• Opening Times: Ma - Vr 8.00 - 20.00
085 - 401 34 70 info@lionpeak.nl
Utrecht Stationsplein 32

Blog

Blog

Op Donderdag 25 juli 2019 zijn in Nederland door het KNMI record-temperaturen van boven de 40 oC gemeten. Je zou verwachten dat op dit soort onbewolkte hete dagen recordproducties op onze zonnecentrales worden gerealiseerd. Helaas is dit niet het geval.

Fotovoltaïsche (PV) zonnepanelen zetten zonlicht om in elektriciteit. Hoe meer zonlicht hoe meer productie dus. Dit is niet altijd waar, omdat zonlicht niet alleen bestaat uit zichtbaar licht maar ook uit infrarood licht, wat veel warmte met zich meedraagt. Zonnepanelen werken goed bij veel licht, maar de prestaties gaan achteruit wanneer ze warm worden.

Het effect van warmte op zonnepanelen

Fabrikanten van zonnepanelen testen de modules onder zogenaamde standaard test condities, met een temperatuur van 25 oC en een instraling van 1000 watt per vierkante meter. Op zeer zonnige dagen kan rond de middag de instraling in de praktijk boven de 1000 watt per m2 uitkomen. Dit betekent dat er meer stroom en dus energie (bij gelijkblijvende spanning) uit het zonnepaneel komt dan de zogenaamde nameplate capacity van het paneel. Helaas leidt deze hoge instraling ook tot opwarming van het paneel, wat een negatief effect heeft op de prestaties.

De stroom (I) welke een zonnepaneel genereert is een functie van de hoeveelheid zonlicht welke op het paneel komt. Hoe meer zonlicht, hoe meer stroom. De bruikbare elektriciteit uit het paneel is het product van de stroom (I) en spanning (U).

Wanneer de temperatuur van een cel van een zonnepaneel boven de 25 graden Celsius uitkomt, wordt de stroom een klein beetje hoger maar neemt de spanning snel af. Het resultaat is dat er minder energie (P) uit het paneel komt.

De meest gebruikte kristallijn PV modules hebben een temperatuur-coëfficiënt van -0.4 tot -0.5 procent per graden Celsius. Dit betekent dat bij iedere graad boven de 25, de energie uit het paneel met ca. een half procent afneemt.

Bij 50 oC zal een 250 Watt paneel  met een temperatuur-coëfficiënt van -0.4 minder dan 225 Watt produceren.

Bij het kiezen van een type zonnepaneel is het dus belangrijk om naar de temperatuurkarakteristieken van de modules te kijken. Lagere coëfficiënten leidt tot minder verliezen bij hoge temperaturen

In onderstaand diagram is het effect van temperatuur op spanning goed te zien. De paarse lijn laat de spanning van een zonnepaneel zien over de dag. Je ziet hoe de zwarte lijn (omgevingstemperatuur) invloed heeft op de spanning.  Hoe warmer de modules, hoe lager de spanning. In deze grafiek zien we een spanning van ca. 600V in de ochtend, welke zakt naar 525V, een afname van 12%. Aannemende dat de stroom gelijk bleef (instraling was gelijk), zou dit een opbrengstverlies van 12% betekenen als gevolg van hoge temperaturen.

De invloed van warmte op de omvormers.

Helaas blijft het niet bij verliezen in de panelen en de bekabeling, ook de omvormers kunnen last hebben van te hoge temperaturen.

Dit is een onderwerp waar veel minder over bekend is. De effecten bij omvormers zijn anders dan bij de panelen, hoewel het in beide gevallen gaat om halfgeleiders welke efficiëntie verliezen bij toenemende temperaturen.

Bij het omzetten van gelijkstroom (DC) naar wisselstroom (AC) komt er in de omvormer warmte vrij. Dit komt vanzelfsprekend bovenop de omgevingstemperatuur van de omvormers. De omvormer leidt de opgewekte warmte af met behulp van ventilatoren en/of koellichamen. Hierdoor blijft de temperatuur in de omvormer beneden eventueel schadelijke niveaus.

Om de temperatuur op niveau te houden zal de omvormer bij bepaalde temperaturen de hoeveelheid energie welke wordt omgezet reduceren. Dit is het zogenaamd de-raten van de omvormers. Dit is een gecontroleerde beperking van de energie-omzetting om oververhitting van de gevoelige halfgeleiders in de omvormers te voorkomen. Onderstaande grafiek laatzien hoe de-rating van een omvormer er in de praktijk uitziet. Bij 45-50 graden Celsius neemt de output van de omvormer lineair af.

