Metingen aan PV installaties

Transcriptie

1 Metingen aan PV installaties KWx Meetinstrumenten Telefoon Pagina 1

2 1 Inleiding Normen en richtlijnen Meten en PV installaties Meetcategorie PV installaties Specifiek veiligheidsprobleem: een PV generator kan niet worden uitgeschakeld Specifiek veiligheidsprobleem: DC vlambogen Veilig werken Specifiek veiligheidsprobleem: de stroom van een PV paneel is gelimiteerd Aardlekbeveiliging Metingen aan PV installaties AC zijde van het PV systeem Circuitimpedantie: beveiliging tegen overstroom Aardlekbeveiliging Isolatieweerstand Vereffening Samenvatting metingen AC zijde Metingen aan de DC zijde van het PV systeem Beschermingsmaatregelen voor PV panelen en strings Beveiliging tegen bliksem Aarding en potentiaalvereffening Functionele aarde Isolatieweerstand tussen actieve DC delen en aarde Invloed van lekstromen op de isolatieweerstandsmeting Lekstromen en isolatieweerstandsmeters DC spanning en stroom meting Open circuit spanning (Uoc) en kortgesloten circuit stroom (Isc) Functionele tests STC waarden Berekening van Rs Beïnvloedingsfactoren PV installaties I-V curve test I-V curve test Typische fouten en het effect op de I-V curve Normale I-V curve Meetfouten Fouten in PV modules en strings Prestatie en efficiency van PV systemen Volgorde van metingen Voorbereidingen op de meting Meetvolgorde voor een volledige test Power Quality en PV installaties Spanningsniveau Resonantie Pagina 2

3 10.3 Controle kwh meter Inspectie van PV installaties met behulp van thermografie Thermografie en PV installaties PV Mast Drone Testinstrumenten voor PV installaties MI3108 EurotestPV en de MI3109 EurotestPV Lite Meetfuncties Eurotest PV Eigenschappen Eurotest PV Evomex Solarmex Links en referenties Pagina 3

4 1 Inleiding PV systemen kunnen bijna gezien worden als een nieuw vakgebied. Vanuit diverse disciplines worden PV installaties geïnstalleerd en aangesloten op de elektrische installatie. Het is de vraag of de benodigde voorzieningen in aarding en voorzieningen in de meterkast worden uitgevoerd en gecontroleerd. Hoewel het bouwkundige deel niet het natuurlijke domein van de elektrotechnisch installateur is mag deze toch als het aankomt op elektrotechnische werkzaamheden nadrukkelijker zijn (of heel soms haar) rol opeisen. Dit document is samengesteld vanuit het oogpunt van metingen en inspecties. Juist bij PV installaties is er een behoefte aan inspecties, bij oplevering en periodiek. Hoewel op de kwh meter en de energierekening de positieve bijdrage van de PV installatie af te lezen valt kan deze niet worden vergeleken met andere perioden. Het weer is ieder jaar weer anders. Meten is daarom van belang om de vaak kostbare investering te bewaken. Ook de omgeving verandert, in 5 jaar tijd kan een boom zodanig groeien dat er een schaduw of een gedeeltelijke schaduw over de panelen valt, wat leidt tot grote rendementsverliezen. In dit document behandelen we enkele van de aan elektriciteit gerelateerde veiligheidsproblemen bij PV installaties. Andere gevaren zoals de mechanische veiligheid, dakconstructies en het werken op hoogte worden niet behandeld. Hoewel het document met de nodige zorg is samengesteld moet dit niet gezien worden als bindend of als normgeving. Hiervoor verwijzen wij naar de geldende normen en voorschriften zoals het Bouwbesluit, NEN 1010, NEN 3140 en NTA. Over de tweede versie Deze versie is in Januari 2015 herzien naar aanleiding van opmerkingen en het uitkomen van Blad 65 van de NPR Belangrijke wijzigingen zijn aangebracht in de gedeelten met betrekking tot aarden en aardlekschakelaars. Mocht u vragen of opmerkingen hebben, dan vernemen we deze graag. Kees Compaan KWx BV Februari 2015 Pagina 4

5 2 Normen en richtlijnen Een overzicht van normen en richtlijnen met betrekking tot PV systemen: - IEC 60904, norm voor bepaling van STC waarden - EN 50524, specificatie van omvormers - De NEN 1010 gaat in deel 712 in op de specifieke, aanvullende eisen aan PV systemen. - In de NEN 3140 worden de algemene eisen met betrekking tot veilig werken genoemd - De NTA 8013:2003 Procedure voor het controleren van zonnepanelen is een beschrijving van de benodigde documenten en metingen bij oplevering van een PV installatie. - IEC (of NEN-EN-IEC 62446:2009 en) Net gekoppelde fotovoltaïsche systemen - Minimale eisen voor systeemdocumentatie, opdragen van beproevingen en inspectie. - Blad 65 van de NPR 5310 Aansluiten van PV systemen (Januari 2015). Aanvulling of afstemming van normen was en is noodzakelijk. Het is duidelijk dat normen zoals NEN 1010, NEN 3140 en NTA 8013:2003 aanvulling kunnen gebruiken. In 2015 is er een nieuw Blad 65 van de NPR 5310 uitgekomen met daarin een nadere uitwerkingen van de bepalingen in de NEN Dit is een goede start voor verdere afstemming van richtlijnen en laat zien dat de NEN 1010 op onderdelen aangevuld en verduidelijkt kan worden. Met het verschijnen van het NPR zal de NTA 8013 op de achtergrond raken. In deze NTA 8013 misten we een groot aantal metingen die met de huidige PV testinstrumenten goed kunnen worden uitgevoerd. In de NTA 8013 worden alleen Isc en Uoc per string gemeten. Op de inverter vindt geen meting plaats en worden momentele waarden afgelezen. De IEC is de internationale norm voor de oplevering en deze beschrijft documentatie, opleveringstesten en inspectie. Voor onze bijdrage aan Blad 65 hebben we de IEC als basis genomen voor het gedeelte over documentatie, oplevering en inspectie. Ook in dit document komen een aantal metingen aan de orde op basis van de IEC die, als aanvulling op de NTA 8013, voor een veilige en duurzame installatie kunnen dienen: - Isolatieweerstand DC zijde - Automatische berekening van STC waarden - I-V curve De I-V curve meting is een waardevolle meting maar wordt door IEC niet vereist maar wel als mogelijkheid aangegeven. Daarom is deze I-V curve ook als aanbevolen meting opgenomen in Blad 65. Bestaande metingen voor het opleveren van elektrische installaties volgens NEN 1010 gelden uiteraard voor de PV installatie, zoals: - Isolatieweerstand AC zijde - Circuitimpedanties Zs en Zi - Aardlekschakelaartest - Aarding en potentiaalvereffening - Spanning en spanningsverlies Pagina 5

6 3 Meten en PV installaties Meetcategorie PV installaties PV systemen worden gezien als onderdeel van de laagspanningsinstallatie. Het PV paneel valt in CAT I, er worden geen overspanningen of transiënte spanningen verwacht in de DC stroomkringen van het systeem. Standaard PV installaties zijn aangesloten op de installatie en vallen daarmee in meetcategorie CAT II en CAT III. PV systemen kunnen veel energie genereren, spanningen kunnen tot 1000 V stijgen en de stroom kan meer dan 10A zijn. Er dient gelet te worden op de veiligheid wanneer PV systemen getest worden. Maatregelen voor het werken onder of in de nabijheid van een hoge spanning dienen genomen te worden. Zie hiervoor de bepalingen in de NEN Specifiek veiligheidsprobleem: een PV generator kan niet worden uitgeschakeld De hoge spanning van een PV module, string of array kan niet eenvoudig worden uitgeschakeld. Als er overdag gewerkt wordt dient de installateur er rekening mee te houden dat de PV generator permanent spanning levert. Installateurs moeten veiligheidsmaatregelen strikt in acht nemen. Sommige werkzaamheden moeten worden verricht terwijl er een hoge spanning aanwezig is. Ook bij het zoeken naar storingen en het verhelpen van storingen is kennis van systemen en de daaraan gerelateerde veiligheidsrisico s een voorwaarde. Juist tijdens storingen verdient veiligheid bijzonder veel aandacht Specifiek veiligheidsprobleem: DC vlambogen Het schakelen van gelijkstromen (DC) is vele malen moeilijker dan het schakelen van wisselstromen (AC). Wanneer een stroom vloeit wordt er energie opgeslagen in het magnetische veld van de stroomkring. De magnetische energie is proportioneel met de inductiviteit van de stroomkring. In een PV paneel vormt de inductantie van de bedrading het merendeel van de totale inductantie. Dit is de reden waarom de (+) en de (-) geleider parallel moeten liggen. L I2 W = 2 W = Magnetische energie in de stroomkring L = Inductantie I = stroom Pagina 6

