Strings en zonnepanelen: hoeveel panelen per string? Technische gids voor installateurs
Kort antwoord: het aantal zonnepanelen per string bepaal je met de openklemspanning (Voc) bij de laagste temperatuur en de maximale DC-spanning van de omvormer. Controleer daarnaast de minimale stringlengte voor het MPPT-bereik en de maximale stroom per MPPT. Meer panelen per string is niet automatisch beter.
Bij het ontwerpen van een PV-installatie is de stringindeling een belangrijk onderdeel van de dimensionering. Te weinig zonnepanelen in een string kan ervoor zorgen dat de spanning niet goed aansluit op het werkgebied van de omvormer. Te veel panelen kunnen er juist voor zorgen dat de maximale DC-ingangsspanning wordt overschreden.
Maar hoeveel zonnepanelen kunnen er eigenlijk in één string?
Daar bestaat geen vast aantal voor. De juiste stringlengte wordt bepaald door de elektrische eigenschappen van de zonnepanelen, de specificaties van de omvormer en de omstandigheden waaronder de installatie moet functioneren.
Voor installateurs is een goede stringberekening daarom direct verbonden met de keuze van de juiste omvormer.
Wat is een string bij zonnepanelen?
Een string is een reeks zonnepanelen die elektrisch in serie met elkaar zijn verbonden.
Bij een serieschakeling worden de spanningen van de afzonderlijke zonnepanelen bij elkaar opgeteld. De stroom door de string blijft gelijk aan de stroom van de seriekring en wordt begrensd door de modules en bedrijfsomstandigheden.
Stel dat één zonnepaneel onder bepaalde omstandigheden een werkspanning van 35 V heeft.
Bij 10 panelen in serie ontstaat dan:
10 × 35 V = 350 V
Bij 15 panelen:
15 × 35 V = 525 V
En bij 20 panelen:
20 × 35 V = 700 V
De stringlengte heeft dus directe invloed op de totale DC-spanning die aan de ingang van de omvormer wordt aangeboden.
Welke waarden bepalen het aantal panelen per string?
Voor een correcte stringberekening heb je de datasheets van zowel het zonnepaneel als de omvormer nodig.
Bij het zonnepaneel kijk je onder andere naar:
- Voc: openklemspanning;
- Vmp/Vmpp: spanning bij maximaal vermogen;
- Isc: kortsluitstroom;
- Imp/Impp: stroom bij maximaal vermogen;
- temperatuurcoëfficiënt van Voc;
- temperatuurcoëfficiënt van Vmp/Vmpp, indien beschikbaar.
Bij de omvormer zijn onder andere relevant:
- maximale DC-ingangsspanning;
- MPPT-spanningsbereik;
- minimale startspanning;
- maximale ingangsstroom per MPPT;
- maximale kortsluitstroom per MPPT;
- aantal MPPT's;
- aantal ondersteunde stringingangen per MPPT.
Het aantal panelen per string kan pas worden bepaald wanneer deze waarden gezamenlijk worden beoordeeld.
Voc en Vmp: wat is het verschil?
Bij een stringberekening spelen vooral Voc en Vmp een belangrijke rol.
Voc: openklemspanning
Voc staat voor open circuit voltage. Dit is de spanning van een zonnepaneel wanneer er geen belasting is aangesloten.
Bij het bepalen van het maximale aantal panelen per string is Voc belangrijk. De totale openklemspanning van de string mag de maximale DC-ingangsspanning van de omvormer niet overschrijden.
Daarbij moet rekening worden gehouden met temperatuur.
Vmp: spanning bij maximaal vermogen
Vmp of Vmpp is de spanning waarbij een zonnepaneel onder de betreffende omstandigheden zijn maximale vermogen levert.
Deze waarde gebruik je onder andere om te beoordelen of de string tijdens bedrijf binnen het MPPT-bereik van de omvormer kan functioneren.
Je controleert bij een stringberekening dus niet alleen de absolute maximale spanning, maar ook het werkgebied waarin de omvormer het systeem moet kunnen volgen.
