De elektrotechnische installatie van een zonnestroom systeem

Systeemomvang

De systeemomvang, ofwel het aantal zonnepanelen, is bepalend voor de technische randvoorwaarden. Bij een kleine (thuis) installatie kan vaak worden volstaan met één inverter en een kleine aanpassing van de groepenkast. Een grotere installatie omvat meerdere inverters en omvangrijkere aanpassingen aan de electrische installatie.

De installatie en toegang tot de eventuele management systemen vereisen eveneens aandacht. Zeker met betrekking tot de aansluiting op een bedrijfsnetwerk is enig voorbereidend werk noodzakelijk.

De hoofdaansluiting

Een van de eerste controles is het vaststellen van de waarde van de hoofdaansluiting. Is er sprake van meerdere hoofdaansluitingen dan is het zaak te bepalen welke hoofdaansluiting(en) gebruikt gaat of gaan worden voor de installatie van de zonnepanelen.

De zwaarte van de hoofdaansluiting bepaalt de maximale omvang van de zonnepaneel installatie. Indien wenselijk kan er een verzoek worden gedaan aan de netbeheerder, dit proces loopt veelal via uw stroomleverancier, om een zwaardere hoofdaansluiting te plaatsen.

In een standaard woning is de hoofdaansluiting normaliter 25 Ampere (A), 35A, 40A of 3 x 25A. Deze laatste aansluiting is een zogeheten 3 fasen aansluiting. Sinds 2011 is de 3 x 25A aansluiting de standaard aansluiting voor nieuwe woningen.

Enkel of 3 fasen aansluiting

Een hoofdaansluiting kan een enkel fase of 3 fasen aansluiting zijn. Een 3 fasen hoofdaansluiting is sinds 2011 de standaard aansluiting voor nieuwbouwwoningen. Voor bedrijfspanden is een 3 fase aansluiting in de regel standaard. Driefasenspanning is ook bekend als draaistroom of krachtstroom.

Bij 3 fase spanning wordt de elektrische energie geleverd in de vorm van drie gelijktijdig opgewekte wisselspanningen die in fase van elkaar verschillen. Tussen elk van de fasen en de nul staat 230 V (de fasespanning) en tussen twee fasen onderling staat 400 V (de lijnspanning). 

3 Fasen spanning wordt gebruikt voor zwaardere toepassingen die ook in woningen steeds vaker te vinden zijn zoals koken op inductie, warmtepompen, sauna's en jacuzzi's. De 'betere' hobbyist was al bekend met 3 fasen voeding voor lasapparaat en / of zware compressor.

De aansluitgrenzen van een enkel- of drie fasen aansluiting zijn als volgt te bepalen:

• Enkelfase: Bij een hoofdzekering van 40 Ampere is de maximale groepenkastzekerering 25 Ampere (40 / 1,6).
  De stroom (in amperes) x spanning (in volt) is het maximale vermogen (in watt) dat mag worden aangesloten.
  In dit geval 16 Ampere x 230 Volt = 3680 Watt ofwel 3,7 kilowatt (kW). 3,7 kW is in theorie tevens de maximale aansluiting voor het voeden van 1 apparaat.
• Drie fasen: Bij een hoofdzekering van 3 x 25 Ampere zijn de groepenkastzekereringen 3 x 16 Ampere (40 / 1,6).
  De stroom (in amperes) x spanning (in volt) is het maximale vermogen (in watt) dat mag worden aangesloten.
  Per fase is dit 16 Ampere x 230 Volt = 3680 Watt ofwel 3,7 kilowatt (kW). Het grote verschil met enkelfase spanning is dat wanneer een 3 fasen apparaat wordt aangesloten op het 3 fasen circuit een hoger apparaat vermogen mogelijk is. In dit geval mag een apparaat met een vermogen tot 11 kW worden aangesloten. Voor het invoeden van stroom vanuit een solar inverter geldt hetzelfde. Hiertoe kan een 3 fasen inverter worden ingezet (in plaats van meerdere 1 fase inverters).    

