Zonnepanelen, Serie – parallel
Blijkbaar zijn er een hoop misverstanden over het schakelen van meerdere panelen zonnecellen.
Een poging om e.a. te verhelderen.
Eerst de eigenschappen van een Zonnepaneel(ZP). Ieder ZP bestaat uit meerdere cellen. Een cell levert een spannig/stroom als er licht opvalt. Hoe dat precies werkt is niet zo interressant, maar wel hoe meer licht hoe meer stroom. De spannig neemt nauwelijks toe bij meer licht. Één cel van 10x10cm kan maximaal ongeveer 3Ampere leveren. (Afhankelijk van het rendement van de cel natuurlijk)
De geleverde spanning van een cel is maximaal ongeveer 0,65V, kortgesloten 0V en Mpp ~0.6V (Maxium Power Point)
Veel mensen vinden spanning en stroom wat vage ingewikkelde begrippen, maar je kan zo’n cel heel goed vergelijken met een waterpomp. Een zo’n pomp heeft dan bv een max opbrengst van 3m3/h bij een opvoerhoogte van max 0,65m. Als ik met zo’n pomp met kelder wil leegpompen, dan gaat dat niet, want een opvoerhoogte van 0,65m is te weinig. Maar als ik nu op de keldertrap op 0,6m hoogte een emmer neer zet dan kan ik deze prima volpompen. Plaatsen we dan in die emmer weer net zo’n pomp dan kan deze weer 0,6m hoger naar de derde pomp enz..... Als alle pompen gelijk zijn dan is de uiteindelijke opbrengst nog steeds 3 m3/h, maar de totale opvoerhoogte is groter geworden. Wat nu als één pomp niet z’n opbrengst haalt, maar bv maar 1 m3/h doet. Dan kunnen die andere pompen nog zo hun best doen, maar de uitgaande waterstroom is dan ook slechts 1 m3/h.
Zonnepanelen bestaan uit vele cellen in serie (achter elkaar) geschakeld, en net als bij de pompen als één cel minder opbrengst heeft dan zakt de hele keten inelkaar tot dat wat de slechtste cel kan opbrengen. Ofwel als één cel (gedeeltelijk) in de schaduw zit kunnen de overige cellen hun stroom niet meer kwijt.
Even terug naar de pompen. Als ik zoveel pompen in serie heb gezet, dat de laatste instaat is in de wc-pot te pompen dan is dat genoeg. Natuurlijk kan ik nog meer pompen nemen en de ketting doorbouwen to de wc op de eerste verdieping, maar de kelder is dan niet sneller leeg. Voor zonnepanelen geld ook, mits de totale uitgangspanning hoger is dan de accuspanning dan werkt/laad het.
Een accu heeft in tegenstelling tot die wc-pot een beperkte capaciteit. Om te voorkomen dat we een accu overladen zijn we een regelaar nodig, die de boel afschakeld als de accu vol is. Hebben we twee panelen en zetten we die in serie dan helpt dit niet om de accu eerder vol te krijgen, de max geleverde stroom is net zo groot als de slechtste cel van beide panelen. Schakelen we beide panelen parallel dan krijgen we wel de dubbele opbrengst. (Een tweede serie pompen op de keldertrap naast de eerste.)
Tot dusver redelijk overzichtelijk, panelen in serie heeft geen zin, parallel wel. Maar dit geld alleen als we een simpele aan/uit schakelaar als regelaar gebruiken.
Voor zonnepanelen is er een zogenaamde MPPT (Maximum Power Point Tracker) regelaar uitgevonden die het bovenstaande verhaal lekker in de war gooit.
Als we weer naar onze pompjes gaan da is een MPPT-regelaar een turbine die een pomp aandrijft. Hebben we weer een serie pompen, dan laten we het water naarbeneden vallen op een turbine(en dan terug de kelder in). Deze drijft weer een waterpomp aan die de kelder leegpompt. Hoe meer water er op de turbine valt, des te meer energie kan deze leveren aan de waterpomp, dus des te sneller is de kelder leeg. Hetzelfde geldt voor de hoogte waarvandaan het water op de turbine valt. Hoe hoger hoe meer energie beschikbaar , dus des te snellen is de kelder leeg.
En wat als ik twee panelen heb. Zet je ze in serie dan word je totale spanning hoger, en je stroom dat van de slechtste cel van alle panelen. Zet je ze parallel dan wordt het nog ingewikkelder.
Weer even naar de pompen. Wil de de kelder leegpompen dan is de simpelste manier de serie pompen rechstreeks die wc-pot in. Dat turbine verhaal is alleen interressant als er voldoende hoogte ‘over’ is, want hoogte is in dit geval energie die we in die turbine kunnen omzetten in extra water. Waarbij dat hele turbine gebeuren natuurlijk de nodige verliezen oplevert, dus als je maar net aan hoogte genoeg hebt om leeg te pompen, heeft dat moeilijke gedoe allemaal geen zin.
Heb je een zonnepaneel dat max 15V levert, heeft investeren in een MPPT regelaar ook geen zin.
Heb je 2 panelen van 15V en zet je die in serie, heeft MPPT wel zin, maar heb je het nadeel dat als één cel ergens schaduw heeft, beide panelen hierdoor gehinderd worden.
En twee ongelijke panelen? Ook hier geld in serie is de maximale stroom gelijk aan de slechtse cel. Hier zit wel een addertje onder het gras. De max stroom van een 100Watt paneel hoeft niet groter te zijn dan dat van een 50Watt paneel. Ale een paneel is opgebouwd uit cellen van 10x10cm dan is de opbrengst van één cel ongeveer 0,6Vx3A=1,8Watt Een 50Watt paneel zo kunnen zijn opgebouwd uit 28cellen --> =28x0,6=16,8V bij 3A, de 100W zou dan 56 cellen hebben en 33.6V 3A. Deze twee (ongelijke) panelen kan je dus ongestraft in serie schakelen, omdat de cellen gelijk zijn. Het 100W paneel kan natuurlijk ook opgebouwd zijn uit twee paralle takken en is dan ook 16,8V maar 6A. Dan moet je dus absoluut geen serieschakeling gebruiken.
Schakelen we bovenstaande panelen parallel dan is dat geen probleem als de spanning gelijk is, maar is de spanning ongelijk dan hang het helemaal van de regelaar af. De recht toe rechtuit regelaar (PWM) schakeld rechtstreeks naar de accu, en jammer van die extra ‘volten’ die er waren op je 100W paneel, maar die gaan de vuilnisbak in. Een MPPT regelaar gaat dan de instelling in kleine stapjes wijzigen en na iedere wijziging kijken wat het geleverde vermogen is. Is dat vermogen groter dan in het voorgaande stapje, dan doen we er nog eentje in dezelfde richting net zolang tot het vermogen ietsjes minder wordt. Dan keren we de stapjes richting om en gaat hetzelfde verhaal opnieuw beginnen. Het eind resultaat is dus een ietsjes slingeren rond de optimale waarde van de vermogens kromme. Liggen de panelen relatief ver uitelkaar kwa specifiekaties dan kan het heel goed zijn dat deze kromme meerdere toppen heeft. En er zijn maar weinig regelaars die zo slim zijn dat ze dauit automatisch de hoogste top kunnen kiezen.
Om een lang verhaal kort te maken het hangt er van af wat het beste is, serie of parallel.
van 21V. Paneel A zal z'n maximale vermogen leveren bij een uitgangspanning van ongeveer 15V en B bij 18V.