Waarom temperatuur belangrijk is bij stringberekeningen
Een stringberekening uitsluitend uitvoeren met de STC-waarden op de datasheet is onvoldoende.
De spanning van een zonnepaneel verandert namelijk met de celtemperatuur.
Bij lage temperaturen neemt de openklemspanning doorgaans toe. Een string kan op een koude dag daardoor een hogere spanning bereiken dan de Voc-waarde bij Standard Test Conditions doet vermoeden.
Bij hoge celtemperaturen neemt de werkspanning doorgaans juist af. Hierdoor moet je ook controleren of de string onder warme omstandigheden nog voldoende spanning levert voor het relevante MPPT-werkgebied.
Bij de dimensionering controleer je daarom twee uitersten:
Lage temperatuur → maximale stringspanning
Hoge temperatuur → minimale werkspanning
De relevante ontwerpcondities en rekenmethodiek moeten aansluiten op de productspecificaties en voorschriften die voor het betreffende systeem gelden.
Rekenvoorbeeld: hoeveel zonnepanelen per string?
We nemen als voorbeeld een fictief zonnepaneel met de volgende eigenschappen:
| Eigenschap | Voorbeeldwaarde |
|---|---|
| Vermogen | 450 Wp |
| Voc | 41 V |
| Vmp | 34 V |
| Isc | 13,8 A |
| Imp | 13,0 A |
| Voc-temperatuurcoëfficiënt | -0,25%/°C |
De fictieve omvormer in dit rekenvoorbeeld heeft:
| Eigenschap | Voorbeeldwaarde |
|---|---|
| Maximale DC-ingangsspanning | 1.000 V |
| MPPT-bereik | 200–850 V |
| Startspanning | 200 V |
Let op: deze waarden zijn uitsluitend bedoeld om de berekening uit te leggen. Gebruik voor een daadwerkelijk systeem altijd de actuele datasheets, ontwerpvoorwaarden en voorschriften van de betreffende fabrikanten.
Maximale stringlengte berekenen met Voc
Als we temperatuur eerst buiten beschouwing laten, krijgen we:
1.000 V ÷ 41 V = 24,39
Op basis van alleen de STC-waarden lijken maximaal 24 zonnepanelen mogelijk.
Maar deze berekening is nog niet voldoende.
Bij lage temperaturen stijgt de Voc van het zonnepaneel.
Stel dat we in dit vereenvoudigde voorbeeld rekenen met een minimale celtemperatuur van -10 °C.
Het temperatuurverschil ten opzichte van de STC-referentietemperatuur van 25 °C bedraagt dan:
25 - (-10) = 35 °C
Met een Voc-temperatuurcoëfficiënt van -0,25%/°C neemt de Voc in dit voorbeeld bij de lagere temperatuur met ongeveer 8,75% toe.
De gecorrigeerde Voc wordt:
41 V × 1,0875 ≈ 44,59 V
Vervolgens kunnen we opnieuw de maximale stringlengte berekenen:
1.000 V ÷ 44,59 V ≈ 22,43
Op basis van deze vereenvoudigde berekening passen maximaal 22 panelen per string binnen de maximale DC-ingangsspanning.
Bij 23 panelen zou de berekende openklemspanning onder deze koude ontwerpconditie boven de 1.000 V uitkomen.
Dit voorbeeld laat zien waarom je niet alleen met de nominale Voc bij STC moet rekenen.
Spanningstabel: aantal zonnepanelen per string
Met dezelfde fictieve module ontstaat de volgende indicatieve vergelijking:
| Panelen per string | Vmp bij STC | Voc bij STC | Voc bij -10 °C* |
|---|---|---|---|
| 10 | 340 V | 410 V | ca. 446 V |
| 12 | 408 V | 492 V | ca. 535 V |
| 14 | 476 V | 574 V | ca. 624 V |
| 16 | 544 V | 656 V | ca. 713 V |
| 18 | 612 V | 738 V | ca. 803 V |
| 20 | 680 V | 820 V | ca. 892 V |
| 22 | 748 V | 902 V | ca. 981 V |
| 23 | 782 V | 943 V | ca. 1.026 V |
*Vereenvoudigd rekenvoorbeeld op basis van Voc 41 V en een Voc-temperatuurcoëfficiënt van -0,25%/°C. Gebruik deze tabel niet voor het dimensioneren van een daadwerkelijk systeem.