7 Wanneer een contact verbroken wordt kan de magnetische energie niet zomaar verdwijnen en de stroom kan niet zomaar stoppen. Een spoel werkt stroomverandering tegen. De magnetische energie genereert een geïnduceerde spanning. Een spanningspiek ontstaat dus zodra de contacten van elkaar los gaan. In het begin is deze afstand kort, de geïnduceerde spanning zorgt voor een ontlading en daarmee een vlamboog tussen de contacten. Hierdoor blijft de stroom vloeien, door de lucht. Als de afstand groter wordt, wordt ook de vlamboog langer. Een 50 Hz (AC) stroom gaat per seconde 100 keer door de nul. Wanneer de stroom nul is zal de vlamboog automatisch doven. Echter een DC stroom gaat niet door de nul. De vlamboog houdt de verbinding van lage impedantie in stand. De stroom zal blijven lopen tot de afstand lang genoeg geworden is. In een DC systeem met spanningen tot enkele honderden volts kan deze afstand meerdere centimeters zijn! De energie in grote vlambogen (lage afstand, hoge stroom) kan in meerdere kilowatts bedragen en kan schade en brand veroorzaken. Er is geen eenvoudige manier om dit fenomeen te verhelpen. Slechte contacten, een slechte kwaliteit componenten en apparatuur en een niet vakkundige montage kunnen ongewilde vlambogen tot gevolg hebben met brandrisico als gevolg. Het is belangrijk dat alle veiligheidsvoorzieningen aan de DC zijde correct worden gekozen en uitgevoerd. Schakelaars, relais, bekabeling, zekeringen en andere componenten moeten geschikt zijn voor de toepassing in PV installaties. Ook meetapparatuur moet speciaal geschikt zijn voor het meten aan PV installaties. Er staat immers altijd spanning op de DC-polen Veilig werken In de NEN 3140 wordt voor elektrische installaties omschreven dat spanningsloosheid gecontroleerd moet worden met een tweepolige spanningsaanwijzer ( ). Ook voor de DC zijde van PV installaties geldt de NEN 3140, de DC spanning is niet veilig. De grens voor een veilige spanning ligt voor AC op 50 V en voor DC op 120 V. Hoewel de spanningen kunnen variëren is de stroom het meest gevaarlijk vanwege de kans op een vlamboog. Aanbevolen wordt om stroomloosheid te controleren voorafgaand aan het onderbreken van verbindingen. Dit geldt vooral in complexe installaties met meerdere strings. De stroomloosheid kan gemeten worden door middel van een stroomtang met een DC meetbereik. Als voorbeeld hiernaast de F203 van Chauvin Arnoux (KWx). Pagina 7

8 3.1.5 Specifiek veiligheidsprobleem: de stroom van een PV paneel is gelimiteerd Een standaard wisselspanningsnet is een spanningsbron met een relatief lage impedantie. Als zich een kortsluiting voordoet (tussen actieve geleiders onderling of naar aarde) zijn de kortsluitstromen in de regel vele malen hoger dan de normale of nominale stromen. Een PV paneel (of PV generator) gedraagt zich meer als een stroombron. Er is slechts een klein verschil tussen een normale stroom en een kortsluitstroom. De maximale stroom is afhankelijk van de omgevingsfactoren (instraling, temperatuur, wind). Een kortsluitstroom in de morgen is veel lager dan een normale bedrijfsstroom op het midden van de dag. Onderstaande figuur toont gemeten I-V curves van een PV module voor verschillende niveaus van instraling. I RR [W/m 2 ] I sc [A] I MPP [A] ,75 8, ,11 7, ,26 5, ,28 4,00 Hieruit blijkt: - dat het verschil in stroom voor een 50% verandering van lichtintensiteit ongeveer 50% is. - dat het verschil in stroom voor Isc (stroom die zou stromen in foutcondities) en IMPP (normale bedrijfsstroom) op hetzelfde niveau van lichtintensiteit minder dan 10% is. Vanwege het bovenstaande heeft de overstroombeveiliging in PV systemen niet dezelfde functie als in AC systemen. Een zekering zal niet doorbranden in geval van een kortsluiting tussen dc geleiders of een sluiting naar de aarde. De bescherming tegen Pagina 8

9 kortsluiting is meer gebaseerd op juiste dimensionering van de componenten van de PV installatie. In het algemeen doorstaan PV-modules, kabels en verbindingen alle mogelijke foutstromen zonder schade. In de NEN 1010, bepaling wordt aangegeven dat beveiliging tegen overbelastingsstroom achterwege mag blijven als de leidingen in strings en arrays en hoofdleidingen een toelaatbare stroom hebben van meer dan 1,25 I SC STC. Niet genoemd in de NEN 1010 is een uitzondering waarbij PV systemen met meer dan twee strings parallel zijn geschakeld. In dit geval kan de foutstroom in een string (door een sluiting of een andere fout) hoger zijn dan de nominale stroom van de string. Een zekering met een nominale waarde van 1,25 Isc STC (van een string) aan de uitgang van de string zou doorbranden en daarmee het systeem beveiligen tegen oververhitting. Voorbeeld toont een situatie met een foutstroom van 3 Isc. Een effectieve beschermingsmaatregel is ook om een blokkerende diode plaatsen in de string. In strings met een blokkerende diode kan de stroom niet hoger zijn dan 1,25 IscSTC (van een PV-string). Een nadeel is dat er voorbij de diode nog een grote stroom kan gaan lopen. Ook leveren de dioden een extra energieverlies op Aardlekbeveiliging Een van de eigenschappen van PV panelen is de capaciteit tussen de polen en naar aarde. Deze is afhankelijk van: - Type paneel Pagina 9

10 - Vocht (condens) - Aantal panelen Door deze capaciteit ontstaat bij toepassing van transformatorloze omvormers een DC lekstroom. Als de draagconstructie voorzien is van een beschermende vereffening vloeit deze stroom weg naar aarde. Bij het ontbreken van beschermende vereffening kan deze stroom gaan vloeien via andere paden of bij aanraking. De omvormer meet de reeds vloeiende lekstroom tijdens het inschakelen van de omvormer. Mits deze niet te hoog is, wordt deze waarde van de lekstroom in de beveiliging van de omvormers ingesteld als IST waarde (momentele waarde). Vervolgens zal een afwijking van meer dan 30 ma ervoor zorgen dat de omvormer uitschakelt. Een constant vloeiende DC lekstroom van 10 ma kan dus door de omvormer worden geaccepteerd. Standaard Type A aardlekschakelaars kunnen bij een DC lekstroom groter dan 6 ma in verzadiging raken. De aardlekschakelaar schakelt dan mogelijk niet meer binnen de gestelde grenzen uit. De hierboven geschetste lekstroom van 10 ma DC kan hier dus de oorzaak van zijn. Het kan daarom in sommige gevallen noodzakelijk zijn een RCD Type B (gelijkstroom gevoelig) toe te passen. Dit geldt dus voor transformatorloze omvormers. Omvormers met een transformator en dus een scheiding kennen het probleem van de lekstroom niet. Ook kan een verklaring van de fabrikant dat het PV-systeem (omvormer en panelen) geen hogere DC aardstroom kan genereren dan 6 ma kan voorkomen dat een relatief dure Type B aardlekschakelaar moet worden toegepast. Zie hiervoor het schema in Blad 65. Let op: de fabrikantverklaring betreft omvormer en panelen. Vaak gaven fabrikanten slechts een verklaring aangaande de door de omvormer gegenereerde lekstroom. Hierin is dan niet de lekstroom van panelen meegenomen. Moet een aparte PV groep beveiligd worden door een aardlekschakelaar? Met name bij een TT stelsel kan dit noodzakelijk zijn wanneer de aardcircuitweerstand hoger is dan circa 2 Ohm (afhankelijk van de beveiliging, zie NEN 1010). In de omvormer is een RCD functie opgenomen. Tóch moet dan het leidinggedeelte van verdeler naar omvormer beveiligd worden door een aardlekschakelaar (RCD). En afhankelijk van de omvormer zal dat een Type A of Type B RCD moeten worden. Pagina 10

