Het testen van zonnepaneel omvormers

Een zonnepaneel omvormer moet aan een groot aantal eisen voldoen voordat hij vermogen mag leveren. Dat geldt zowel voor netgekoppelde omvormers als voor omvormers die functioneren binnen een micro grid‑opstelling. Deze eisen omvatten zowel technische als veiligheidsaspecten. In het geval van een aansluiting op het openbare elektriciteitsnet komen daar bovendien de relevante netcode‑eisen bij. Voor grotere installaties (>3×80A) gelden zwaardere eisen dan voor kleinere systemen.

Om die reden worden omvormers doorgaans onderverdeeld in vier categorieën:

Deze vermogensklassen kunnen per land verschillen, afhankelijk van de lokale regelgeving. Dat staat los van de netcode‑eisen, die eveneens per land variëren.

Daarnaast bestaat er een aparte categorie omvormers die gekoppeld kunnen worden aan een batterij. Deze systemen maken tijdelijke opslag mogelijk van energie die op dat moment niet wordt verbruikt, of kunnen juist extra vermogen leveren ter ondersteuning van de afname.

We gaan met deze pagina’s specifiek in op de veiligheidseisen en netcodes van verschillende landen. Wel bespreken we de functionele testen die op omvormers worden uitgevoerd en de apparatuur die daarvoor nodig is.

Een solar omvormer installatie bestaat uit meerdere onderdelen

Zonnepanelen
De zonnepaneel omvormer
Eventueel een batterij opslag systeem
Een grid of micro grid aansluiting

Voor alle onderdelen in deze installatie hebben we specifieke oplossingen maar hier gaan we specifiek in op het testen van de omvormer.
(zie gerelateerde onderwerpen onderaan deze pagina voor de verwijzingen naar zonnepanelen testen, batterij testen en AC micro grid simulatie)

Om de zonnepaneel omvormer eenvoudig te kunnen testen onder herhaalbare constante omstandigheden als hoeveelheid licht en de temperatuur, maken we gebruik van simulatie apparatuur voor zonnepanelen, batterijen en de grid of microgrid.
Optioneel kan er ook gebruik worden gemaakt van een temperatuur kamer om zo ook extreme temperatuur omstandigheden te kunnen simuleren.

Een grid of een micro grid installatie?

Even ter verduidelijking; bij een grid gekoppelde aansluiting is de omvormer gekoppeld aan het elektriciteit net. De spanning en frequentie van de omvormer zijn hierbij afhankelijk van de netspanning en frequentie. De omvormer moet hierbij synchroniseren met het net alvorens vermogen te mogen leveren.
Bij een micro grid is de installatie volledig los gekoppeld van het net. De spanning en frequentie worden in de omvormer zelf gegenereerd en die is dan uiteraard weer afhankelijk van de aan te sluiten apparatuur in het land waar deze wordt geïnstalleerd.

Het gevolg hiervan is wel dat we twee verschillende testopstellingen hebben afhankelijk van een grid aansluiting of een micro grid toepassing. Dit werken we beide uit in de volgende pagina’s.

Voor het testen van een zonnepaneel omvormer hebben we dus nodig:

Zonnepanelen simulatie
Optioneel een batterij simulatie
Een AC grid emulator of een AC load (micro grid)
En voor de nauwkeurige meetresultaten een goede meer-kanaals vermogens meter.

Zonnepanelen simulatie

Voor zonnepaneel simulatie gebruiken we een snelle DC voeding met specifieke software om zo gemakkelijk de IV curves van de verschillende fotovoltaïsche materialen te genereren. Voor de lage vermogens zijn dit vooral ook snelle DC voedingen om straks ook de Maximum Power Point Tracking testen goed te kunnen uitvoeren.

TTMS heeft in haar productportfolio zonnepaneel simulatoren van een paar honderd watt oplopend tot modulaire systemen van zelfs 10MW. De verschillende modellen worden in een later stadium per vermogens categorie nader belicht.

De DUT

We splitsen de omvormers dan op in vier categorieën.
– micro omvormers in de range van mW tot ongeveer 1500W
– kleine enkel fase en drie fase omvormers van 1000W tot 11kW
– de wat grotere 3-fase omvormers in de range van 10kW tot zo’n 55kW
– de grote 3-fase omvormers van 55kW en meer

Hieronder wordt elke categorie verder uitgesplitst.

Optioneel een batterij simulatie

Voor batterij simulatie gebruiken wij een bi-directionele voeding. TTMS heeft in haar productportfolio bi-directionele voedingen van drie leveranciers in de vermogens categorieën van een paar honderd watt oplopend tot modulaire systemen van zelfs 10MW. De verschillende modellen worden in een later stadium per vermogens categorie van de omvormer, nader belicht.

Een AC grid of een AC load (micro grid)

Als AC grid emulator is noodzakelijk om zowel de spanning als de frequentie van het net te simuleren. Dat kan op zich ook met een AC voeding maar een AC voeding kan geen vermogen absorberen. Dan heeft u dus naast de AC voeding ook een AC load nodig. Tegenwoordig zijn er echter ook AC grid emulatoren beschikbaar waarmee u eenvoudig een negatieve stroom (stroom afname van de DUT) kunt instellen.

Bij een micro grid toepassing wordt de spanning en frequentie bepaald door de omvormer zelf. Dan heeft u dus geen AC grid emulator nodig maar een (regeneratieve) AC belasting. Afhankelijk van de verschillende testen zijn er daarnaast wat specificaties die u hierbij kunnen helpen. Denk aan een instelbare Power Factor en een instelbare uitgangsimpedantie voor bijvoorbeeld de Anti-Island testen.

TTMS heeft in haar productportfolio grid emulatoren beschikbaar van twee leveranciers in de vermogens categorieën van 2k watt oplopend tot modulaire systemen van > 1MW. Er zijn ook specifieke grid emulatoren beschikbaar met een hoog spanningsbereik (0-1050Vl-n) voor extreme toepassingen.

Voor de micro grid toepassing heeft TTMS AC belastingen van drie verschillende leveranciers waarvan vele ook met een regeneratieve power functie (vermogen wordt terug geleverd aan het net). De verschillende modellen worden in een later stadium per vermogens categorie van de omvormer, nader belicht.

Een goede meer-kanaals vermogens meter

Voor de testen moet u uitgebreid de spanning, stroom en frequentie meten. In de meeste DC voedingen en AC grid emulatoren / AC belastingen zijn deze gegevens ook beschikbaar in de unit zelf. Maar wilt u nauwkeurige metingen, en die zijn echt noodzakelijk als u bijvoorbeeld ook efficiëntie metingen wilt uitvoeren, dan heeft u een goede meerkanaals vermogens meter nodig. Dit is ook handig voor power factor metingen en het meten van harmonische.

TTMS heeft ook een breed programma aan vermogens meters en stroom sensoren, om deze testen van kleine tot grote vermogens uit te voeren.

Lees meer op de onderstaande pagina’s: