Field Lab

(bijgewerkt: 20 juni 2022)

Een ‘Field Lab’ is precies wat het is: een plek in het veld waarin men zaken kan testen en bestuderen. In mijn geval bestaan de activiteiten uit het testen van zonnepanelen, omvormers, loggers, vermogensmeters, dat soort dingen. In het verleden heb ik heel wat micro-omvormers getest (zie pagina ‘Micro-omvormers‘).

Wat is het geval:

Op de schuur bij mijn woning liggen wat zonnepanelen waarmee ik in 2019 een grote stapel OK4E micro-omvormertjes heb getest. Ik had lang daarvoor een lading afgeschreven OK4E’s gekregen van een elektrotechnisch laboratorium van de TU Delft en dit was er nog van de partij over.

In december 2020 vroeg iemand of ik trek had in vier stok- maar dan ook stokoude Shell S115-C1 panelen (115 Wp). Het bleek uiteindelijk te gaan om twee Shell S105-C1 panelen en twee Shell S115-C1 panelen. . Ze hadden jaren staan verstoffen in een garage. Dus: opgehaald en in de schuur gezet. Twee van de panelen hadden delaminatieplekjes. In het  voorjaar van 2021 ging het kriebelen. Stof eraf gepoetst en testen geblazen. Waarom testen? Het zijn 54-cels panelen waardoor de open-klemspanning van een afzonderlijk paneel te laag is om een OK4E micro-omvormertje te triggeren. Bovendien ben ik zuinig op mijn reserve OK4E’s. Hoe dan wel te testen? Mijn multimeter registreerde een spanning van ca. 27V tussen de aansluitklemmen. Dat was hoopgevend, want dat betekent dat er in ieder geval nog steeds spanning uit kwam, ofwel dat zo’n paneel intact zou zijn. Maar waar het écht om gaat is vermogen, ofwel spanning maal stroomsterkte. Dus moet er stroom gemeten worden, ofwel vermogen, of liefst tijd en vermogen want dan weet ik wat de werkelijke productie is, in Watturen of kilowatturen.

Het aardige van zonnepanelen is dat het gaat om heel eenvoudige gelijkstroom techniek. Spanningen tellen op bij serie schakelen, en stroomsterkten tellen op bij parallel schakelen.

De kast op zolder bevatte nog een Mastervolt Soladin 600 omvormer en een Steca 500. De Soladin is de reserveomvormer voor mijn oude Sunpowersysteem. Dit type Mastervolt is mijn favoriete omvormer: vermogen 500W AC, ruim bemeten ingangspanningsvenster: 40-125 V DC. Fraaie vormgeving – het oog wil ook wel wat. Heel geschikt dus om mee te testen.

Kabels en connectoren

Met tweedehandspanelen moet je zelf kabels maken, of anders, de juiste connectoren aan bestaande kabels zetten. 20 jaar geleden monteerde men af met alle mogelijke schroefjes, klemmetjes en zelfs kroonstenen. Daarna kwamen drie generaties MC connectoren. De MC-4 connector is de huidige generatie. Gelukkig heb ik ooit van een installateur een handvol MC-4 connectoren gekregen en een stapel verouderde kabels met onveilige MC-1 connectoren. Dan is het niet zo moeilijk: men neme een stuk kabel, zet een MC-4 connector aan een uiteinde en verbindt het andere uiteinde met de aansluitklem van het paneel. Heb je een extra MC4-kabel liggen dan knip je die middendoor en je hebt twee kant- en klare MC-4 montagekabels om mee te gaan experimenteren.

Opletten geblazen

Zeker met MC-4 connectoren is het opletten geblazen! En wel om twee redenen. In de eerste plaats wordt meestal gepraat over “mannetjes” en “vrouwtjes”. Dat is in het geval van MC-4 connectoren heel bedrieglijk: dit is een transgender connector! Wat je op het eerste gezicht een typisch “mannetje” zou noemen heeft een bus en is dus het “vrouwtje”. De connector die eruit ziet als een “vrouwtje” heeft een pen en speelt dus “mannetje”. Normaal gesproken is het transgender zijn geen probleem omdat een kant-en-klare kabel aan het ene uiteinde is voorzien van een pen-connector en aan het andere van een bus-connector”. Dat is niet zo bij een kabel die je zelf aan een junction box van een zonnepaneel moet aansluiten. Heel goed opletten want een foutje is snel gemaakt.

