Meetsysteem voor zonnepanelen

Meetsysteem voor zonnepanelen
Het elektrisch gedrag zichtbaar maken
en documenteren
Er kunnen een aantal fouten in en zonnepaneel met een
infraroodcamera gevonden worden. Het opsporen van een aantal
fouten is daarmee makkelijk te realiseren. Minstens zo belangrijk
zijn de elektrische parameters die bepalen of een zonnepaneel wel
naar behoren functioneert. Speciaal hiervoor heeft GMCInstruments een meetsysteem uitgebracht waarmee een goed
inzicht in de werking van een complete solar-installatie bepaald
kan worden.
Geen defecten, maar werkt het zonnepaneel nog optimaal?
Met infrarood kan men snel zien of er defecten in een zonnepaneel zitten, maar er is niet mee te zien of het
paneel met het maximale rendement het invallende licht weet om te zetten in elektrische energie. Zoiets simpels
als vervuiling waardoor het rendement aanzienlijk daalt, kan alleen elektrisch bepaald worden. Dit zelfde geldt
voor de juiste hoek waaronder het paneel gemonteerd is, het functioneren van de DC-AC-omzetter, etc. Hiervoor
moet er gekeken worden naar het elektrische gedrag. Nu is het meten van het elektrische gedrag van een solarinstallatie lastig. Met een multimeter kan dan wel de opgewekte spanning en de stroom die er gaat lopen, gemeten worden, maar dit zegt niet alles. Werkt het paneel optimaal of kan hij meer energie opwekken? De Profitest
PV van GMC levert hierover wel de juiste informatie.
Vergelijken: test specificaties onder laboratorium omstandigheden, nu de praktijk
Ondertussen zijn er tientallen firma’s die zonnecellen maken met verschillende eigenschappen. Dit maakt het
lastig om te kunnen meten of een installatie wel optimaal functioneert. Daarbij komt dat de metingen eigenlijk
onder bepaalde meetcondities (STC=Standaard Test Condities) uitgevoerd moeten worden. Met name dat laatste
is heel lastig omdat het in de praktijk niet mogelijk is om onder laboratoriumcondities te meten. Metingen die
aan een opgebouwde installatie worden uitgevoerd, moeten het dan ook doen met de hoeveelheid zon die er op
dat moment op valt en hetzelfde geldt voor de heersende omgevingstemperatuur. Om goed te kunnen meten, is
het dan ook van belang om de heersende omgevingscondities te kennen. Het meetsysteem van GMC is uitgerust
met een referentiesensor die zowel de hoeveelheid zonlicht als de temperatuur achterop de referentiecel meet.
Deze referentie wordt samen met een lastschakelaar en een temperatuursensor voor het meten van de
temperatuur van de solarcellen op het meetsysteem aangesloten (zie figuur 1). Het spreekt voor zich dat de
referentiesensor dezelfde hoeveelheid zonlicht moet ontvangen. Hij is daarom voorzien van klemmen zodat hij
gemakkelijk tijdelijk aan het solarpaneel te bevestigen is.
Metingen: betrouwbaar, nauwkeurig, snel, makkelijk en ook geschikt voor alle installaties
Geheel automatisch meet de tester de stroom-spanningskarakteristiek van de installatie. De Profitest PV is voorzien van een autoranger waardoor met hoge nauwkeurigheid gemeten wordt. De bereiken lopen tot 1000 V en
20 A
DC
DC
waarmee hij dus geschikt is voor grote installaties tot 20 kW. De autoranger en het grote aantal bereiken
maken dat hij ook geschikt is voor metingen aan losse cellen. De U/I-karakteristiek loopt vanaf de open klemspanning I is dan 0 A) tot aan de kortsluitstroom (U is dan 0 V). Uitgaande van deze grafiek, de temperatuur en
de waarden van de referentie berekent het meetsysteem vervolgens de serie- en parallelweerstand van het
systeem als mede het piekvermogen. Via een gepatenteerd rekenmodel worden de resultaten omgerekend naar
de waarden onder standaard testcondities (STC). Hierdoor is een goede vergelijking mogelijk met de door de
fabrikant van de zonnecellen opgegeven data. Daarbij wordt het de gebruiker gemakkelijk gemaakt. In de tester
is een database aanwezig met de gegevens van vele solarcellen. In vergelijking met op dit moment veel
gebruikte meetmethoden is het gebruik van de Profitest PV niet alleen eenvoudig, maar ook snel. Het feit dat de
DC/ AC-omzetter een grote capacitieve belasting vormt maakt dat metingen vaak lang duren. De Profitest PV
heeft hier geen last van.
Documenteren; alle meetresultaten meteen duidelijk en naar wens vast te leggen
In de tester kunnen duizenden meetresultaten overzichtelijk opgeslagen worden. Hierdoor kan bij problemen
aan een bestaande installatie snel en gemakkelijk teruggegrepen kan worden naar eerdere metingen.
De achteruitgang van de installatie door veroudering, vervuiling of andere problemen kunnen dan ook snel
zichtbaar gemaakt worden. Ook is het mogelijk om de tester aan een computer te koppelen. De meegeleverde
software kan daarbij ingezet worden voor het vervaardigen van de gewenste documenten met de meetresultaten.
Het programma kan ook gebruikt worden om van de PC een DAC-systeem te maken voor het verrichten van
metingen over lange tijd.
Compleet; alles binnen handbereik en goed te transporteren
De Profitest PV wordt compleet geleverd met alle benodigdheden. Naast de meter zelf, de referentiesensor
en de temperatuursensor worden er aansluitsnoeren en een lastschakelaar geleverd. Deze laatste is bedoeld
voor de veiligheid. Problemen voor de gebruiker bij de installatie of het aansluiten, worden hiermee voorkomen.
Het meetsysteem zelf is ondergebracht in een stevige, kunststof koffer waarin nog ruimte is voor de
gebruiksaanwijzing en andere papieren. Een handige trolley maakt dat het vervoer ook nog eens gemakkelijk gaat.
Zonnepanelen,
Er is heel veel op de markt, maar wie maakt waar wat hij beloofd…
De eerste aanschaf; belangrijk om te weten; uw rendement
U overweegt om zonnepanelen te gaan gebruiken. Dit kan uiteraard
om veel redenen zijn, maar uiteindelijk willen we dat onze investering
zichzelf terug gaat betalen en liefst op de langere termijn winst gaat
opleveren. Dat wordt ons in de praktijk erg makkelijk gemaakt door
diverse aanbieders die ons voorrekenen dat we, we de investering in
7,8,9 of 10 jaar terugverdienen. Die rekenvoorbeelden baseren zich
op de gegevens die de fabrikant van de zonnepanelen opgeeft.
Daarbij kijkt de fabrikant natuurlijk voornamelijk naar het vermogen
wat een zonnepaneel op kan brengen onder perfecte omstandigheden.
In de praktijk moeten we rekening houden met:




Worden de zonnepanelen onder de meest efficiënte hoek gemonteerd
Is er rekening gehouden met het feit dat zonnepanelen kunnen verouderen
Als het zonnepaneel vuil is geworden, heeft u er dan rekening mee gehouden dat u het dak op moet
om het te reinigen
De specificaties die opgegeven worden bij omstandigheden die u in de praktijk niet gaat halen.
De specificaties waar een fabrikant van uitgaat zijn de “Standard Test Conditions” (STC) ofwel:
een instraling van 1000W per vierkante meter, u zult begrijpen dat wanneer we een zonnecel monteren in het
zonnige Zuid-Frankrijk of in ons iets regenachtige Nederland dit wel verschil maakt.
De hoeveelheid lucht die boven de zonnecel zit wordt de Airmass genoemd. Je zou dit kunnen zien als de dikte
van de atmosfeer. En die is natuurlijk ook niet overal de 1,5 factor die we daar als standaardwaarde nemen.
De temperatuur waarin een zonnecel geplaatst wordt, is ook van invloed. De fabrikanten gaan ook hier weer van
een standaard waarde uit, in dit geval 25 gr.C. Wanneer u uw hand op het paneel legt als deze in de zon staat,
raden we aan om een ovenwant mee te nemen.
De bovengenoemde factoren zijn nog niet eens alle factoren die een rol spelen, maar u ziet dat de
omstandigheden in de praktijk wel eens anders kunnen zijn dan de fabrikant als referentie neemt. Dat is op zich
niet erg want het zonnepaneel geeft toch wel energie, alleen misschien minder dan u in eerste instantie.
Daarmee veranderen ook de waarden waarmee u uw terugverdientijd bepaald.
Hoe controleren we dan de werkelijke situatie;
de eerste meting
Eerst moeten we de beginsituatie meten wanneer de
zonnepanelen net gemonteerd zijn. Daarbij hoeven we alleen de
specificaties van de zonnepanelen zelf, die een gelijkstroom DC
genereren, te controleren. Zoals hierboven gemeld is, meten we
altijd bij situaties die niet gelijk zijn als de situatie waarbij de
fabrikant zijn specificaties opgeeft. We zullen dus een slimme
meter moeten hebben die in staat is om de gemeten waarde te
extrapoleren naar de Standaard Condities.
Bij het meten is het van belang dat dit snel gebeurd. De reden
daarvoor is dat zonnepanelen zeer gevoelig zijn voor bijvoorbeeld
schaduw. Wanneer we slechts een paar cellen van het
zonnepaneel afdekken en we doen dat een beetje strategisch, kan
er al een verlies optreden van 50% . Als we dus een meter
gebruiken die er een uur over doet om de juist parameters te
meten, kan het zijn dat door schaduwval van bomen, vogels die
voorbij vliegen etc. de meetresultaten ernstig beïnvloeden.
Aansluiting van een testsysteem
Welk type testapparaat moet de controleur hebben?
Omdat we hierboven gezien hebben dat de snelheid van meting
zeer belangrijk is, is de keuze van het testinstrument eveneens
van groot belang. We kennen twee typen:


