Maart 2023
Wanneer omschakelen naar een 3-fasen omvormer?
Hot topic
Met de opmars van zonnepanelen en elektrische installaties worden vaker huisaansluitingen aangepast van 1-fase naar 3-fasen. Is het nu zinvol om ook de pv-omvormer te vervangen door een 3-fasen type? Wat gebeurt er als je dat niet doet en waar moet je dan op letten?
Een pv-installatie die slechts bestaat uit enkele pv-panelen heeft een beperkt vermogen. Omvormers tot circa 2 kW zijn vaak alleen in 1-fase uitvoering verkrijgbaar, tot circa 3 kW wordt vaak voor een 1-fase omvormer gekozen omwille van de prijs of omdat er een 1-fase huisaansluiting aanwezig is bij de aansluiting. Voor omvangrijkere pv-installaties met een vermogen groter dan 3 kW wordt in het algemeen een 3-fasen omvormer geïnstalleerd.
1. Spanningsverlies (Bron Anton Kerkhofs)
Voor en nadelen
Als wordt gekozen voor een 1-fase omvormer is de stroom bij een gelijk vermogen circa een factor √3 (=1,73) groter dan bij een 3-fasen omvormer. Een grotere stroom heeft twee gevolgen:
• Spanningsverlies – Stel dat een 1-fase omvormer een stroom levert van 12 A. Voor de leiding van de omvormer naar de meterkast wordt een 3 x 2,5 mm2 toegepast met een lengte van 18 m. De weerstand van deze leiding bedraagt (36 m x 0,0175 Ω⊇mm2/m): 2,5 mm2 = 0,25 W. Dat levert inclusief de verbindingen een weerstand op van circa 0,35 Ω. Als door deze geleider 12 A loopt, dan ontstaat er een spanningsverlies van 12 A x 0,35 Ω = 4,2 V. Als zou zijn gekozen voor een 3-fase omvormer dan zou het spanningsverlies bedragen (bij dezelfde doorsnede geleiders): 12 : √3 = 6,93 A -> 6,93 A x 0,35 Ω = 2,43 V
• Energieverlies – dit kan als volgt worden berekend: E = I2 x R x t, uitgaande van 1.550 zonne-uren in Nederland (bron: KNMI). Bij een 1-fase omvormer: E = 12 A2 x 0,35 x 1.550 = 78 kWh. Bij een 3-fasen omvormer: E = 6,932 x 0,35 x 1.550 = 26 kWh. In realiteit zal de zoninstraling niet constant zijn, de stroom zal fluctueren, maar het verschil blijft een factor 3!
Bij de huidige kWh prijs van ruim 50 ct/kWh geeft deze berekening inzicht in het hoge energieverlies dat in deze dunne kabel bij een 1-fase en 3-fasen omvormer plaatsvindt. Als een kabel van 6 mm2 wordt gekozen in plaats van een 2,5 mm2, is het spanningsverlies en energieverlies slechts 41 procent van de eerder vermelde waarde. Een pv-installatie aanleggen met 2,5 mm2 is goedkoper in aanleg, maar hier geldt nadrukkelijk goedkoop is duurkoop.
Een 3-fasen omvormer (links) heeft in een 3-fasen installatie een factor √3 spanningsverlies en een factor 3 minder energieverlies dan een 1-fase omvormer. De meeste woning pv-installaties hebben een 1-fase omvormer (rechts).
Gevolgen van spanningsverlies
Evenredig met de weerstand van de leiding tussen de omvormer en de meterkast is het spanningsverlies over deze leiding. Voor pv-installaties is 1 procent (2,3 V) spanningsverlies acceptabel. Meer dus niet, zoals ook uit de voorgaande berekening bleek. Maar waarom niet?
Een omvormer kan alleen maar energie leveren aan het distributienet als hij de spanning hoger inregelt dan die in de meterkast (en de meterkast ten opzichte van de distributietransformator van het netbedrijf). Stel dat de spanning in de meterkast op een zomerdag (wanneer de buren ook elektriciteit leveren aan het distributienet, 245 V bedraagt, dan moet de 1-fase omvormer uit het voorbeeld de spanning opregelen tot 249,2 V. Dat is bijna de waarde van de spanning waarbij hij in storing gaat en uitschakelt. Meestal gebeurt dit bij 250 V. En dit gebeurt op zomerdagen regelmatig bij sommige pv-eigenaren. Om bij een 1-fase omvormer uitschakeling te voorkomen de volgende tips:
• Kies altijd een leiding tussen omvormer en meterkast met grote doorsneden (≥ 6 mm2) ook al is de stroom beperkt.
• Een 3-fasen omvormer heeft in een 3-fasen installatie een factor √3 spanningsverlies en een factor 3 minder energieverlies (bij gelijke doorsnede leiding) en heeft dus altijd de voorkeur.
Als de meterkast 3-fasen is uitgevoerd, meet dan op een zonnige zomerdag (zonder pv en ingeschakelde toestellen) de netspanning op elke fase. Sluit de omvormer aan op de fase met de laagste spanning. Buren zullen dan wellicht op een andere fase pv-energie leveren.
Energie-efficiëntie
De salderingsregeling gaat op termijn vervallen. Elke kWh die wordt opwekt met de pv-installatie wordt dan niet meer verrekent met het kWh-verbruik. Als er geen batterij-systeem wordt toegepast is het zinvol om te beoordelen welke elektrische toestellen op welke van de drie fasen zijn aangesloten. Ga dan na welke elektrische toestellen overdag (als de zon schijnt) vooral elektriciteit verbruiken. Sluit deze toestellen aan op dezelfde eindgroep waarop ook de pv-omvormer wordt aangesloten. Wellicht de groep met de warmtepomp of het pc-systeem als u overdag thuis werkt. Slimme systemen (wasmachine) kunnen ook worden ingeschakeld als de energieopwekking groter is dan de momentele behoefte.
Tekst: Anton Kerkhofs
Fotografie: SolarClarity