Oplossing met FuseGuard en Power Control Module

September 2014

De FuseGuard

Met de logische naam FuseGuard zorgt dit toestel er in combinatie met de betrouwbare omvormers van SMA voor, dat het maximale uit de panelen kan worden gehaald zònder dat de hoofdzekering gevaar loopt. Hoe werkt dat precies?

De FuseGuard bestaat uit 3 stroomtrafo’s die worden aangesloten op de 3-fase kabels die uit de hoofdzekering komen. De stroomtrafo’s meten de stroom die door de kabels loopt, en geven de gemeten waarden door aan een PLC (Programmable Logic Controller), een klein ‘computertje. De PLC stuurt vervolgens via een simpele signaalkabel één of meerdere omvormers aan, en kan ze de opdracht geven om hun vermogen razendsnel te verminderen.

Zodra de stroomtrafo’s een stroomsterkte meten die te dicht in de buurt komt van de 80 Ampère op één of meerdere van de drie fasen, stuurt de PLC een opdracht naar de omvormer(s). Razendsnel reageren de SMA omvormers op dat signaal door hun vermogen naar beneden bij te regelen. Binnen een kwestie van seconden is het zo ver: de hoofdzekering is daarmee altijd tijdig beschermd.

Een voorbeeld

Boer X heeft een 3 x 80 A hoofdaansluiting en een stroom verbruik van 100.000 kWh per jaar. Zijn dakoppervlak is méér dan toereikend voor een heleboel zonnepanelen. Hij vraagt twee PV installateurs om advies: Hoe krijgt hij het maximale rendement uit zijn dak?

Installateur A kijkt naar de hoofdaansluiting van de klant. Bij een gemiddelde netspanning van 230 volt(AC), geeft zijn hoofdaansluiting van 3 x 80 A een maximaal vermogen van 3 x 80 x 230 = 55.200 Watt. Volgens A moet dat het maximale uitgangsvermogen van de omvormers zijn. Bij een onderdimensionering van de omvormers van 80%, geeft dat een piekvermogen van de panelen van 55,2 / 0,8 = 69 kWp. Met 69 kWp aan panelen kan de klant rekenen op zo’n 58.000 kWh aan opgewekte elektriciteit per jaar.

Installateur B bekijkt de zaak anders. Hij weet dat een FuseGuard de perfecte oplossing biedt voor deze klant. In plaats van uit te gaan van de beperking, gaat hij uit van de maximale opbrengst. De klant wil zijn elektriciteitsbehoefte van 100.000 kWh/jaar afdekken. B rekent uit dat hij daarvoor zo’n 118 kWp aan panelen nodig heeft. Om deze op het net aan te sluiten, gebruikt B 5 STP20.000TL omvormers van SMA, met een gecombineerd maximaal uitgangsvermogen van 100 kW.

B beseft natuurlijk dat een vermogen van 100 kW veel te hoog is voor de hoofdaansluiting, die niet meer dan 55,2 kW kan aanvaarden. Daarom offreert hij behalve de omvormers ook een FuseGuard. De zeldzame momenten dat de FuseGuard in gang moet schieten om omvormers bij te sturen, zullen nauwelijks effect hebben op de totale productie van de panelen. Boer X kan zijn elektriciteitsbehoefte vrijwel helemaal zelf opwekken, en hoeft niet te investeren in een verzwaring van zijn hoofdaansluiting.

De werking

De stroomtrafo’s geven de meetwaarden van de stroomsterkte op elke fase door aan de PLC. Als de gemeten waarde heel dicht bij de activatiewaarde van de hoodzekering komt (in dit geval 80 A), reageert de PLC door een signaal te sturen naar de Power Control Module (PCM) die in de omvormer(s) is/ zijn gemonteerd. Het gaat hier om een simpel digitaal signaal.

De Power Control Module is een standaard SMA product dat dient om het vermogen van de omvormer te begrenzen. Afhankelijk van het signaal wordt het vermogen verlaagd met 30, 60, 90 of 100%. De omvormer doet dit door te schuiven met de MPP-spanning over de strings, en op die manier het vermogen dat door de zonnepanelen wordt opgewekt, te beperken.

Niet àlle omvormers hoeven met een PCM te worden uitgerust, alleen de omvormers die ‘teveel’ zijn. In ons voorbeeld van Boer X staan er 5 omvormers van 20 kW ieder. De hoofdaansluiting van 3 x 80 A kan , zoals aangetoond, maximaal 55,2 kW verdragen. De eerste twee omvormers van 20 kW kunnen nooit over die grens gaan. Pas vanaf omvormer nummer 3 moeten er maatregelen worden getroffen. In dit geval zal er dus een PCM moeten worden ingebouwd in 3 van de 5 omvormers.

Wat zijn de fysieke limieten?

Het maximum aantal PCM’s dat parallel aan de FuseGuard gekoppeld kan worden, is vijf. In een installatie zoals dat van Boer X, kunnen er dus maximaal zeven Sunny Tripower 20.000 omvormers worden geplaatst; de eerste twee zonder, en de overige vijf mèt Power Control Module. Dat betekent dat Boer X wel 7 x 20 = 140 kW aan omvormers zou kunnen plaatsen, met zo’n 140/ 0,8 = 175 kWp aan panelen (bij onderdimensionering van 80%).

We kunnen zelfs nog verder gaan met de nieuwe SMA Sunny Tripower 25.000TL-30 met een maximaal uitgangsvermogen van 25 kW per omvormer. Ook hier weer hoeven de eerste twee niet met een PCM te worden uitgerust (want samen blijven ze onder de 55,2 kW), maar de overige wel. Samen dus maximaal 7 x 25 = 175 kW aan omvormers, oftewel 175/ 0,8 = 219 kWp aan zonnepanelen.

Betrouwbaar

Hoewel de FuseGuard op elk moment klaar moet staan om te reageren, wordt hij in het algemeen maar zelden op de proef gesteld. Het merendeel van de tijd zal het vermogen van de panelen stromen naar verbruikers binnen het bedrijf, en zal er maar een gedeelte richting het net vloeien, zodat de FuseGuard niet wordt geactiveerd. Op de schaarse momenten dat dit wel gebeurt, en de omvormer zijn vermogen dus reduceert, dan wordt dit ook gemeld aan de online monitoring van Sunny Portal. De klant kan dus altijd terugzien op welke momenten de FuseGuard in werking is getreden.

Van essentieel belang bij dergelijke systemen is dat ze robuust en betrouwbaar zijn. Een systeem dat niet op tijd reageert wanneer dat wel is vereist, kan het hele bedrijf voor langere tijd stilleggen met financiële schade tot gevolg. De combinatie FuseGuard en SMA voldoet aan die eis.

Bekijk de referentie