Hoe werkt een omvormer voor zonne-energie?

Hoe werkt een omvormer voor zonne-energie die wisselstroom levert nadat hij de gelijkstroom van een zonnepaneel heeft opgenomen? Hieronder vindt u het antwoord en meer.

Schematische weergave van de werking van een omvormer voor zonne-energie
Schematische weergave van de werking van een omvormer voor zonne-energie
Bron: https://youtu.be/x-05gKrdg3U

In je zoektocht naar informatie over omvormers voor zonne-energie vraag je je waarschijnlijk het volgende af: hoe werkt een omvormer voor zonne-energie? Werken verschillende omvormers verschillend? En ga zo maar door. Dit artikel is bedoeld om al deze en andere vragen over omvormers voor zonne-energie te beantwoorden - op een manier die voor jou duidelijk en gemakkelijk te begrijpen is.

Hoe werkt een omvormer voor zonne-energie?

Een omvormersysteem voor zonne-energie bestaat voornamelijk uit een omvormer, zonnepanelen en (meestal) opslagbatterijen samen met de laadregelaar. De omvormer zet de gelijkstroom om in bruikbare AC-stroom. Aan de andere kant regelt de laadregelaar het opladen van de accu.

De basiswerking van een omvormer voor zonne-energie is vrij eenvoudig: als er een overschot is aan stroom van de zonnepanelen, wordt de overtollige energie opgeslagen in de accu's. Als er onvoldoende stroom is, wordt er stroom uit de accu's gehaald. Als er onvoldoende stroom is, wordt er stroom uit de accu's gehaald. Op die manier zorgt de omvormer voor een constante stroomtoevoer, zelfs als de zonnepanelen geen stroom produceren.

Verschillende soorten omvormers voor zonne-energie kunnen echter anders werken en voor verschillende doeleinden geschikt zijn. Sommige omvormers worden bijvoorbeeld rechtstreeks op het elektriciteitsnet aangesloten en maken al dan niet gebruik van batterijopslag. Omvormers voor zonne-energie die zijn aangesloten op het elektriciteitsnet kunnen overtollige stroom verkopen aan het nutsbedrijf, terwijl omvormers voor zonne-energie die niet op het elektriciteitsnet zijn aangesloten alleen stroom kunnen gebruiken die is opgeslagen in batterijen. Lees hieronder meer.

De werking van de omvormer voor zonne-energie is afhankelijk van de gebruikte componenten en schakelingen
De werking van de omvormer voor zonne-energie is afhankelijk van de gebruikte componenten en schakelingen
Bron: https://www.mdpi.com

Zonneomvormer Werkingsprincipe

Laten we nu eens kijken hoe PV-omvormers erin slagen om een wisselstroomuitgang te geven of, met andere woorden, het werkingsprincipe van omvormers voor zonne-energie. Van buitenaf gezien ziet een PV-omvormer er misschien uit als een eenvoudige doos. Binnenin bevinden zich echter verschillende elektronische circuits die samenwerken om de omzetting van DC naar AC mogelijk te maken.

Onderdelen voor zonneomvormers

Verschillende typen PV-omvormers kunnen verschillende onderdelen gebruiken om de DC-AC conversie te bereiken. Hieronder staan enkele van de belangrijkste onderdelen van omvormers voor zonne-energie die helpen bij het omzetten van DC naar AC:

  • Diodes
  • Transformatoren (in transformatorgestuurde omvormers)
  • Condensatoren en inductoren
  • MOSFET's of IGBT's
  • Software monitoren

De omvormer voor zonne-energie werkt

De werking van de omvormer voor zonne-energie, gebaseerd op de genoemde componenten, bestaat uit het snel schakelen van gelijkstroom binnen een circuit om wisselstroom te produceren. Om dat te bereiken, worden hoogfrequente schakelapparaten gebruikt. Deze zijn meestal MOSFET's (metaaloxidehalfgeleider-veldeffecttransistor) of IGBT's (bipolaire transistoren met geïsoleerde poort).

Condensatoren en spoelen slaan daarentegen energie op in de vorm van elektrische lading en een elektrisch veld, die vervolgens wordt vrijgegeven wanneer dat nodig is om de output die het resultaat is van de schakelactie glad te strijken. Diodes, wanneer gebruikt in omvormertechnologie voor zonne-energie, bieden voornamelijk een pad voor inductieve belastingsstromen, terwijl transformatoren de spanning op het vereiste niveau brengen.