11 4 Metingen aan PV installaties 4.1 AC zijde van het PV systeem De AC zijde van de installatie is het gedeelte tussen de PV omvormer en de verdeelinrichting. De spanningen en stromen zijn bij correct functioneren sinusvormig en wat dat betreft gelijk aan de rest van de installatie. Het feit dat de energie in de omgekeerde richting loopt, van PV omvormer naar de verdeelinrichting is niet van invloed op de veiligheidsprincipes. Ook voor dit gedeelte van de installatie gelden de bepalingen in de NEN Deze bepalingen worden omschreven in deel 712 van de NEN In Blad 65 van de NPR 5310 worden deze verder uitgewerkt Circuitimpedantie: beveiliging tegen overstroom Voor de beveiliging van het AC circuit geldt dat de impedantie voldoende laag moet zijn om de beveiliging (zekeringen of automaten) op tijd te laten aanspreken. Om dit te controleren dienen de Zs (impedantie L-PE) en de Zi (impedantie L-N) gemeten te worden. Het spanningsverlies (meetfunctie op Eurotest PV tester en Eurotest XE BT installatietester) kan worden gemeten om een te hoge spanningsval te signaleren. Uiteraard is een spanningsverlies over de bekabeling van invloed op het rendement van de totale PV installatie. De grenswaarde voor spanningsverlies is elektrische installaties conform NEN 1010 (525.1) is gesteld op maximaal 5% van de nominale spanning. Vanwege rendement en spanningsopdrijving verdient het de aanbeveling om dit verlies de minimaliseren en waar mogelijk een grenswaarde van 1% te hanteren. Ook spanningsopdrijving is een gevolg van de circuitimpedantie Zi. Bij een te hoge spanning (voor Nederland geldt 253 V) zal de omvormer moeten afschakelen. Zie hoofdstuk Aardlekbeveiliging Indien er een aardlekbeveiliging is toegepast zal deze beveiliging getest moeten worden. Het wordt aanbevolen om een automatische test uit te voeren waarbij getest wordt op het niet trippen van de beveiliging tot ½ Inom, het uitschakelen bij Inom, bij 5 Inom en bij een stijgende foutstroom. Het is aan te bevelen een Type B aardlekschakelaar toe te passen voor beveiliging van DC lekstromen. Het testinstrument dient hier tevens voor geschikt te zijn. In Figuur 2 van Blad 65 van NPR 5310 staat een keuzeschema vermeld voor het bepalen van het type aardlekschakelaar. Belangrijke criteria hierin zijn het type omvormer (trafo omvormer of trafo loos), het stelsel en een eventuele verklaring van de fabrikant dat het PV systeem niet meer dan 6 ma lekstroom levert. Deze criteria dienen te worden gecontroleerd Isolatieweerstand In het AC gedeelte van de installatie dient de isolatieweerstand gemeten te worden. Deze test dient te worden uitgevoerd met een meetspanning van 500Vdc en de grenswaarde hierbij is 1 MOhm. Voor deze meting moet dit gedeelte van de installatie spanningsloos zijn. Ook verdient het de aanbeveling de PV omvormer los te koppelen. Dit om eventuele schade door de testspanning te voorkomen. Het beste moment om de isolatieweerstand te meten is na het aanleggen van de bekabeling en voor het aansluiten van de omvormer. Hierna kan de installatie onder (net)spanning gezet worden Vereffening Als aanraakbare delen vereffend moeten zijn zal dit door meting moeten worden gecontroleerd. Verbinding bij de omvormer met aarde kan gecontroleerd worden door een Zs (L-PE) meting uit te Pagina 11

12 voeren. Een andere mogelijkheid is het testen van de potentiaalvereffening op de Rlo stand van meetapparatuur. Deze meting wordt dan uitgevoerd met een door het meetinstrument gegenereerde meetstroom van 200 ma. Meten met een standaard multimeter (te lage meetstroom) voldoet niet Samenvatting metingen AC zijde Praktische uitwerking van metingen conform NEN voor het AC gedeelte van een PV installatie: 1. Meting isolatieweerstand Riso met een meetspanning van 500V en een grenswaarde van 1 MΩ. Meting uitvoeren met losgekoppelde PV omvormer en spanningsloze AC installatie. 2. Meting circuit impedanties Zi en Zs op binnenkomende voeding (POC, kwh meter) als referentie en in het bijzonder als referentie voor spanningsverlies (c.q. spanningsopdrijving). Meting uitvoeren van spanning voerende AC installatie en bij voorkeur uitgeschakelde omvormer. 3. Beproeving van de aardlekschakelaar (indien toegepast). Meting uitvoeren van spanning voerende AC installatie en uitgeschakelde omvormer. 4. Meting circuit impedanties Zi en Zs op PV omvormer, waarbij gelet wordt op: ononderbroken zijn van geleiders, automatische uitschakeling van de voeding en spanningsverlies (c.q. spanningsopdrijving). Meting uitvoeren van spanning voerende AC installatie en bij voorkeur uitgeschakelde omvormer Pagina 12

13 4.2 Metingen aan de DC zijde van het PV systeem Beschermingsmaatregelen voor PV panelen en strings De hoge energieën gegenereerd in de PV-panelen / string moeten veilig worden gedistribueerd naar de omvormer. Er moet een instrument voor het verbreken van de gelijkstroom aanwezig zijn. De modules of strings worden vaak beschermd met overstroom-en overspanningsbeveiliging apparaten. Beschermende maatregelen zijn als volgt: - kabels zijn dubbel geïsoleerd en moeten bestand zijn tegen ten minste 1,25 maal Uoc nom - kabels, connectoren, component moeten minstens bestand zijn tegen 1,25 x Isc nom zonder oververhitting - in het geval dat lekstromen (bijv. in arrays als gevolg van een kortsluiting in een string) de 1.25x Isc nom kunnen overschrijden en een overstroombeveiliging is niet geïnstalleerd, moeten de geleiders een grotere doorsnede hebben. De kabels en de PV-module moeten tegen een hogere stroom bestand zijn. - alle aansluitingen en verbindingen moeten deugdelijk zijn, een lage weerstand hebben en geselecteerd op het juiste ampèrage. Een elektrische vlamboog in een gelijkstroomsysteem is gevaarlijker dan in a.c. installaties. - Een lijst met te inspecteren items wordt gegeven in de IEC norm. Ook Blad 65 van de NPR 5310 bevat een inspectielijst, deze is op de EN gebaseerd. Het PV testrapport in Metrel s Eurolink PRO software bevat ook de lijst van de visuele controles. - De isolatie van het PV-paneel moet worden getest met de PV-isolatie-test (zie paragraaf 4.2.4). - Een visuele inspectie moet worden uitgevoerd voor de controle van andere beschermende maatregelen Beveiliging tegen bliksem Over het algemeen wordt aangenomen dat er door het aanleggen van PV installaties geen extra risico op een blikseminslag ontstaat. Indien er reeds een bliksembeveiligingsinstallatie is moet het PV systeem hierin opgenomen zijn. Advies hierover kan gegeven worden door gespecialiseerde bedrijven in bliksembeveiliging Aarding en potentiaalvereffening PV panelen kunnen worden beschouwd als Klasse II apparaten en op basis hiervan wordt vaak gesteld dat PV panelen niet geaard hoeven te worden volgens NEN Zie hiervoor bepaling waarin de voorkeur wordt uitgesproken om materiaal van Klasse II toe te passen. Aarden is wel verplicht als de PV panelen zich bevinden in de nabijheid van een bliksembeveiligingsinstallatie. Ook wordt in Blad 65 van de NPR 5310 geadviseerd om het metalen gestel (geleidend draagframe) te aarden bij toepassing van een trafoloze omvormer. De NEN 1010 geeft in bepaling aan dat een Beschermende vereffening moet worden toegepast. In elk gebouw moeten de aardleiding, de hoofdaardklem en de volgende geleidende delen met de beschermende vereffening zijn verbonden: a) metalen leidingen voor inpandige voorzieningen, bijvoorbeeld gas en water; b) vreemde geleidende delen van de gebouwconstructie indien deze tijdens normaal gebruik bereikbaar zijn; c) metalen centrale verwarmings- en luchtbehandelingssystemen; d) metalen wapening van gewapende betonconstructies indien deze wapening bereikbaar Pagina 13