In dit voorbeeld zie je dat 22 panelen op basis van deze controle onder de maximale DC-ingangsspanning van 1.000 V blijven, terwijl 23 panelen daar bij de gekozen koude ontwerpconditie boven uitkomen.
Vergeet de minimale stringlengte niet
Niet alleen een te lange string kan problemen veroorzaken. Ook een te korte string kan buiten het gewenste werkgebied van de omvormer vallen.
Stel dat de omvormer een MPPT-bereik vanaf 200 V heeft.
Met een Vmp van 34 V leveren zes panelen bij STC:
6 × 34 V = 204 V
Dat lijkt voldoende.
Maar bij een hoge celtemperatuur neemt de werkspanning van zonnepanelen doorgaans af. Hierdoor kan de stringspanning lager worden dan de STC-berekening doet vermoeden.
Voor het bepalen van de minimale stringlengte moet daarom ook worden gecontroleerd of de werkspanning bij de relevante hoge celtemperatuur binnen het vereiste MPPT-werkgebied blijft.
Daarvoor gebruik je de relevante temperatuurgegevens van het zonnepaneel en de ontwerpvoorwaarden van de installatie.
Wat doet een MPPT?
MPPT staat voor Maximum Power Point Tracking.
De MPPT van een omvormer zoekt binnen zijn werkgebied naar het optimale werkpunt van de aangesloten zonnepanelen.
Moderne omvormers kunnen over meerdere onafhankelijke MPPT's beschikken. Dat biedt meer flexibiliteit bij installaties met bijvoorbeeld:
- meerdere dakvlakken;
- verschillende oriëntaties;
- verschillende hellingshoeken;
- verschillende stringconfiguraties;
- uiteenlopende instralingsomstandigheden.
Wanneer zonnepanelen bijvoorbeeld over een oost- en westdak zijn verdeeld, kunnen afzonderlijke MPPT's helpen om de verschillende groepen onafhankelijk te laten functioneren, mits de gekozen configuratie door de fabrikant wordt ondersteund.
Kunnen strings met verschillende lengtes op dezelfde MPPT?
Strings parallel aansluiten op dezelfde MPPT vraagt extra aandacht.
Bij parallel geschakelde strings is het doorgaans wenselijk dat de elektrische eigenschappen en bedrijfsomstandigheden goed op elkaar aansluiten.
Verschillen in bijvoorbeeld:
- aantal panelen;
- oriëntatie;
- hellingshoek;
- type zonnepaneel;
- instraling;
kunnen invloed hebben op het gezamenlijke werkpunt.
De mogelijkheden verschillen bovendien per omvormer. Controleer daarom altijd de ontwerpvoorschriften van de fabrikant voordat meerdere strings op dezelfde MPPT worden aangesloten.
Vergeet de maximale stroom per MPPT niet
Bij stringberekeningen ligt de nadruk vaak op spanning, maar ook de stroom moet worden gecontroleerd.
Dat is extra relevant omdat moderne zonnepanelen relatief hoge stromen kunnen leveren.
Controleer daarom onder andere:
- maximale ingangsstroom per MPPT;
- maximale toegestane kortsluitstroom;
- Isc van de zonnepanelen;
- Imp van de zonnepanelen;
- aantal parallel aangesloten strings.
Wanneer twee identieke strings parallel op één MPPT worden aangesloten, worden de stringstromen aan de ingang gecombineerd.
Een configuratie kan qua spanning dus correct zijn, maar alsnog buiten de stroomgrenzen van de omvormer vallen.
Rekenvoorbeeld: 36 zonnepanelen verdelen over twee strings
Stel dat een installatie uit 36 identieke zonnepanelen bestaat.