Tot slot dient de monitoringsoftware die tegenwoordig in vrijwel elke omvormer zit om de werking van de omvormer te controleren en storingen op te sporen voordat (of wanneer) ze optreden. Verschillende omvormers kunnen, zoals eerder vermeld, verschillende manieren gebruiken om AC-stroom te produceren: daarover nu meer.

Werken van omvormers voor zonne-energie per type

Het werkingsprincipe van omvormers voor zonne-energie hangt meestal af van het feit of ze transformatorgebaseerd of transformatorloos zijn, zuivere sinus of gemodificeerde sinus, en of het een eenfasige of driefasige omvormer voor zonne-energie is. Om deze verschillen te begrijpen, nemen we een kijkje bij elk type omvormer voor zonne-energie, hoe het werkt en meer.

Transformatorloze omvormeronderdelen voor zonne-energie
Transformatorloze omvormeronderdelen voor zonne-energie
Bron: https://www.mdpi.com

Omvormer voor zonne-energie Transformator vs. Transformatorloos

Eenvoudig gezegd gebruikt een omvormer voor zonne-energie op basis van transformatoren een scheidingstransformator om de spanning om te zetten als dat nodig is. Een omvormer zonder transformator gebruikt geen transformator en vertrouwt op elektronische componenten. Zoals je zou verwachten, kan dit resulteren in enkele voor- en nadelen voor elk type: hieronder meer over deze omvormers.

Omvormer voor zonne-energie op basis van transformator

Dit is de traditionele of standaard omvormer voor zonne-energie. Deze maakt gebruik van een gewone transformator voor de DC naar AC conversie, samen met verschillende elektronische componenten zoals condensatoren en transistors. Een van de belangrijkste voordelen is dat het elektrische isolatie biedt tussen de ingangs- en uitgangscircuits, wat resulteert in een hogere elektrische veiligheid.

Maar een omvormer voor zonne-energie op basis van een transformator is duurder dan een omvormer zonder transformator. Dit komt doordat de transformator zelf een duur onderdeel is. Bovendien voegt de transformator gewicht en massa toe aan de omvormer, waardoor deze groter en minder handig te installeren is.

Een ander nadeel is dat de transformator vermogensverliezen kan introduceren. Deze verliezen liggen meestal rond de 2-3%, maar kunnen oplopen tot 5%. Dit betekent dat de omvormer minder efficiënt zal zijn dan een transformatorloze omvormer en bovendien een karakteristieke brom zal produceren tijdens het gebruik.

Transformatorloze omvormer

Transformatorloze omvormers voor zonne-energie zijn een nieuwer type apparaat. In plaats van fysieke transformatoren gebruiken deze halfgeleiderapparaten om gelijkstroom in wisselstroom en spanning in het vereiste niveau om te zetten. Dat heeft verschillende voordelen ten opzichte van transformatorgebaseerde omvormers.

Ten eerste zijn transformatorloze omvormers efficiënter omdat ze geen energie verliezen tijdens het transformatieproces. Ten tweede zijn transformatorloze omvormers kleiner en lichter dan transformatorgebaseerde omvormers, waardoor ze gemakkelijker te installeren zijn. Ze zijn ook minder duur omdat ze geen transformator gebruiken.

De meeste TL-omvormers worden tegenwoordig ook geleverd met MPPT, waardoor ze zeer effectief zijn als het gaat om stroomlevering. Transformatorloze omvormers voor zonne-energie missen echter de isolatieveiligheid die transformatoren bieden, wat een probleem kan zijn. Moderne modellen zijn echter uitgerust met technologieën om hiermee om te gaan.

Deel van een zuivere sinus omvormercircuit voor zonne-energie
Deel van een zuivere sinus omvormercircuit voor zonne-energie
Bron: https://www.youtube.com/watch?v=LVstIU2l5E4

Pure Sine Wave omvormer vs. Gewijzigd

De golfvorm van een PV omvormer voor zonne-energie bepaalt ook hoe deze werkt. De twee meest voorkomende soorten golfvormen zijn zuivere sinus en gemodificeerde sinus. Hoewel dit zelden voorkomt, kunt u ook omvormers met vierkante golven tegenkomen. Lees hieronder meer over de 3 soorten omvormers en hoe ze werken.