14 is en betrouwbaar doorverbonden. PV panelen en de draagconstructie zijn niet per definitie onderdeel van de gebouwconstructie. Uiteraard zijn de PV panelen en de constructie bereikbaar tijdens normaal gebruik. Reiniging door leken zal bijvoorbeeld zeer waarschijnlijk plaatsvinden. Echter beschermende vereffening is op grond hiervan niet direct en letterlijk voorgeschreven in de NEN De belangrijkste reden (Blad 65 van de NPR 5310) om te aarden is de capacitieve eigenschap van de panelen in combinatie met de afwezigheid van een galvanische scheiding bij transformatorloze omvormers. Meerdere panelen op een draagconstructie kunnen samen een lekstroom bij aanraking genereren. Dit kan een schrikreactie geven tijdens bijvoorbeeld schoonmaken van panelen of andere activiteiten in nabijheid van panelen. De huidige praktijk in Nederland is helaas dat veel panelen werden neergelegd zonder aardingsvoorzieningen of potentiaalvereffening. De aanwijzing in Blad 65 van de NPR 5310 brengt hier hopelijk verandering in. Als er een aardingsvoorziening is aangebracht dienen de verbindingen getest te worden door middel van een laagohmige weerstandsmeting Rlo (meetstroom 200 ma). Onderstaande tabel geeft de weerstanden van een aantal lengtes en doorsneden koper. Lengte van de Cu 2,5 mm 2 Cu 4 mm 2 Cu 6 mm 2 geleider (meter) mω 4.3 mω 2.87 mω mω 21.5 mω mω mω 43 mω mω mω 86 mω mω mω 215 mω mω Het meten van de beschermingsleiding kan gevaarlijk zijn als de beschermingsleiding is onderbroken en er een isolatiedefect is. Het gebruik van juiste meetinstrumenten en persoonlijke beschermingsmiddelen is hierbij van een groot belang Functionele aarde Soms kan een fabrikant van panelen, eventueel in combinatie met een omvormer, voorschrijven om panelen functioneel te aarden Isolatieweerstand tussen actieve DC delen en aarde Het is van belang de isolatieweerstand te meten van het DC gedeelte van de installatie. Dit is minimaal even belangrijk als het meten van isolatieweerstand in de AC installatie. Omdat in het DC gedeelte hoge spanningen kunnen voorkomen, met risico van brand, verdient het de aanbeveling de meting van isolatieweerstand periodiek uit te voeren. De isolatieweerstand tussen PV paneel of string en aarde (PE) dient te worden gemeten. De isolatie wordt dus gemeten tussen actieve delen en aarde. In de IEC ( ) worden twee mogelijke methodes omschreven: - Methode 1. Test tussen de negatieve (-) pool en aarde gevolgd door een test tussen de positieve (+) pool en aarde. - Methode 2. Test tussen aarde en de kortgesloten polen van het systeem. Het voordeel van methode 1 is dat er geen verbinding gemaakt hoeft te worden tussen de beide polen. De meting kan worden uitgevoerd met twee pennen. Pagina 14

15 Nadeel is dat er bij methode 1 twee keer gemeten moet worden. De testspanningen en grenswaarden zijn in beide gevallen gelijk (IEC 62446). 1.25x Uoc van PV systeem Testspanning Grenswaarde < 120 V 250 V 0.5 MΩ < 600 V 500 V 1 MΩ < 1000 V 1000 V 1 MΩ Het testinstrument (EurotestPV) kan worden ingesteld op meetspanningen van 50, 100, 250, 500 en 1000 V. Ook de grenswaarde is in te stellen. De Solarmex kan worden ingesteld op 250V, 500V en 1000V en ook de grenswaarden kunnen worden ingesteld. De aansluiting van de panelen wordt bij de EurotestPV (MI3108) gedaan via de PV Safety Probe. Deze veiligheidsprobe wordt gebruikt omdat op het systeem hoge spanningen kunnen voorkomen. Zie ook paragraaf De Eurotest PV Lite MI3109 heeft een ingebouwde PV Safety probe. Indien de panelen en ook het frame waar de panelen op liggen niet met aarde verbonden zijn verdient het de aanbeveling om de isolatieweerstand te meten tussen een van de polen en het frame. Tijdens de test is het DC gedeelte losgekoppeld van de omvormer. Dit kan door de connectoren los te koppelen van de omvormer. Als dit niet mogelijk is, verwijder dan de zekeringen en overspanningsbeveiligingen. Het schakelen van de DC schakelaar is vaak onvoldoende. Achtereenvolgens wordt de isolatie tussen de min-pool en aarde en vervolgens de plus-pool en aarde gemeten. Indien er overspanningsbeveiligingen zijn toegepast moeten deze tijdens de meting verwijderd worden. Dit om beschadiging, defecten of een onjuiste meetwaarde te voorkomen. Pagina 15

16 Grenswaarde isolatieweerstand Normale waarden voor de isolatieweerstand schommelen rond de 100 MΩ. In vochtige omstandigheden zal de waarde lager zijn, in droge omstandigheden is de waarde waarschijnlijk hoger. Volgens EN en IEC is de isolatieweerstand per m 2 oppervlak groter dan 40 M Ω m 2. Bij grotere PV installaties wordt de isolatieweerstand lager. Een paneel van 2 m 2 heeft een minimale isolatieweerstand van 20 M Ω. De isolatieweerstand van een PV installatie daalt naarmate er meer PV panelen zijn opgenomen. R iso paneel R iso = aantal panelen In bovenstaande formule is isolatieweerstand (lekstroom) van inverter en bekabeling niet meegenomen. Veel omvormers zijn momenteel ingesteld op een isolatieweerstand van 200 kω. Dit is echter een minimum waarde en deze moet hoger liggen naarmate de installatie kleiner wordt. Risico van Methode 2 Methode 2, met kortgesloten polen van de PV generator, kent een veiligheidsrisico. Het maken van een kortsluiting is geen gevaar. Het verbreken van de sluiting echter wel! Tijdens het verbreken van de kortsluiting kunnen DC vlambogen ontstaan. Dit is gevaarlijk voor ogen en er is de kans op brandwonden en ontstaan van brand. De meting daarom alleen uitgevoerd worden met een schakelaar, geschikt om DC kortsluitstromen te schakelen. Vaak is deze als optie verkrijgbaar bij instrumenten welke dit principe hanteren Invloed van lekstromen op de isolatieweerstandsmeting Het is van belang om de capaciteit van panelen en daarmee de lekstromen tijdens het meten van isolatieweerstand in beeld te hebben als een mogelijke oorzaak van een verschil in meetwaarden. Verschillende isolatieweerstandstesters kunnen een verschil in resultaat opleveren. Pagina 16

17 De hoogte van een mogelijke lekstroom is meestal onbekend en varieert met de bedrijfsomstandigheden en de tijd van de dag. In het algemeen zijn de capaciteiten evenredig aan de omvang van de PV installatie en zijn groter bij lage instraling. Voor grote arrays kunnen de waarden oplopen tot μf s en dit kan problemen voor de meetapparatuur betekenen. Het is belangrijk dat de omvormer en de overspanningsbeveiliging zijn losgekoppeld van de PVpanelen of string tijdens de test. Beide voegen extra lekstroom paden naar aarde toe en kunnen de resultaten beïnvloeden Lekstromen en isolatieweerstandsmeters Vanwege lekstroom componenten in de PV module is er al hoge externe spanning (met lage energie) op de te meten verbindingen voor de test. Nadat de tester is aangesloten, is de grootte van de spanning afhankelijk van: de grootte van de lekstroom componenten van het PV paneel of string en de ingangsweerstand van tester. Als de lek capaciteit klein is wordt deze afgevoerd door de weerstand van het meetinstrument en zal zeer snel afnemen. Als de spanning niet daalt betekent dit dat het PVpaneel de lek capaciteiten sneller oplaadt dan de testapparatuur kan ontladen. Of dit is een teken voor een onjuiste aansluiting. Bij een hoge lek capaciteit en / of het vermogen van de PV generator om deze snel op te laden kunnen de volgende problemen optreden: - het meetinstrument moet de test beginnen bij hoge externe spanning, - het is waarschijnlijk dat de laadstroom de meetstroom verstoort en de meting beïnvloedt. De mate van invloed hangt af van de elektrische ontwerp van de tester, maar kan niet worden geschat op basis van technische specificatie van de isolatietester. Daarom wordt een specifieke PV tester aanbevolen. Door de lekstroom componenten kan het resultaat tussen methode 1 of methode 2 verschillen. De Metrel Eurotest PV gebruikt Methode 1 voor de meting van isolatieweerstand. In een korte test voorafgaand aan de meting van isolatieweerstand wordt de lekstroom capaciteit beoordeeld. Als deze te hoog is wordt een melding gegeven en wordt de meting gestopt DC spanning en stroom meting Bij meting van de spanning en stroom aan de uitgang van een paneel wordt het functioneren van het systeem beoordeeld. De uitgangsspanning en de stroom zijn afhankelijk van de omgevingscondities Pagina 17