Pyranometers:
dit is een meetprincipe wat betreft meetnauwkeurigheid goede
resultaten geeft. Maar vanwege de zeer lange meettijd uiteindelijk
voor verstoorde meetwaarden kan zorgen.
Metingen via een referentiecel:
deze testers werken met een gekalibreerde referentiecel.
Dat betekent dat degene die de testresultaten ontvangt ervan uit
kan gaan dat de meetresultaten betrouwbaar zijn. Bovendien is dit
type meter in staat om de meting in ca. 200 ms af te werken.
Hierdoor kunnen invloeden van buitenaf geëlimineerd worden.
Daar hebben we ook een aantal normen voor, IEC 60364,
IEC 60904, IEC 62446, IEC 61215, IEC 61646 en de IEC 82/571.
Gekalibreerde referentiecel
Wat moet de controleur meten?
Zonder erg diep in detail te treden geven we hier een paar zaken aan die een controleur zou moeten meten:






Stroom-Spanningskarakteristiek. Hiermee wordt een grafiek bedoeld die de verhouding weergeeft van de
spanning tegen de stroom die een zonnepaneel kan leveren. De fabrikant geeft op hoe die er in de ideale
omstandigheden uitziet. Wij bepalen hoe die er in de praktijksituatie uitziet. Het verschil tussen deze
twee geeft ons informatie over de juiste aansluiting, montage en werkelijke prestatie van het
zonnepaneel.
Open spanning van het zonnepaneel
Kortsluitstroom. Omdat we een zonnepaneel niet “uit” kunnen zetten is belangrijk om te weten hoeveel
stroom er kan gaan lopen bij calamiteiten.
Efficiëntie - graad van het zonnepaneel. Hoe effectief zet het betreffende paneel de zonnestraling om
naar elektrische energie?
kWp – kilowatt peak. Vaak wordt ten onrechte gedacht dat dit het vermogen is waar het om gaat.
Dit is niet correct, het gaat om de opbrengst.
Pmpp – het maximun power point. Dit zijn echter getallen die het paneel alleen onder STC
(Standard Test Conditions) kan halen en in de praktijk dus in principe niet zal halen.
Hoe krijgen we deze informatie van de controleur aangeleverd?
Wanneer een controleur gebruik maakt van de juiste tester zal hij een certificaat kunnen overhandigen
dat er als volgt uit ziet:
In het bovenstaande certificaat ziet u duidelijk wat de werkelijk gemeten waarden zijn (Actual), en hoe de
tester dit heeft teruggerekend naar de Standard Test Condition waarden. Daarnaast kan er ook een analyse
gemaakt worden waarbij er aanbevelingen gedaan worden om de resultaten te verbeteren, of een verklaring
waarom bepaalde waarden afwijken.
De tweede meting en latere controles; geeft het paneel nog dezelfde opbrengst?
We hebben gezien dat een eerste controle van groot belang is om de opbrengst en daarmee de terugverdientijd
eerlijk te kunnen bepalen. Minstens zo belangrijk is om te meten of het zonnepaneel geen nadelige gevolgen
heeft ondervonden als gevolg van de leeftijd. Een zonnepanel verouderd altijd en dat kan een aanzienlijk daling
van de opbrengst tot gevolg hebben. Eigenlijk komt dan de echte kwaliteit van het zonnepaneel naar boven.
De meting bestaat uit exact dezelfde als omschreven bij de eerste meting. Dit is ook noodzakelijk om de
waarden goed te kunnen vergelijken. Ook hierbij dient weer een certificaat afgegeven te worden.
Een andere meting die raadzaam is bij het controleren om is te kijken wat het zonnepaneel doet bij een
gedempte instraling. Daartoe is een doek met een bepaalde dempingsfactor het meest geschikt. Dit doek dient
dan zowel over het zonnepaneel als over de referentiecel geplaatst te worden. Wanneer er meerdere
zonnepanelen tegelijk getest worden, dienen ook de overige panelen afgedekt te worden met een doek.
Continue meting van de opbrengst
Om werkelijk te kunnen bepalen wat een zonnepaneel opbrengt
moeten we een continue meter in de installatie plaatsen. Alleen op
deze manier kunnen we zien hoe het paneel gepresteerd heeft en
controleren of de verrekening op de juiste manier gebeurt. Vaak
wordt dit aan de DC zijde, dus direct achter het zonnepaneel gedaan.
Dit is echter niet de juiste manier omdat de DC van het zonnepaneel
omgevormd word naar een AC die aan het net gevoed wordt. Deze
omvormer geeft helaas ook extra verliezen, afhankelijk van de
kwaliteit van de converter. Om deze verliezen mee te kunnen meten
moeten we dus een energiemeter plaatsen in het AC deel.
Om bij geschillen aan te kunnen tonen wat de werkelijke opbrengst is van de totale installatie moeten we er
wel voor zorgen dat deze energiemeter enige juridische bewijslast kan vormen. Daartoe dient een energiemeter
voorzien te zijn van een kalibratie certificaat. Betrouwbare leveranciers kunnen u altijd zo’n certificaat
overleggen en geven u daarmee absolute zekerheid ten aanzien van de betrouwbaarheid van de meting.
Veiligheid van de installatie zelf
Een laatste controle die eigenlijk al vanaf de eerste installatie dient plaats te vinden heeft betrekking tot de
veiligheid van de complete installatie. Tot nu toe hebben we alleen gesproken over de opbrengst. Om zeker te
weten dat alle modules goed zijn aangesloten, dat de veiligheden die ingebouwd zijn, doen wat ze moeten doen,
of de gebruikte kabels veilig zijn etc. moeten we een veiligheid test uitvoeren Een mogelijkheid om dit te testen
is een installatietester. Voor de zonnepaneelinstallaties zijn speciale testers ontwikkeld.
Meetprocedure afname bij eerste aflevering.
Prestatiemetingen aan zonnecellen
Te meten zijn de volgende parameters:

Kortsluitstroom – Isc

Open spanning – Uoc

Piekvermogen van de zonnecel – Pmax

Serieweerstand van de zonnecellen – Rs

Paralelweerstand – Rp
Het testinstrument moet de volgende gemeten waarden kunnen produceren:

Peakpower van de complete installatie- Pk

Inwendige serieweerstand – Rs

Inwendige paralelweerstand – Rp

Spanning bij maximaal vermogen – Upmax

Stroom bij maximaal vermogen – Ipmax

Maximaal vermogen – Pmax

Open spanning – Uoc

Korstluitstroom – Isc

Fill factor – FF

Temperatuur van module – Tmod

Referentietemperatuur – Tref

Effectief geleverde energie – Eeff

U-I Grafiek
BELANGRIJK:
Deze parameters dienen gemeten te worden met een gekalibreerde referentiecel volgens IEC/EN 60904-2,
VDE 0126-4-2 met geïntegreerde temperatuursonde. Deze metingen dienen met een zo kort mogelijke
meettijd bepaald te worden, meettijd niet langer dan 200 msec.
Metingen dienen te geschieden bij een instraling van meer dan 500 w/m2, zodat meetgegevens vergeleken
kunnen worden met de STC gegevens van de fabrikant. Het testapparaat moet echter wel kunnen meten als
de gegevens van de fabrikant niet voorhanden zijn. Alle metingen dienen herhaald te worden, op het zelfde
moment van meten, bij gedempte instraling.
Veiligheid van de installatie
Ten slotte moet de veiligheid van de geleverde installatie getest worden alsmede de juistheid van alle
aansluitingen. Hierbij word o.a. de weerstand van de beschermingsgeleiders bepaald, de isolatie van de
aangesloten delen en weerstand van alle geaarde punten naar aarde. Tot slot dient alles vast gelegd te
worden in een geldig, normconform certificaat.
Meetprocedure bij meting na 1 jaar
Alle hierboven genoemde metingen dienen herhaald te worden om veroudering van de panelen tijdens de
eerste maanden te kunnen bepalen. Daarna is te verwachten dat de zonnepanelen stabieler zullen worden
en kunnen we een langere interval hanteren.
Meetprocedure bij meting om de 3 jaar
Alle genoemde metingen dienen wederom herhaald te worden om de volgende zaken te bepalen:

Veroudering van de zonnepanelen

Verslechtering van de overgangsweerstand in aansluitingen, parallel en serieel.

Veiligheid van de installatie, geen gecorrodeerde (aard) aansluitingen

Vervuilingsgraad
Continue metingen
Tijdens de levensduur dient het aanbeveling om een echte energie meting aan de AC zijde van de installatie te
plaatsen waarmee de werkelijk gegenereerde energie gemeten wordt. Let er op dat dit een gekalibreerde
meting dient te zijn en dat deze meting in 4 kwadranten kan meten.
Meer informatie?
Voor meer informatie, een vrijblijvende demonstratie, advisering of training op een reeds gekocht systeem,
neem dan contact op met onze afdeling of bel 0416- 387700 en vraag naar Michiel van Eijk of
Fred van der Veeken.