Zuivere sinusomvormer

De uitvoer van een zuivere sinus omvormer voor zonne-energie is een perfecte sinusgolf. Dit is dezelfde soort golfvorm die wordt geproduceerd door nutsbedrijven (soms zelfs beter). Zuivere sinusomvormers zijn duurder dan andere soorten omvormers (en complexer), maar ze zijn ook efficiënter en hebben een betere stroomkwaliteit.

Een zuivere sinusomvormer voor zonne-energiesystemen is de beste keuze voor een back-up stroomsysteem: hij levert schone, betrouwbare stroom voor al je gevoelige elektronica. Ze zijn het meest geschikt om gevoelige apparaten of gemotoriseerde apparatuur zoals pompen en ventilatoren van stroom te voorzien.

Gewijzigde sinusomvormer

De uitvoer van een gemodificeerde sinusomvormer voor zonne-energie heeft de vorm van een trap. Dit type golfvorm is goedkoper dan een zuivere sinusomvormer voor zonne-energie, maar is ook minder efficiënt en heeft een lagere stroomkwaliteit. Omvormers met gemodificeerde sinus worden daarom meestal gebruikt in toepassingen waar de stroomkwaliteit niet zo belangrijk is.

Het belangrijkste voordeel van gemodificeerde sinusomvormers is dat ze meestal goedkoper zijn dan zuivere sinusomvormers. Hun aangepaste golfvorm kan er echter voor zorgen dat sommige elektronische apparatuur minder efficiënt werkt of meer warmte produceert. Over het algemeen zijn ze bruikbaar in toepassingen met een laag vermogen.

Vierkante golf omvormer

De uitgangsspanning van de omvormer voor zonne-energie verandert in dit geval abrupt van piek positief naar piek negatief, waardoor een vierkante golfvorm ontstaat. Dit type golfvorm is het meest basaal en het goedkoopst om te produceren. Maar net als de gemodificeerde sinusvormige types kunnen deze omvormers ervoor zorgen dat veel elektrische apparaten oververhit raken of minder efficiënt werken.

PCB van een driefasige omvormer voor zonne-energie
PCB van een driefasige omvormer voor zonne-energie
Bron: https://www.eeworldonline.com

Eenfasige vs driefasige omvormer voor zonne-energie

Een omvormer voor zonne-energie is ook een eenfasig of een driefasig apparaat. De enkelfasige omvormer voor zonne-energie heeft slechts één ingangsspanning, terwijl een 3-fasige omvormer voor zonne-energie er drie heeft. Eenfasige omvormers worden meestal gebruikt in residentiële zonnesystemen omdat ze minder duur zijn en meer dan voldoende om een huis van stroom te voorzien. Driefasige omvormers voor zonne-energie worden meestal gebruikt in commerciële zonne-energiesystemen of zeer grote residentiële systemen.

Eenfasige omvormer voor zonne-energie

Een enkelfasige omvormer voor zonne-energie is het meest eenvoudige en gebruikelijke type. Hij produceert eenfasige output van de zonne-energie, waardoor hij zeer geschikt is voor kleine belastingen zoals die in een huis of klein kantoor. Het nadeel van een eenfasige omvormer voor zonne-energie is dat deze alleen bepaalde soorten apparatuur van stroom kan voorzien.

Driefasige omvormer voor zonne-energie

Een 3-fasige omvormer voor zonne-energie is complexer dan een 1-fasige omvormer voor zonne-energie en produceert drie verschillende uitgangsstromen van de DC-ingang. Deze produceren meer vermogen en zijn het meest geschikt voor grotere belastingen, zoals die in een industriële omgeving. Zoals je kunt verwachten, is de 3-fasige omvormer voor zonne-energie meestal duurder en complexer om te ontwerpen en te bouwen.

Conclusie

De werking die verantwoordelijk is voor de DC naar AC conversie van de omvormer voor zonne-energie kan verschillende vormen aannemen en verschillende componenten vereisen. Over het algemeen maakt de technologie van de omvormer voor zonne-energie tegenwoordig gebruik van halfgeleiders. Verschillende werkingsprincipes van omvormers hebben verschillende voor- en nadelen. Deze worden in dit artikel beschreven. Gebruik de informatie om het meest geschikte type omvormer te vinden voor je zonne-energiesysteem.

Inhoudsopgave
Categorie

Vraag een gratis offerte aan

nl_NLNederlands