18 en van de manier waarop de omvormer de uitgangsspanning regelt. De MPP tracker van de omvormer zou de spanning naar het punt van maximaal vermogen moeten regelen (MPP, Maximum Power Point), om het maximale vermogen uit het paneel of de string te halen. Als er meerdere strings zijn kunnen de resultaten met elkaar worden vergeleken. Volgens de EN mag het verschil tussen strings niet meer bedragen dan 5%. Is het verschil kleiner dan deze 5% dan zijn er geen problemen te verwachten in de prestaties van de panelen. Als ook de andere tests volgens EN geslaagd zijn is het ook waarschijnlijk dat er geen veiligheidsproblemen te verwachten zijn. De gemeten stroom en spanning kunnen worden vergeleken met de meetwaarden op de omvormer (als de omvormer dit weergeeft uiteraard). Afbeelding: Test van stroom en spanning aan de DC zijde Gemeten waarden Calculatie STC waarden Vergelijk met nominaal Als de omgevingsvariabelen en de gegevens van de panelen bekend zijn kunnen ook de STC waarden worden berekend. STC waarden geven extra en meer nauwkeurige informatie over de prestaties van het PV systeem. Ppvgen gemeten = U gemeten I gemeten Ppvgen STC = U STC + I STC Ppvgen STC Ppvgen nom U gemeten, I gemeten Ppvgen gemeten STC U STC, I STC Ppvgen STC Gemeten uitgangsspanning en stroom van de PV generator (PV paneel of string) Gemeten uitgangsvermogen van de PV generator Standaard Test Condities STC spanning en stroom (gecalculeerd) STC vermogen (gecalculeerd) Pagina 18

19 Ppvgen nom Nominaal vermogen van de PV generator Ppvgen STC moet in de buurt liggen van Ppvgen NOM van de gemeten PV generator (paneel of string). Eventueel kunnen de leidingverliezen hierin worden meegenomen, normaal zijn deze verwaarloosbaar. Als Ppvgen STC en Ppvgen NOM vergelijkbaar zijn is dit een extra indicatie dat het PV systeem correct functioneert. Voor een meer complete test of bij het zoeken naar storingen is een verdere analyse aanbevolen ), op basis van I-V metingen. Pagina 19

20 4.2.9 Open circuit spanning (Uoc) en kortgesloten circuit stroom (Isc) Uoc (Open circuit voltage) is de uitgangsspanning van het PV paneel of string zonder belasting. De stroom is nul. Isc (short circuit current) is de uitgangsstroom van een PV panel of string wanneer deze is kortgesloten (U = 0 V). In de IEC worden de Uoc en de Isc tests gedefinieerd als check voor correcte installatie van PV panelen. Deze test zijn geen prestatie tests van de PV generator. Als er meerdere gelijke panelen of strings zijn geïnstalleerd dienen deze met elkaar vergeleken te worden. Het verschil mag niet meer dan 5% bedragen. Grotere verschillen zijn mogelijk een indicatie van problemen. De minimale voorschriften voor testen en interpreteren van Uoc en Isc volgens IEC zijn eenvoudig. Er zijn veel argumenten te noemen voor een meer complete test. Door berekening van de STC waarden en meting van de I-V curve kan de informatie over de prestatie van een PV systeem vollediger worden. Volgens bepaling van de EN dient de open klemspanning van iedere PV string te worden gemeten, waarbij het van belang is dat er gebruik gemaakt wordt van hiervoor geschikte meetapparatuur. Deze meting dient te worden uitgevoerd voor het sluiten van schakelaars en installeren van overstroombeveiligingen (indien van toepassing). Indien de omgevingsvariabelen op het moment van de test beschikbaar zijn kunnen, op basis van de gemeten waarden, de STC waarden worden berekend. De, op basis van meting, gecalculeerde waarden (Uoc STC en Isc STC) kunnen dan worden vergeleken met de nominale waarden Uoc nom en Isc nom. Voor strings met vergelijkbare PV modules kunnen de waarden worden berekend. De STC waarden moeten nagenoeg overeenkomen met de nominale waarden. Als: - de nominale waarden (op basis van de gegevens van de fabrikant) en STC waarden (op basis van meting en berekening) gelijk zijn en - het verschil tussen onderlinge panelen ligt binnen de grens van 5% dan mag er vanuit worden gegaan dat er geen problemen zijn in de PV installatie. Als ook de andere tests volgens EN geslaagd zijn is het ook waarschijnlijk dat er geen veiligheidsproblemen bij deze PV generator te verwachten zijn. Als de open klemspanning lager is dan de te verwachten open klemspanning kan de oorzaak liggen bij een of meerdere PV modules met een fout in de polariteit, slechte isolatie, beschadiging of invloed van water. Als de open klemspanning hoger is dan verwacht zal de oorzaak waarschijnlijk liggen in fouten in de bedrading. Met de Uoc / Isc kan niet worden bepaald of de prestaties van het PV paneel in orde zijn. Hiervoor levert een I-V meting meer gedetailleerde gegevens Functionele tests Bepaling omschrijft de functionele tests. De volgende functionele tests dienen te worden uitgevoerd: Schakelaars en andere apparatuur moet worden getest om juiste werking te kunnen garanderen. Er moet worden gecontroleerd op correcte montage en aansluiting. PV omvormers moeten worden gecontroleerd op correct functioneren conform de aanwijzingen van de fabrikant Pagina 20

21 Test bij wegvallen van de spanning. Tijdens deze test wordt aan een PV installatie in bedrijf met een gelijkstroom stroomtang de DC stroom gemeten. Vervolgens wordt de AC spanning onderbroken en moet het systeem de stroom afschakelen. Tenslotte moet de AC spanning weer worden ingeschakeld en moet het systeem weer terugkeren in normale bedrijfstoestand. Pagina 21

22 5 STC waarden De prestaties van PV panelen zijn afhankelijk van instraling en temperatuur. Metingen op verschillende tijdstippen kunnen daarom niet direct met elkaar worden vergeleken. Door het berekenen van STC (Standard Test Condition) waarden kunnen metingen gedaan onder verschillende omgevingsomstandigheden toch met elkaar worden vergeleken. De meetresultaten gemeten onder standaard testcondities of gecalculeerd naar standaard testcondities worden STC waarden genoemd. Deze standaard condities staan vermeld in de norm IEC 60904: - Instraling (irradiance): G, Irr = 1000 W/m2 - Paneel temperatuur (cell temperature): T STC = 25 C - Air mass factor*: AM = 1.5 (dit is de conditie voor Europa) *De air mass factor is de factor voor demping en verstrooiing van zonlicht. Als de afstand welke het zonlicht moet afleggen door de atmosfeer groter wordt, wordt het licht meer gedempt. In de door KWx geleverde PV testers van Metrel en de daarbij behorende software worden de gemeten waarden omgerekend naar STC waarden op basis van de IEC 60891, hoofdstuk 3.3: Correction procedure 2. Irr STC I STC = I gemeten (1 + α rel (T STC T gemeten )) ( ) Irr gemeten Irr STC U STC = U gemeten + Uoc gemeten (β rel (T STC T gemeten ) + α ln ( )) Rs Irr gemeten gemeten (I STC I gemeten ) k I STC (T STC T gemeten ) Rs gemeten = N M Rs nominaal I STC, U STC Berekende STC waarden stroom en spanning I gemeten, U gemeten Gemeten gelijkstroom en gelijkspanning op de PV generator Uoc gemeten Gemeten open klemspanning Irr STC Referentie instraling bij 1000 W/m 2 Irr gemeten Gemeten instraling α rel relatieve temperatuur coëfficiënt stroom Β rel relatieve temperatuur coëfficiënt spanning α Instraling correctie factor (standaard 0,06) T STC Referentie temperatuur 25 C T gemeten Gemeten temperatuur van het paneel Rs nom Serie weerstand van het PV paneel k' Temperatuur coëfficiënt van Rs N Aantal panelen in serie M Aantal panelen parallel Voor calculatie van de STC waarden is het van belang dat de fabrikant of leverancier van zonnepanelen de α rel en Β rel verstrekt. Deze moeten worden ingevoerd in de gegevens van het paneel in het testinstrument of de software. Specificatie van fabrikanten zal in de regel STC waarden bevatten. Enkele fabrikanten van panelen maken hier inmiddels een uitzondering op door ook de prestaties bij lage instraling te specificeren. Pagina 22

