Technisch rapport
Beperkingen bij het laden van accu’s
Zonnepanelen kunnen in serie of parallel worden geschakeld. In het eerste geval kunnen alleen panelen met dezelfde stroomsterkte worden aangesloten. De uiteindelijke stroom blijft gelijk aan die van één paneel, terwijl de uitgangsspanning de som is van de spanningen van de afzonderlijke panelen. In het tweede geval worden de stromen bij elkaar opgeteld, terwijl de spanning gelijk blijft. Alleen panelen met dezelfde uitgangsspanning kunnen parallel worden aangesloten.
Zowel serie- als parallel schakelingen kennen enkele nadelen. Een serieschakeling is vrij gevoelig voor schaduwvorming en verschillen in oriëntatie van de panelen. Een parallelschakeling vermindert dit probleem, maar levert vaak geen optimale match op met het MPPT-algoritme van de laadregelaar. Bovendien zijn bij een parallelschakeling blokkeerdiodes nodig, wat een klein vermogensverlies veroorzaakt en de installatie complexer maakt.
Volgens Solbian is de beste manier om zoveel mogelijk energie uit zonnepanelen te halen, elk afzonderlijk paneel te koppelen aan een eigen MPPT-laadregelaar. Op die manier zijn alle panelen onafhankelijk van elkaar en werkt ieder paneel onder optimale omstandigheden.
In dat geval resulteert de installatie in twee of meer laadregelaars die op dezelfde accu zijn aangesloten. Dit kan eenvoudig door alle laadregelaars parallel op de accu aan te sluiten. Dat is zonder problemen mogelijk, omdat elke laadregelaar beschermd is tegen terugstromende stroom en daardoor als een geïsoleerde eenheid functioneert.
Toch zijn er enkele aandachtspunten.
Elke accu wordt in verschillende fasen geladen, afhankelijk van het type accu. Laten we kijken naar de eerste en laatste laadfase. Wanneer een accu ontladen is, stelt de laadregelaar zijn uitgangsspanning iets hoger in dan de accuspanning en regelt hij uitsluitend de laadstroom om te voorkomen dat de stroom te hoog wordt. Bij zonne-energie wordt deze stroom overigens vaak al beperkt door het zonnepaneel zelf. Naarmate de accu bijna volledig geladen is, wordt de laadstroom verder verlaagd om de accu gecontroleerd volledig op te laden en overladen te voorkomen.
Hieruit volgt dat de maximale stroom door de laadregelaar niet alleen wordt bepaald door het zonnepaneel, maar ook door de toestand van de accu.
Dit is een belangrijk punt wanneer twee of meer laadregelaars op dezelfde accu zijn aangesloten. Het kan namelijk voorkomen dat de stroom van één laadregelaar afneemt zodra een tweede laadregelaar wordt aangesloten. Dit betekent niet dat de laadregelaars elkaar negatief beïnvloeden. Het is simpelweg het gevolg van een stroombegrenzing omdat de accu bijna volledig geladen is.
Neem bijvoorbeeld een 12V-accu die bijna vol is (ongeveer 14V) en één laadregelaar met een zonnepaneel van 100 W. In volle zon zou een laadstroom van ongeveer 7 A verwacht mogen worden (100 W / 14 V). Wanneer de accu echter bijna volledig geladen is, kan de werkelijke laadstroom bijvoorbeeld slechts 4 A bedragen.
Wanneer vervolgens een tweede laadregelaar met een tweede paneel wordt aangesloten, blijft de totale laadstroom ongeveer 4 A omdat deze wordt begrensd door de accu. Beide laadregelaars leveren dan ieder ongeveer 2 A. De overtollige energie gaat niet verloren; deze wordt simpelweg niet opgewekt. De laadregelaars weten hoeveel stroom de accu nog kan opnemen en beperken daarom automatisch de productie.
Een vergelijkbaar verschijnsel kan ook optreden wanneer de accu nog niet bijna vol is. Dit hangt samen met de maximale laadstroom die voor elk accutype geldt. Deze maximale laadstroom is meestal afhankelijk van de accucapaciteit.
Deze maximale waarde staat vaak vermeld op de accu of in de datasheet en wordt vaak aangeduid als CA/N, waarbij CA de accucapaciteit voorstelt en N een getal is.
Bijvoorbeeld:
– Accucapaciteit: 100 Ah
– Maximale laadstroom: CA/5
Dit betekent:
100 Ah ÷ 5 = 20 A maximale laadstroom
In de praktijk is dit meestal een ruime waarde. Deze beperking wordt daarom pas relevant wanneer het systeem verkeerd is gedimensioneerd, bijvoorbeeld wanneer er te veel zonnepaneelvermogen op een relatief kleine accu is aangesloten.
Praktijktest
Om aan te tonen dat twee laadregelaars elkaar niet beïnvloeden, voerde Solbian een test uit met:
– 2 × Solbian SP100 zonnepanelen
– 2 × Western WRM15 MPPT-laadregelaars
De test vond plaats op een vrijwel zonnige winterdag.
Eerst werden de panelen afzonderlijk getest op één laadregelaar en vervolgens in serie geschakeld. Daarna werden beide laadregelaars parallel op dezelfde accu aangesloten, waarbij elk paneel zijn eigen laadregelaar had. Vervolgens werd één van de laadregelaars losgekoppeld om het effect te observeren.
Er werd gebruikgemaakt van een 45 Ah gesloten loodaccu. De accu was bewust ontladen om eventuele laadstroombegrenzing te voorkomen. De tests zijn uitgevoerd zowel met als zonder belasting op de accu.
Test 1 – Panelen in serie
WRM15 + één SP100
Direct vermogen: 17 V × 3,6 A = 61,2 W
WRM15 + twee SP100-panelen in serie
Direct vermogen: 35,2 V × 3,2 A = 112,7 W
Zoals verwacht verdubbelt het vermogen vrijwel wanneer het aantal panelen wordt verdubbeld.
Test 2 – Laadregelaars parallel
Beide WRM15-laadregelaars werden aangesloten op elk één SP100-paneel en vervolgens parallel op dezelfde accu aangesloten.
Er werden geen noemenswaardige veranderingen gemeten. Zolang de accu geen laadstroombegrenzing veroorzaakt, levert één paneel ongeveer de helft van de energie van twee panelen samen.
Deze test werd vervolgens herhaald met een belasting van 100 W op de accu. Ook hierbij werden geen afwijkingen vastgesteld.
Conclusies
Het aansluiten van meerdere laadregelaars op dezelfde accu veroorzaakt geen problemen. De laadstroom van de ene laadregelaar wordt niet beperkt door de aanwezigheid van andere laadregelaars.
De enige stroombeperkingen die kunnen optreden, worden veroorzaakt door:
– de laadstatus van de accu;
– een verkeerd gedimensioneerd systeem (te veel zonnepaneelvermogen op een te kleine accu)
Deze beperkingen zijn onafhankelijk van de elektrische configuratie. Het maakt dus niet uit of meerdere panelen op één laadregelaar zijn aangesloten of dat meerdere laadregelaars op dezelfde accu zijn aangesloten.
Volgens Solbian blijft de beste oplossing om elk zonnepaneel van een eigen MPPT-laadregelaar te voorzien. Hierdoor worden de negatieve effecten van schaduw geminimaliseerd en kan ieder paneel onafhankelijk zijn maximale opbrengst leveren dankzij een eigen MPPT-regeling.
