8 kWu aan accucapaciteit beschikbaar moet zijn. Bij loodzuuraccu's is dat per 1 kWp zonnepanelen moet 4,8 kWu accucapaciteit beschikbaar zijn. Stel je hebt 20 panelen van 350 Wp, dat is totaal 20 x 350 Wp = 7000 Wp dan heb je minimaal 7 / 1,5 x 4,8 kWu = 22,4 kWu LFP accucapaciteit nodig (bij loodzuuraccu's is dat 7 / 1 x 4,8 = 33,6 kWu). Victron gebruikt in haar documentatie niet de eenheid kWu maar specificeert voor een 12/24/48 Volt accu de minimale Ah waarde, maar dat is alleen maar een andere presentatie van gegevens.

Is je zonnepaneelomvormer ondergedimensioneerd, dan moet je niet de Wp waarde van de zonnepanelen gebruiken maar de het vermogen in Watt van de zonnepaneelomvormer. In dat geval geldt dat voor iedere 1,5 kW zonnepaneelomvormervermogen moet minimaal 4,8 kWu aan LFP accu beschikbaar (of bij de loodzuur accu voor iedere kiloWatt zonnepaneelomvormer moet minimaal 4,8 kWu accu beschikbaar zijn).

Referentie

Wil je het officiële document van Victron er op naslaan, dan is hij hier te vinden.

Ervaring

Wij hebben deze functionaliteit uitgetest. Daarbij zagen we de frequentie inderdaad oplopen en bouwde de zonnepaneelomvormers hun vermogen af, maar op een gegeven moment en dat kwam al snel, schakelden de zonnepaneelomvormers zich uit.

Geen probleem, goed eigenlijk, want de accu was geheel geladen. Zodra de accu's weer wat ontladen waren daalde de frequentie en schakelden de zonnepaneelomvormers zich weer in. Dit bleef, uiteraard zich herhalen. Dat voelt mogelijk vreemd aan, maar is dus goed gedrag. Hoe snel dit uitschakelen plaatsvind is natuurlijk afhankelijk van de hoeveelheid elektriciteit die over is, en die is afhankelijk van de zoninstraling en hoeveel je van die zonne-energie direct gebruikt wordt door de aangesloten apparatuur.

Micro-omvormers

In dit artikel hebben de term "zonnepaneelomvormer" gebruikt, maar als je micro-omvormers gebruikt dan werkt deze techniek natuurlijk ook.

Inverter RS, Multi RS

Wanneer je de inverter RS of Multi RS gebruikt dan zal bij gebruik van AC-gekoppelde zonnepanelen, een bewuste keuze gemaakt worden om de accu niet tot 100% te laten laden, men wil altijd wat reservecapaciteit hebben om pieken op te vangen.

Dat de accu dus -dan- nooit tot 100% geladen wordt is dus geen fout, dat is een bewuste keuze.

Let op de tijd!

Doordat de frequentie van 50 Hz verhoogd kan worden, zal dit een ongewenste effect hebben op klokjes die gesynchroniseerd zijn aan de netfrequentie. Denk aan een wekkerradio of het klokje op de oven/magnetron. Die gaan dan voorlopen. Jammer, maar niets aan te doen.

Wil je het testen?

Mocht je deze functionaliteit willen testen, bedenk dan dat dit mechanisme van frequentieverschuiving alleen maar off-grid werkt, in eilandbedrijf dus. Ben je on-grid / netbedrijf, dan kán Victron de frequentie niet veranderen, die wordt namelijk bepaald door het net. AC-out is in netbedrijf namelijk hard gekoppeld aan AC-in, dus is de frequentie op AC-out altijd gelijk aan AC-in (hoe kan het anders, daar zit alleen maar een elektrische verbinding tussen).