23 5.1 Berekening van Rs De procedure voor het berekenen van Rs zoals beschreven in de norm IEC is moeilijk uit te voeren. Het vraagt om Rs te berekenen op basis van twee metingen op twee verschillende instraling niveaus terwijl alle andere parameters ongewijzigd blijven. Voor algemene metingen en berekeningen kan een STC waarde van 10mΩ/cel gebruikt worden, maar voor de evaluatie van de meetresultaten zal een exacte waarde van Rs voor elk type module moeten worden bepaald. De Metrel PV testers van KWx gebruiken een speciaal algoritme dat de berekening van Rs maakt op basis van een I-Vmeting. De IV metingen worden meestal uitgevoerd in de buurt van de omvormer. Dit betekent dat de meetresultaten ook beïnvloed worden door de weerstand van de bedrading van de modules naar de omvormer, de overgangsweerstanden in de DC verbindingen en spanningsverlies op de diode. Voorbeeld: De kabellengte tussen PV modules en omvormer is 75 meter; het toegepaste materiaal in de kabels is koper met een diameter van 6 mm 2. Dit geeft een extra weerstand van: Rkabel= 2 x 75m x 0,01722Ωmm2 / 6mm2 = 430mΩ Elke extra PV connector heeft (volgens opgave van de fabrikant) een weerstand van ongeveer 1mΩ, net als overgangsweerstanden op klemmenstroken. De spanningsval over de diode bij IMPP is ongeveer 1 V. Als IMPP = 8A dan zal de spanningsval over kabels en verbindingen ongeveer 4 a 5 Volt zijn. In geval van een string met 25 modules, met elk een UMPP=30V, met een totaal van UMPP = 750V voor de string, is het resultaat van de 5V spanningsval op kabels, verbindingen en diode een fout van 0,7%. Uit het bovenstaande voorbeeld blijkt dat de extra verliezen meestal genegeerd kunnen worden. Maar dit kan drastisch veranderen in de loop van de tijd, als overgangsweerstanden veranderen. De PV modules en kabels worden blootgesteld aan extreem verschillende weersomstandigheden en zijn daarom gevoelig voor invloeden van buitenaf. Verschillende chemische en fysische verschijnselen kunnen invloed hebben op de overgangsweerstanden, net als ook mechanische belasting (verbouwingen, aanpassingen,...). Hogere weerstand betekent minder energie-efficiëntie van het PV systeem en kan in extreme gevallen, als gevolg van oververhitting, ook brand veroorzaken. Pagina 23

24 6 Beïnvloedingsfactoren PV installaties Straling van de zon en de temperatuur veranderen continu Straling van de zon is afhankelijk van de geografische locatie, tijd van de dag, periode van het jaar en de positie en helling van de PV-modules. PV cellen geven meer energie bij lagere temperaturen. De energie bij 50 C is ongeveer 20% lager dan bij 20 C. Langzame veranderingen Als de lucht helder is zijn de straling van de zon en temperatuur veranderingen als gevolg van de positie van de zon voorspelbaar. Als de snelheid van veranderingen langzaam genoeg is zal dat tijdens de meting geen problemen veroorzaken. Tijdens een meting moet de intensiteit van de instraling (irradiatie) minstens 600 W/m2 zijn om geldige en vergelijkbare resultaten te verkrijgen. Als instraling en temperatuur data bij de metingen bekend zijn, kunnen de resultaten worden berekend als STC waarden. Dit geeft een meer nauwkeurige vergelijking. Snelle veranderingen Niet ideaal weer veroorzaakt onstabiele omstandigheden voor het testen. Als de hemel niet onbewolkt is dan is de straling afhankelijk van de helderheid van de hemel. Wolken, mist en diffuus licht zorgen voor het verlagen van de straling. Vooral diffuus licht is soms moeilijk waar te nemen. In dergelijke omstandigheden kunnen de schommelingen van de instraling oplopen tot enkele 10% in seconden. Dit maakt de metingen moeilijk of zelfs onmogelijk. Als de lucht bewolkt is moet de gebruiker er op letten dat de complete PV installatie gelijk belicht is. Zelfs een kleine schaduw kan de meting volledig nutteloos maken. Het is aan de gebruiker om in te schatten of de omstandigheden geschikt zijn voor het uitvoeren van een test. De weersomstandigheden op het moment van de meting moeten in acht worden genomen. Gecontroleerd moet worden dat er geen verandering in diffuus licht is en dat de schaduw van wolken niet valt over een deel van de PV panelen. De gemeten resultaten moeten zorgvuldig worden gecontroleerd. Snel veranderende instraling en soms ook de temperatuur zal meestal resulteren in onbruikbare resultaten. Als de resultaten fluctuerende ze zijn niet echt representatief. Als de berekende STC resultaten zijn niet dicht bij de nominale waarden liggen is de kans groot dat snelle veranderingen de oorzaak zijn. Het kennen van de omgevingsparameters op het exacte tijdstip van de meting is van het grootste belang. De meting van U, I, Uoc en Isc worden bij de berekening van de STC waarden in relatie gebracht met de externe omstandigheden. Voor een correcte meting is daarom een zorgvuldige observatie van de hemel en het weer noodzakelijk. Zorg ervoor dat de PV panelen egaal belicht worden. Het loggen van de instraling en temperatuur is de beste combinatie voor het verkrijgen van een correcte meting. Daarnaast is het analyseren van de vorm van de I-V curve van belang voor controle van de juiste meetwaarden. Alle Metrel PV instrumenten van KWx zijn onder meer uitgerust met een I-V meetfunctie. Daarnaast kunnen ze instraling en temperatuur loggen. A1378 Eurotest PV Remote De A1378 Eurotest PV Remote is een zelfstandig opererend meetinstrument voor het meten van omgevingscondities en het loggen van deze waarden. Het maakt het mogelijk om de omgevingsparameters vast te leggen in het geheugen (loggen) terwijl de overige metingen worden uitgevoerd bij de omvormer. Pagina 24

25 De instrumenten kunnen worden gesynchroniseerd nadat de metingen zijn afgerond. Het instrument meet de instraling en de temperatuur van het paneel en legt iedere wijziging vast met tijd en datum. Voorafgaand aan een meting worden de instrumenten (PV tester en Remote) in tijd gesynchroniseerd om exact de waarden na afloop van de meting met elkaar te kunnen vergelijken. Op basis hiervan kunnen de STC waarden automatisch door het meetinstrument worden berekend. De temperatuursonde wordt door middel van een klem aan de achterkant van het paneel geplaatst. Om te voorkomen dat een deel van het paneel wordt afgeschermd (schaduw) wordt de instraling sensor op de rand van het paneel geplaatst. Pagina 25

26 7 I-V curve test 7.1 I-V curve test De prestatie van de PV generator (PV paneel) bij verschillende belastingen kan getest worden door middel van de I-V curve test. De I-V curve toont de relatie tussen stroom en spanning bij verschillende belastingen. Er bestaan twee varianten: I(U) en P(U). De eerste toont de stroom als functie van de spanning, de tweede het vermogen als functie van de spanning. Drie belangrijke punten in de grafiek zijn: - Het punt van maximaal vermogen (MPP, Maximum Power Point) - Uoc (bij I = 0 A) - Isc (bij U = 0 V) Als de omgevingsdata bekend zijn kan van elk punt in de grafiek de STC waarde worden uitgerekend. Hierdoor ontstaat de (I-V) STC curve. Deze (I-V) STC curve kan nu worden vergeleken met de nominale STC curve. nominaal STC gemeten Afbeelding: I(U) curve en P(U) curve Voor gelijkmatig belichte PV modules, strings of arrays moeten de gemeten en berekende I-V curves met elkaar overeen komen. Uoc STC, Isc STD, MPP STC in de (I-V) STC curve moeten overeen komen met de nominale gegevens. Pagina 26

27 7.2 Typische fouten en het effect op de I-V curve Normale I-V curve In de afbeelding hieronder worden I(U) en P(U) curves van normaal functionerende PV systemen getoond. Isc STC Isc nom Isc STC Isc NOM Uoc STC Uoc nom Uoc STC Uoc NOM Typische problemen in PV systemen zijn: - Schaduw - Vuil - Fouten in individuele PV cellen - Kabelverliezen - Veroudering - Fouten in de omvormer Al deze problemen resulteren in een lager MPP punt. De meeste problemen in een PV generator zijn zichtbaar als afwijkingen in de I-V curve Meetfouten Tijdens het vaststellen van een I-V curve kunnen diverse fouten worden gemaakt. Net als bij andere metingen moet voor de analyse van het resultaat een check op meetfouten worden uitgevoerd. Typische meetfouten zijn: - Onjuiste data van de panelen: Uos, Isc, Umpp, Impp, Pmpp, α, β, ontbrekende Rs - Onjuist aantal panelen in een string - Onjuiste temperatuur - Veranderende instraling Deze fouten hebben als resultaat: - Te lage of te hoge Uoc - Te lage of te hoge Isc - Afwijkingen (deuk) in de vorm van de I-V curve Pagina 27