Deze de-rating van de omvormer kan leiden tot significante productieverliezen. Het is daarom van belang om bij het ontwerp van een installatie rekening te houden met het op de juiste manier plaatsen van de omvormers:

  1. Installeer omvormers op koele locaties (schaduwzijde gevel is beter dan op het dak).
  2. Zorg voor voldoende ventilatie in wanneer de omvormers binnen worden geplaatst
  3. Vermijd direct zonlicht. Gebruik reeds aanwezige schaduw of plaats kappen bij de omvormers
  4. Houd voldoende ruimte aan tussen de omvormer en naastgelegen objecten (andere omvormer, zekeringskast, wanden etc.)
  5. Zorg voor extra ruimte om de omvormers heen wanneer er verwacht wordt dat er hoge temperaturen in de ruimte kunnen optreden
  6. Installeer de omvormers dusdanig dat ze geen warme lucht van naastgelegen omvormers opnemen

Door: dr. Asterios Bouzoukas – O&M Manager

By: dr. Asterios Bouzoukas – O&M manager

Thursday 25/07 was announced from the Dutch meteorological service, KNMI that a new temperature record of 40.2oC was reached. This should have indicated for the solar industry in the Netherlands a record in power production from PVs from the moment it was a day with clear sky and high irradiation. Unfortunately this is not the case.

Photovoltaic solar panels convert sunlight into electricity, so the more sunlight, the better. That’s not always true, because sunlight consists not only of the light that you see, but also of invisible infrared radiation, which carries heat. So solar panels will perform great if get a lot of light, but as it gets hotter, its performance degrades.

So How Does Heat Affect PV modules?

Solar panel manufacturers test their products at standard conditions of 25 degrees Celsius with an insolation of 1,000 watts per square meter. Insolation is a measure of how much solar power is hitting each square meter perpendicular to the direction of the sunlight. The insolation can be higher than 1,000 watts per square meter around noon on very clear days, and that will make your solar panel generate more current, which means more power. Unfortunately, it’s a different story with temperature affecting this thought.

The current generated by a solar cell is a function of the amount of sunlight that hits it. The more sunlight that hits it, the more current it will generate. But electrical power is the product of the current times the voltage.

As the temperatures of the solar cells rise above 25 degrees Celsius, the current rises very slightly, but the voltage decreases more rapidly. The net effect is a decrease in output power with increasing temperature. Typical silicon solar panels have a temperature coefficient of about -0.4 to -0.5 percent. This means that for every degree Celsius above 25, the power output from the array would drop by that percentage. At 50 degrees Celsius, a 250-watt solar panel with a temperature coefficient of -0.4 would produce less than 225 watts.

So it is very important when we chose a solar module for our plant always to look the temperature characteristics of the module. Lower temperature coefficients means lower losses cause of increased temperatures.

The effect of temperature on the voltage could be seen in the following picture. In this curve you can see the voltage of a module (pink line) during one day. You can see as well how the temperature (black line) on that day influenced the voltage: the warmer the modules, the lower the voltage. At this graph we see that the voltage started at around 600V in the morning and dropped down up to 525V, a 12% decrease in voltage. If assume that the current was the same in these two periods of the day (same amount of irradiation) then a power loss of 12% would be caused from the increased temperature.

Unfortunately the increase of ambient temperature can cause a similar effect on the inverters.

So How Does Heat Affect Inverters?

What is not as well understood is that heat also affects solar inverters. The reasons are not the same – although the solar inverter has semiconductor parts in it which lose efficiency as they heat up.

As the inverter works to convert DC power to AC power, it generates heat. This heat is added to the ambient temperature of the inverter enclosure, and the inverter dissipates the heat through fans and / or heat sinks.  The heat needs to stay below a certain level at which the materials in the inverter will start to degrade.

In order to keep the heat low, the inverter will stop generating power or reduce the amount of power it generates by “derating”. Derating is the controlled reduction of the inverter power to prevent the sensitive semiconductors in the inverter from overheating. Figure below shows how an inverter handles temperature derating. At about 45-50 degrees C. it starts to ramp down power.

This ramp-down of power can be prevented with six key system design considerations:

  1. Install inverters in cool locations (shaded wall rather than the roof).
  2. Choose locations with sufficient air exchange. Ensure additional ventilation when necessary.
  3. Do not expose inverters to direct sunlight. For outdoor installations, use existing shadows or covers for inverters.
  4. Maintain the minimum clearance to neighbouring inverters or other objects.
  5. Increase the clearance when it is foreseeable that higher temperatures could occur at the installation location.
  6. Arrange multiple inverters so that they do not draw in the warm air of other inverters.
Het belang van nauwkeurige monitoring

In het offertestadium is door de installateur/EPC’er een jaarlijkse productie voorgeschoteld. Zolang deze (bijna) gehaald wordt zijn er weinig mensen die zich druk maken om de productie van hun zonnepanelen. Het behalen van de verwachte productie betekent niet dat u geen risico loopt of geld op tafel laat liggen.

Read more Monitoring van zonne-energie