De werking van de omvormer

 De werking van de omvormer De omvormer moet een aantal taken uitvoeren. De belangrijkste zijn: -­‐
-­‐
-­‐
-­‐
de gelijkstroom (Direct Current of DC) zoals geleverd door de zonnepanelen omzetten in wisselstroom (Alternating Current of AC), zodat het gebruikt kan worden in huis en teruggevoerd kan worden naar het elektriciteitsnet zorgen dat de gegeneerde sinusgolf de juiste vorm heeft en in de pas loopt (in fase is) met het net het gegeneerde elektrische vermogen zo goed mogelijk maximaliseren monitoren hoeveel kilowattuur (kWh) er wordt opgewekt Verder heeft hij beveiligingsfuncties, zo moet de omvormer bijvoorbeeld uitschakelen zodra de spanning van het net valt. Een elektricien die in dat geval komt kijken rekent er immers niet op dat er toch nog spanning op de bedrading staat. Het hart van de omvormer bestaat uit een schakeling die de H-­‐brug wordt genoemd vanwege de gelijkenis van het schema met de letter “H”. Eenvoudig voorbeeld van een H-­‐brug In het bovenstaande schema met 4 transistors kan van gelijkstroom een blokgolf worden gemaakt. De transistors doen hier dienst als aan/uit-­‐schakelaars. Door het beurtelings in en uitschakelen van transistor 1 en 4 en dan weer 2 en 3 wordt de blokgolf gegeneerd. Eerst worden 1 en 4 ingeschakeld en 2 en 3 staan uit, dan worden alle transistors uitgeschakeld, vervolgens worden 3 en 4 ingeschakeld en 1 en 4 staan uit, als laatste worden alle transistors uitgeschakeld. Deze cyclus herhaalt zich en zo ontstaat de blokgolf. Met een laagdoorlaatfilter (een grote condensator) kan van de blokgolf een sinusgolf worden gevormd. Op bovenstaand schema zijn natuurlijk talloze verbeteringen mogelijk en omvormerfabrikanten hebben dat ook gedaan. In plaats van transistors kunnen andere actieve componenten gebruikt worden en inductieve spanningspieken kunnen worden afgevlakt met anti-­‐
parallelle diodes, golven die meer lijken op een zuivere sinus kunnen worden gegenereerd, etc. Merk op dat in het bovenstaande schema het spanningsverschil tussen piek en dal van de blokgolf nooit groter dan 2 maal de ingaande spanning kan worden. Aangezien het net 220 volt nodig heeft is er dus een minimale spanning die door de zonnepanelen moet worden opgewekt, waaronder de omvormer niet voldoende wisselspanning kan leveren. Ontwerpen met een transformator erin kunnen in principe een lagere startspanning aan, maar die hebben weer andere nadelen zoals grotere verliezen en meer geluidsproductie. Een omvormer heeft ook onderdelen die zijn ontworpen op een bepaalde maximum spanning, zoals condensators. Er is dus altijd een bepaald spanningsgebied waarbinnen de omvormer goed functioneert. Een omvormer moet daarom correct worden gekozen bij het aantal panelen van het zonnestroomsysteem. Het deel van de omvormer dat het maximaal te genereren vermogen opzoekt wordt de Maximum Power Point Tracker (MPPT) genoemd. Als we de stroom die door een zonnepaneel wordt opgewekt laten verbruiken door een variabele weerstand (load) dan kunnen we in een grafiek de stroom uitzetten tegen de spanning, de zogenaamde I-­‐V curve. Dan krijgen we een grafiek die er als volgt uit ziet: 10 9 8 Stroom 7 6 5 4 I 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Spanning Het elektrisch vermogen dat door de load wordt opgenomen is gedefinieerd als P = I * U Hierin staat I voor de stroom in ampère (A) die door het elektrisch circuit loop en U voor de spanning in volt (V) over een onderdeel. Het opgewekte vermogen als functie van de spanning heeft een duidelijk maximum, het Maximum Power Point (MPP). 300 MPP Vermogen 250 200 150 P 100 50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Spanning Door variaties in de temperatuur van het paneel, een wolk die voor de zon schuift, de verandering van de stand van de zon, een schaduw die plotseling op een paneel valt e.d. verandert ook de plaats van het MPP. De omvormer moet dan zijn interne weerstand wijzigen om weer het optimale vermogen uit de panelen te halen. Dit doet de MPPT, die bestaat uit een combinatie van een stuk elektronica en een stuk software met een slim algoritme. Een belangrijk kwaliteitskenmerk van een omvormer is zijn efficiency. Deze wordt berekend als: η = (Puit/Pin) * 100% Hierin staat η voor de efficiency, Pin voor het ingaand vermogen (DC kant) en Puit voor het uitgaand vermogen (AC kant) van de omvormer. Hoe dichter dit getal bij de 100% komt hoe beter de efficiency van de omvormer. Het voor het monitoren van de hoeveelheid kWh heeft de omvormer een apart functieblok. Deze bevat vaak een geheugen, zodat er statistieken bijgehouden kunnen worden zoals de totale opgewekte energie sinds de inbedrijfsname, van de laatste maand en van de dag zelf, de hoeveelheid CO2 die daardoor werd uitgespaard e.d. Een aantal omvormers kunnen deze gegevens doorgeven aan een server op het internet, waarna de gebruiker ze kan benaderen via een browser op zijn computer of een app op zijn mobiele telefoon. Hiervoor moet de omvormer een internet toegang krijgen. Dit kan door een ethernetkabel erop aan te sluiten, maar dan moet er een extra kabel worden getrokken naar de omvormer. Het aansluiten op het internet gaat makkelijker als de omvormer is uitgerust met een WiFi-­‐adapter.