In de tweede plaats is het opletten dat connectoren echt goed contact met elkaar maken. Slechte of zwakke verbindingen kunnen heet worden en zelfs brand veroorzaken. Inferieure verbindingen worden verdacht als oorzaak van veel van de zonnepaneelbranden in de afgelopen jaren. Met twee 115 Wp panelen is vanwege het geringe vermogen de kans op brand niet zo groot, maar toch: er mag helemaal niks mankeren aan connectoren. Het zijn letterlijk zwakke schakels in PV strings.

In mijn Field Lab werden de kabels vanaf twee zonnepanelen die in serie staan doorverbonden met de Soladin 600 en de stekker ging in het stopcontact. De Soladin kwam op  karakteristieke manier tot leven: powerrrr….

Meten is weten

Het geeft  behoorlijk wat voldoening om te zien dat een omvormer aan het werk gaat doordat stokoude paneeltjes weer tekenen van leven geven, maar hoe groot is het afgegeven vermogen?. De Soladin 600 heeft een RJ45 connector waar ik verder geen raad mee weet. Het is een van de eerste netwerk-gekoppelde omvormers. In mijn schuur heb ik jaren geleden in een ander project een houtje-touwtje netwerk laten draaien, dat is niet eventjes meer te repeteren. De wifi ontvangst is ook niet zo stabiel. Dus haalde ik de Hall-effect meter erbij die ik ooit zelf heb gebouwd uit boosheid dat mijn mooie (commerciële) vermogensmeter er na drie jaar de brui aan had gegeven. Hoera! vermogen 74W. Dat is niet slecht met suboptimaal gepositioneerde oude panelen, om het mooi te zeggen.

Als het met twee panelen goed gaat, lukt het dan ook met drie panelen? De volgende stap was drie Shellpanelen in serie te schakelen en het geheel te verbinden met de Soladin. Ook dit werkte prima al zat ik aan de bovengrens van de DC  ingangsspanning van de Soladin 500.

Nu ben ik zuinig op mijn Soladin en ik had die Steca500 nog in reserve. Dus werd de Steca uit de mottenballen gehaald en in Field Lab met de drie Shellpanelen ingezet. Ook dat leverde productie op.

In het afsluitende experiment werden alle vier panelen in serie geschakeld om stroom te leveren aan de Steca500 omvormer. Ook dit was succesvol.

Delaminatie

Een van de Shellpanelen had last van delaminatieverschijnselen terwijl een ander paneel behoorlijk was aangetast. Bij dit fenomeen is de doorzichtige toplaag los van het oppervlak van de cel gekomen en heeft zich een laagje lucht (of vocht) tussen de toplaag en de cel gevormd. Er treedt reflectie op tussen glas en lucht en tussen lucht en het silicium van de cel waardoor minder licht de betrokken cel bereikt. Op het plaatje is dat goed te zien: de cel is niet ‘lekker blauw’ maar dof. Gevolg van minder energie op de betrokken cel is spanningsdaling ervan. dat heeft weer effect op de prestatie van het hele paneel (in dit geval 1,8V lagere open klemspanning dan het soortgelijke, niet aangedane paneel) (1,8V op 31,8V).

Delaminatie wordt gezien als een teken van slechte fabricage, van slijtage en van waarschuwing dat het tijd wordt om nieuwe panelen te installeren. In dit geval is het interessant om eens met behulp van een warmtebeeldcamera te onderzoeken of delaminatie hand in hand gaat met het optreden van hotspots.

Wegens succes geprolongeerd

Field Lab werd op 1 oktober 2021 ontmanteld en afgevoerd. Afscheid van de oude eerbiedwaardige Shellpanelen. In de plaats ervan staat sinds  24 oktober 2021 Field Lab II. De twee panelen hiervan zijn ook ‘oude rakkers’, namelijk 120 Wp MSX panelen uit het eigen arsenaal. Ze dateren uit 2001, en ze leveren stroom aan een Steca 300 omvormer. De meetapparatuur voor Field Lab I houdt bij hoe Field Lab II presteert.