Een mogelijke verdeling is:
String 1: 18 panelen
String 2: 18 panelen
Met de fictieve module uit ons voorbeeld bedraagt de Vmp per string bij STC:
18 × 34 V = 612 V
De Voc bedraagt:
18 × 41 V = 738 V
Met de eerder gebruikte vereenvoudigde temperatuurcorrectie komt de Voc bij -10 °C uit op ongeveer:
18 × 44,59 V ≈ 803 V
Qua spanning blijft deze voorbeeldstring dus binnen de eerder genoemde maximale DC-ingangsspanning van 1.000 V.
Daarmee is de configuratie echter nog niet automatisch geschikt.
Je moet ook controleren:
- of 612 V binnen het relevante MPPT-werkgebied valt;
- wat er met Vmp gebeurt bij hoge celtemperaturen;
- of de maximale ingangsstroom niet wordt overschreden;
- hoe beide strings over de beschikbare MPPT's worden verdeeld;
- of de totale PV-configuratie binnen de specificaties van de omvormer valt.
Meer panelen per string is niet automatisch beter
Een langere string resulteert doorgaans in een hogere DC-spanning, maar het doel is niet om simpelweg zoveel mogelijk zonnepanelen op één string te plaatsen.
Een goede stringindeling houdt rekening met:
- maximale DC-ingangsspanning;
- MPPT-spanningsbereik;
- minimale bedrijfsspanning;
- temperatuurinvloed;
- maximale ingangsstroom;
- maximale kortsluitstroom;
- dakoriëntatie;
- aantal MPPT's;
- aantal strings;
- voorschriften van de fabrikant.
De optimale stringlengte bevindt zich dus binnen een geschikt technisch werkgebied en niet automatisch zo dicht mogelijk tegen de maximale DC-spanning.
Stringindeling en de keuze van de omvormer
De stringconfiguratie en omvormerkeuze zijn direct met elkaar verbonden.
Wanneer je als installateur een omvormer selecteert, is alleen het nominale AC-vermogen daarom niet voldoende.
Controleer ook de DC-zijde:
| Specificatie omvormer | Waarom belangrijk? |
|---|---|
| Maximale DC-spanning | Bepaalt de bovengrens voor de stringspanning |
| MPPT-bereik | Bepaalt binnen welk spanningsgebied de MPPT kan werken |
| Startspanning | Relevant voor het opstartgedrag van de omvormer |
| Max. ingangsstroom | Bepaalt hoeveel stroom een ingang of MPPT aankan |
| Max. kortsluitstroom | Moet passen bij de aangesloten strings |
| Aantal MPPT's | Bepaalt hoeveel groepen onafhankelijk kunnen worden gevolgd |
| Stringingangen | Bepaalt hoe strings fysiek en elektrisch kunnen worden verdeeld |
Vooral bij complexere dakvlakken kunnen meerdere onafhankelijke MPPT's meer ontwerpvrijheid bieden.
Praktische checklist voor installateurs
- Controleer de Voc van de module.
- Controleer de Vmp/Vmpp.
- Controleer Isc en Imp.
- Controleer de relevante temperatuurcoëfficiënten.
- Bepaal de ontwerpcondities voor lage en hoge temperatuur.
- Bereken de maximale Voc bij lage temperatuur.
- Vergelijk deze met de maximale DC-ingangsspanning van de omvormer.
- Controleer de werkspanning bij hoge temperatuur.
- Vergelijk deze met het relevante MPPT-werkgebied.
- Controleer de maximale ingangsstroom per MPPT.
- Controleer de maximale kortsluitstroom.
- Controleer hoeveel strings per MPPT zijn toegestaan.
- Houd rekening met verschillende dakvlakken en oriëntaties.
- Controleer de uiteindelijke configuratie aan de hand van de actuele documentatie en eventuele ontwerpsoftware van de fabrikant.
Veelgestelde vragen over strings en zonnepanelen
Hoeveel zonnepanelen mogen er maximaal op één string?
Daar bestaat geen universeel maximum voor. Het maximale aantal wordt onder andere bepaald door de Voc van het zonnepaneel, de temperatuurcoëfficiënt, de relevante lage ontwerptemperatuur en de maximale DC-ingangsspanning van de omvormer.