28 In de software van de Metrel PV tester is het mogelijk de gegevens van module en de omgevingsparameters achteraf te wijzigen. Metingen hoeven daarom niet herhaald te worden. Te hoge of te lage Uoc Mogelijke oorzaken: - Onjuiste temperatuur. Controleer de plaatsing van de temperatuursensor. De sensor moet in contact staan met het te meten oppervlak. Er mag geen luchtspleet tussen sensor en meetoppervlak zijn. De meting zal moeten worden herhaald. - Onjuiste module data. Controleer de waarden Uoc en β en voer de juiste waarden in in de software. De meting hoeft niet te worden herhaald. - Onjuist aantal modules in een string. Deze waarde kan worden gecorrigeerd in de software, er is geen nieuwe meting noodzakelijk. Te hoge of te lage Isc Mogelijke oorzaken: - Onjuiste instraling. Controleer de plaatsing van de temperatuursensor. De sensor moet in een gelijke hoek met het paneel worden geplaatst en mag geen cellen afdekken. Als de instraling te laag is zal er geen berekening van STC waarden gemaakt worden. Om fouten te herstellen moet de montage worden aangepast of gewacht worden op hogere instraling. - De instraling is gewijzigd tijdens de meting, deze is aan het begin en einde van de meting niet gelijk. Het wordt geadviseerd om de meting te herhalen bij stabiele condities. - Onjuiste module data. Controleer de waarde Isc en α, voer desnoods de correcte waarden in via de software. Opnieuw uitvoeren van de meting is niet noodzakelijk. Isc STC Isc nom Isc STC >> Isc NOM Uoc STC Uoc nom Uoc STC << Uoc NOM Uoc nom Uoc STC Uoc STC >> Uoc NOM Afbeelding: onjuist aantal modules in de string Afwijking (deuk) in de I-V curve Mogelijke oorzaak: - Korte verandering van instraling tijdens de meting. De meting zal moeten worden herhaald bij stabiele condities. Pagina 28

29 deuk Afbeelding: deuk in I-V curve Fouten in PV modules en strings Als na beoordeling op meetfouten er nog steeds fouten aanwezig zijn of afwijkingen in de I-V curve is een verdere analyse van de I-V curve noodzakelijk. Mogelijke fouten: - Isc te laag - Uoc te laag - Uitholling in de I-V curve Isc te laag Mogelijke oorzaken: - Gelijkmatig verdeelde vervuiling - Een diffuse schaduw op afstand - Veroudering Afbeelding: gedimde module Uoc te laag Mogelijke oorzaken: - PV modulen volledig in schaduw of beschadigde panelen (by-pass) Afbeelding: PV modulen volledig in schaduw of beschadigde panelen (by-pass) Afwijkingen (uitholling) in de I-V curve Pagina 29

30 Als de I-V curve niet uniform is of meerdere uithollingen heeft is dit een indicatie van een fout. Het MPP is significant lager. Symptoom is dat zelfs kleine schaduwen grote invloed hebben op de prestaties van de installatie. Mogelijke oorzaken: - Gedeeltelijke schaduw voor paneel of string - Vogelpoep - Obstakels in de nabijheid van modules - Diffuus licht of mist, wolken die een deel van de PV modules beïnvloeden - Vuil op een gedeelte van PV module of string - Mechanische veranderingen aan PV modules (mat worden van glas) - Mechanische schade aan panelen (hagel) uitholling Afbeelding: gedeeltelijk beschaduwde string Afwijkingen in de I-V karakteristiek Mogelijke oorzaken: - Een obstakel dekt een deel van een PV module volledig af. Er valt geen of geen diffuus licht op het paneel onder het obstakel. MPP te laag Mogelijke oorzaken: - Extra serie weerstanden in de string door kabelverliezen of overgangsweerstand - Slechte contacten - Problemen in de aansluiting van PV modules - Corrosie - Te dunne bekabeling Pagina 30

31 Door extra weerstanden ontstaat verlies aan energie. Pagina 31

32 8 Prestatie en efficiency van PV systemen PV systemen worden aangeschaft om over een lange termijn energie te leveren. De verwachte levensduur van een PV systeem is ten minste 20 jaar. Een kleine vermindering van de prestatie resulteert in significante verliezen op lange termijn. De verwachte terugverdientijd zal niet worden behaald. Om deze reden wordt het aangeraden om PV systemen te inspecteren direct bij opleveringen en daarna periodiek te inspecteren. Resultaten kunnen worden vergeleken met voorgaande inspecties om trends inzichtelijk te maken. De belangrijkste factoren van invloed op de prestatie van PV systemen: - Een niet optimale positie van de PV panelen - Efficiency van de PV panelen - Verliezen aan de DC zijde van het systeem. Deze verliezen bestaan uit leidingverliezen, overgangsweerstanden, verliezen in serie componenten - Correcte MPP, juiste werking van de MPP tracker in de omvormer - Efficiency van de omvormer (verliezen in het omzetten van DC naar AC energie) - Verliezen aan de AC zijde. Dit bestaat uit leidingverliezen, overgangsweerstanden, verliezen in componenten tot de kwh meter. Pagina 32

33 Behalve in verbindingen zou veroudering niet aan de orde mogen zijn. Fabrikanten van PV panelen specificeren normaal gesproken dat het vermogen in 20 jaar met niet meer dan 5% daalt. De omvormer is een elektronisch toestel wat niet verandert tenzij er een fout optreedt. Pagina 33

34 Test van AC en DC zijde. Voor deze test moet de gezekerde meetkabel A1385 gebruikt worden. Het meetinstrument berekent het rendement ƞ van de omvormer. Met één stroomtang kan in twee afzonderlijke stappen de complete test worden uitgevoerd. De volgende efficiency metingen kunnen worden uitgevoerd - Prestatie van PV module of string Het vergelijken van de STC I-V curve (op basis van de gemeten waarden) met de nominale waarden geeft een indicatie van de prestatie van de PV module. Afwijkingen mogen normaal gesproken niet groter zijn dan 5%. - Kabelverliezen aan de DC zijde In de Metrel software kan de weerstand van de DC kring worden berekend op basis van de I-V meting. Indien de weerstand van de panelen bekend is kan de extra weerstand worden berekend en daarmee de verliezen bij een nominale belasting. - Efficiency van de MPP tracker Meting dient uitgevoerd te worden bij voldoende instraling, ten minste 600 W/m 2, bij voorkeur boven 800 W/m 2. Allereerst worden de momentele spanning en de momentele stroom aan de DC ingang van de omvormer gemeten, het vermogen kan nu worden gemeten. Na het loskoppelen van de PV panelen van de omvormer wordt de meting van de I-V curve uitgevoerd. De curve mag geen afwijkingen vertonen. De metingen MPP gemeten in de I-V curve en het gemeten vermogen levert het verschil in MPP op. Een verschil kleiner dan 5% betekent dat de omvormer het MPP correct heeft ingesteld. Voor deze meting is een stabiele instraling noodzakelijk. - Efficiency van de omvormer Door het vermogen te meten aan AC en DC zijde kan de efficiency van de omvormer worden bepaald. De Eurotest PV kan deze gelijktijdig meten. Omvormers hebben een efficiency van 95% of hoger. Pagina 34

35 - Verliezen aan de AC zijde Door meting van de impedantie van de binnenkomende voeding in de installatie (bij de kwh meter) en de impedantie bij de omvormer kan de weerstand van leidingen en de overgangsweerstand worden bepaald. Er kan worden gerekend met de nominale waarde van de groep of beter met de nominale waarde van de omvormer. Spanningsverlies = (Zi omvormer Zi binnenkomende voeding ) I nominaal Vermogensverlies = Spanningsverlies Inominaal Pagina 35