Hoe bereken je hoeveel panelen op een string kunnen?
Voor het maximale aantal panelen bepaal je eerst de openklemspanning van de module onder de relevante koude ontwerpconditie. Vervolgens controleer je hoeveel modules in serie kunnen worden aangesloten zonder de maximale DC-ingangsspanning van de omvormer te overschrijden.
Daarna moeten ook het MPPT-bereik, de minimale stringlengte en de stroomgrenzen worden gecontroleerd.
Kunnen 20 zonnepanelen op één string?
Dat kan bij bepaalde combinaties van zonnepanelen en omvormers mogelijk zijn, maar 20 panelen is geen universele standaard. De elektrische eigenschappen van de gebruikte modules en de ingangsspecificaties van de omvormer bepalen of de configuratie geschikt is.
Wat gebeurt er als de stringspanning te hoog wordt?
Wanneer de stringspanning boven de maximale toegestane DC-ingangsspanning van de omvormer komt, valt de configuratie buiten de opgegeven elektrische grenzen. Dat moet bij het ontwerp worden voorkomen. Houd daarom rekening met de hogere Voc die bij lage temperaturen kan optreden.
Wat gebeurt er als een string te kort is?
Een te korte string kan onder bepaalde omstandigheden onvoldoende spanning leveren om binnen het vereiste werkgebied van de omvormer te blijven. Vooral bij hoge celtemperaturen kan de werkspanning dalen.
Kunnen oost- en westpanelen in dezelfde string?
Verschillende oriëntaties binnen dezelfde string vragen om een zorgvuldige beoordeling en zijn niet zonder meer uitwisselbaar. Bij een omvormer met meerdere MPPT's kunnen verschillende dakvlakken vaak afzonderlijk worden aangesloten. Volg daarbij altijd de ontwerpvoorschriften van de fabrikant.
Wat is belangrijker: stringspanning of stringstroom?
Beide moeten binnen de specificaties van de omvormer blijven. De spanning bepaalt onder andere de mogelijke stringlengte en het MPPT-werkgebied, terwijl de stroom vooral belangrijk wordt bij modules met hogere stromen en bij het parallel aansluiten van meerdere strings.
De juiste omvormer begint bij de stringconfiguratie
Voor installateurs is stringberekening uiteindelijk nauw verbonden met de keuze van de omvormer.
De eigenschappen en configuratie van de zonnepanelen bepalen welke eisen aan de DC-zijde van de omvormer worden gesteld. Denk aan de maximale ingangsspanning, het MPPT-bereik, de toegestane stroom en het aantal onafhankelijke MPPT's.
Daarom is het verstandig om bij het selecteren van een omvormer verder te kijken dan alleen het benodigde AC-vermogen.
Apex Power Supplies levert omvormers en thuisbatterijsystemen voor professionele installateurs. Binnen het assortiment zijn verschillende omvormers beschikbaar voor uiteenlopende residentiële en zakelijke toepassingen.
Lees ook:
Conclusie: hoeveel panelen per string?
Op de vraag hoeveel panelen per string kunnen, bestaat geen vast antwoord.
Voor het maximale aantal panelen controleer je onder andere de openklemspanning bij lage temperatuur ten opzichte van de maximale DC-ingangsspanning van de omvormer. Voor de minimale stringlengte moet worden beoordeeld of de werkspanning ook onder warme omstandigheden binnen het relevante MPPT-werkgebied blijft.
Daarnaast spelen de stroomgrenzen, MPPT-indeling, dakconfiguratie en voorschriften van de fabrikant een belangrijke rol.
De kern voor installateurs is daarom: begin bij de elektrische eigenschappen en configuratie van de zonnepanelen en selecteer vervolgens een omvormer die technisch bij die stringconfiguratie past.
Apex ondersteunt installateurs bij het selecteren van passende omvormers en energieopslagsystemen. Bekijk het assortiment omvormers van Apex, vraag een partneraccount aan om je prijzen te zien, of neem contact op voor ondersteuning bij de systeemkeuze.