36 9 Volgorde van metingen Om een zo efficiënt mogelijke inspectie uit te voeren is het van belang om de juiste volgorde van meten aan te houden. Een van de redenen hiervoor ligt in de temperatuurmeting van het paneel. Om een zo correct mogelijke meting uit te kunnen voeren dient de sensor voor het meten van temperatuur als een van de eerste onderdelen in de meting geplaatst te worden. De sensor heeft een tijd van circa 20 minuten nodig om op de juiste temperatuur te komen. Op het eerste gezicht kan deze tijd lang lijken, de meting waarbij temperatuur noodzakelijk is komen echter pas later in het proces. 9.1 Voorbereidingen op de meting 1. Verzamel indien mogelijk de technische gegevens van de installatie. Dit betreft vooral de gegevens van de toegepaste omvormer en de toegepaste panelen. De gegevens van de panelen kunnen in de tester worden gezet. Dit is het meest eenvoudig door de bijgeleverde software te gebruiken. Het softwarepakket heeft een groot aantal panelen in de database, deze kunnen worden geselecteerd en in de tester worden overgenomen. Als er geen data aanwezig is kunnen de gegevens van panelen ook in het veld in de EurotestPV worden gezet. Uiteraard is dit iets meer tijdrovend. Het is tevens mogelijk de gegevens van panelen achteraf aan de meting toe te voegen. Berekening van STC waarden in het veld door de tester is dan uiteraard niet mogelijk. 2. U kunt de opbouw van de installatie, zoals het aantal panelen en strings, tevens vooraf in de EurotestPV vastleggen. Uiteraard kunnen onjuiste aannames achteraf gecorrigeerd worden. 3. PV installaties verouderen, datasheets kunnen wijzigen of zijn na enkele jaren niet meer te vinden op internet. Het is mogelijk dat een installatie niet het verwachte rendement oplevert. Maak daarom, indien nog niet aanwezig, een dossier aan van de installatie met daarin alle beschikbare informatie zoals: a. PDF datasheets van omvormer en panelen b. Gebruiksaanwijzingen c. Aankoopfacturen en offertes d. Installatieschema e. Tekeningen van opstelling van PV panelen, gegevens van hellingshoeken en oriëntatie van panelen f. Gegevens van PV modulen: P MPP, U OC, I SC STC, U MP STC, tolerantie P MPP STC, serienummers g. Gegevens van PV omvormer: aantal, merk, type, U MPP bereik, serienummer(s) h. Constructieberekeningen i. Foto s van de installatie en verdeelinrichting 4. Zorg voor geladen accu s of voldoende batterijen van testapparatuur en fotocamera. 5. Hou weersvoorspellingen in de gaten om tijdens de metingen voldoende instraling te hebben op de installatie. Het beste is een instraling vanaf 800 W/m 2, het is mogelijk te meten bij een waarde van 600 W/m 2. Bij lagere niveaus van instraling wordt meting afgeraden. Uiteraard is een veiligheidsmeting nog steeds mogelijk. Pagina 36

37 9.2 Meetvolgorde voor een volledige test Onderstaande tabel omschrijft de metingen welke uitgevoerd kunnen worden op een PV installatie. Verdeler AC kabels Omvormer DC kabels Panelen Test stappen Visuele controle Veiligheid Temperatuur en instraling AC impedanties RCD Uitschakelen AC impedanties voeding Omschrijving Voorafgaand aan de meting is het aan te bevelen om een visuele controle van de installatie uit te voeren. Hierbij kan worden gecontroleerd op de in de NTA 8013 genoemde punten. In geval van afwijkingen of vermoedens van afwijking zijn foto s een goed hulpmiddel. Ook wordt aanbevolen om foto s te maken van de verdeler en omvormer op moment van inspectie. Speciaal in complexe of oudere PV installaties dienen veiligheidsmaatregelen genomen te worden voorafgaand aan de meting. Controleer of er geen mensen in de buurt van de PV installatie zijn of kunnen komen. Neem voorzorgsmaatregelen en gebruik persoonlijke beschermingsmiddelen voor het veilig werken op hoogte en werken aan spanning voerende delen. Plaats de temperatuur en instralingssensoren, synchroniseer vervolgens de tijd tussen EurotestPV en Remote unit. Daarna kan het loggen van de PV Remote gestart worden. De PV remote slaat de waarden van instraling en temperatuur op. Het loggen wordt na afloop van de meting gestopt en de resultaten worden overgenomen door de EurotestPV. 1. Meting van de impedanties Zi en Zs van de voeding 2. Testen van de aardlekschakelaar Omvormer veilig uitschakelen door eerst het AC gedeelte uit te schakelen en daarna de DC zijde uit te schakelen of los te koppelen. Verwijder de DC zekeringen om ongewenst inschakelen te voorkomen. Meting van de impedanties Zi en Zs op de binnenkomende AC voeding van de omvormer. Daarmee wordt ook de aardverbinding van de omvormer gecontroleerd. Spanningsverlies en dus rendementsverlies kan worden bepaald. Beschermingsleiding Meting van de weerstanden van de PE verbindingen tussen omvormer en panelen en frame. Isolatieweerstand Isolatieweerstand (Riso) van de DC delen ten opzichte van de beschermingsleiding. Achtereenvolgens worden (-) ten opzichte van PE en (+) ten opzichte van PE gemeten. Polariteit Polariteit wordt gelijktijdig met de Riso meting bepaald. Open klemspanning Meting van Uoc (open klemspanning) Kortsluitstroom Meting van Isc (kortsluitstroom) I-V curve test Bepaling van de I-V curve (voor bepaling van Umpp en rendement) Infrarood onderzoek Indien afwijkingen geconstateerd worden kan met behulp van een warmtebeeldcamera gezocht worden naar afwijkingen in panelen. Ook verbindingen in de DC bekabeling kunnen worden getest op overgangsweerstanden. Hiervoor dient de installatie ingeschakeld te zijn. Pagina 37

38 Veiligheid NPR Blad 65 (veiligheid) Rendement Veiligheid en rendement Pagina 38

39 10 Power Quality en PV installaties In tegenstelling tot andere componenten levert een PV omvormer energie aan de elektrische installatie. De geleverde AC spanning wordt omgezet vanuit een DC spanning. De omvormer is voorzien van geavanceerde vermogenshalfgeleider technieken en staat garant voor vele jaren ongestoord gebruik. Fouten in componenten zijn helaas mogelijk. Door spanningspieken bijvoorbeeld kan andere apparatuur defect raken. Door regelmatig een controle uit te voeren kunnen deze afwijkingen worden opgespoord en verholpen. De EurotestPV heeft geïntegreerde PQ meetfuncties om bijvoorbeeld de harmonischen in het net te meten en een scopefunctie voor het analyseren van stromen en spanningen Spanningsniveau Het spanningsniveau op een omvormer aan de AC zijde kan kritisch zijn. In de Netcode is omschreven dat de netspanning in normale omstandigheden 230V +10% mag zijn. Met andere woorden, de spanning op het POC (Point of Connection, het overdrachtspunt tussen gebruiker en netbeheerder) mag (theoretisch) continu 253V bedragen. U omvormer = U POC + U AC bekabeling Omvormers hebben vaak een landinstelling en deze kan per land verschillen. Het kan zijn dat een onjuiste landinstelling in de omvormer is ingesteld. Dit wil nog weleens voorkomen bij oudere omvormers. In zo n geval schakelt de omvormer bijvoorbeeld uit als de netspanning Unom +6% is. Dus als de spanning hoger is dan 244V zal de omvormer afschakelen. Volgens van de Netcode Elektriciteit is de maximale spanning waarbij een omvormer moet uitschakelen 253 V (aanspreeksnelheid van 2 s bij 110 % van de nominale netspanning). Het spanningsniveau en spanningsverliezen hebben een relatie met de impedantie. Indien de weerstand van de distributiekabel en bekabeling in het AC deel van de installatie een hoge weerstand hebben zal de installatie gevoeliger zijn voor spanningsvariatie. Bovenstaande levert in de praktijk problemen op zoals bijvoorbeeld in agrarische gebieden waar de spanning bij weinig verbruik relatief hoog is, om tijdens verbruik nog voldoende spanning over te Pagina 39

40 houden. Dit komt voor bij veeboeren waar het meeste verbruik plaatsvindt op momenten dat er gemolken wordt. U omvormer = U trafo + U distributiekabel + U eigen AC installatie De netspanning is een vast gegeven, bijvoorbeeld 230V. Indien er wordt terug geleverd zal er een stroom gaan lopen in leidingen, er ontstaat daardoor een spanningsverhoging waardoor de spanning op de omvormer stijgt. Het verdient de aanbeveling om bij dit type aansluitingen voorafgaand aan de installatie van PV een Power Quality meting uit te voeren, de netimpedanties Z LN te meten en de spanningsverhoging te berekenen. Het spanningsverlies in de eigen installatie is volgens NEN %. Het wordt voor PV installaties echter aanbevolen om het spanningsverlies in de eigen installatie te beperken tot 1% Resonantie Als er meerdere PV omvormers in een installatie zijn opgenomen bestaat er kans op resonantie in filters van de omvormers. 1 f r = 2 π L C 10.3 Controle kwh meter Voor een eventuele controle van correcte werking van kwh meters is een meetfunctie voor het meten van energie opgenomen in de Eurotest PV. Verdere analyses van energieverbruik kunnen gedaan worden met bijvoorbeeld een PEL energielogger. Zie Pagina 40