Teruglevergroepen

Een zonnepaneel installatie levert stroom terug aan het electrische circuit via één of meerdere inverters. Wanneer een zonnepaneel installatie via een inverter meer dan 2,25 Ampere stroom levert, en dat kan al het geval zijn bij een installatie van meer dan 2 zonnepanelen, mag de installatie niet op een bestaande groep worden aangesloten.

Mogelijk zijn er in de huidige meterkast nog ongebruikte groepen, anders dienen nieuwe groepen in of naast de bestaande meterkast te worden geplaatst.

Het aansluiten van stroom en zeker het aanbrengen van extra groepen en aardlekautomaten vergt (professionele) kennis en ervaring. In onderstaande afbeeldingen zijn ten behoeve van de herkenning de draadkleuren van enkel fase en 3 fase bedrading opgenomen. Notabene, voor een 3 fasen aansluiting worden soms ook meerdere zwarte draden gebruikt in plaats van bruin en / of grijs.

Referentietabel zekeringen en vermogens

In de onderstaande tabel zijn een aantal waarden te vinden:

• In de 1e kolom zijn de meest voorkomende hoofdzekeringen waardes opgenomen.
• In de 2e kolom zijn de maximale groepenkast zekeringwaardes, uitgedrukt in Amperes (A) opgenomen die ten behoeve van een zonnepaneel installatie mogen worden geplaatst.
• In de 3e kolom staan de bijbehorende maximale vermogens, uitgedrukt in Watt (W) opgenomen die per fase mogen worden ingevoed. Wanneer er '3 x ' voor het getal staat betekent dit dat er in de basis sprake is van een 3 fase aansluiting.
• De 4e kolom bevat het totaal maximaal in te voeden vermogen in Watt.  

Notabene: Omdat in de omvormer het vermogen dat kan worden teruggeleverd kan worden begrenst, is het wel degelijk mogelijk een zonnecentrale te realiseren die groter is dan 'toegestaan'. Dit heeft als aanvullend voordeel dat de centrale beter is afgestemd op het jaaropbrengstpatroon. 

* Standaard nieuwbouwaansluiting.

** Limiet kleinverbruik aansluiting. Vanaf 3 x 100A is er sprake van een grootverbruikersaansluiting.

*** Men kan opteren dichter op de hoofdzekering waarde af te zekeren t.b.v teruglevering

De aardlekautomaat

Een aardlekautomaat of aardlekschakelaar (ALS) is een (automatisch werkende) schakelaar die een elektrische installatie spanningsloos maakt zodra een lekstroom vanaf een bepaalde grootte optreedt.

Het aansluiten op of additoneel plaatsen van een of meerdere aardlekschakelaars kan onderdeel uitmaken van de electrotechnische installatie van een PV zonne-energie systeem. 

Een PV zonne-energie systeem dient bij voorkeur extra beveiligd te zijn met een aardlekschakelaar. Het is echter niet verplicht mits aan alle voorwaarden is voldaan. 

Een aardlekschakelaar is in principe verplicht voor alle eindgroepen in een woonhuis. Er zijn enkele uitzonderingen. Een daarvan is omschreven in de NEN 1010 (Nederlandse Elektrotechnische Norm):

• Eindgroepen die uitsluitend toestellen voeden die vast zijn aangesloten, dat wil zeggen niet door middel van een wandcontactdoos, behoeven niet te zijn beveiligd door 30 mA-aardlekschakelaars.

Veel inverters zijn reeds uitgerust met een interne lekstroombeveiliging of RCMU (Residual Current Monitoring Unit). Dit houdt in dat inverter uitschakelt wanneer deze een (abnormale) lekstroom detecteert.

In woningen worden normaliter aardlekschakelaars van 30mA gebruikt. In geval dat een transformatorloze omvormer wordt aangesloten is het van belang dat de aardlekbeveiliging niet springt door het optreden van capacitieve lekstromen. Dit betekend dat de aanspreekstroom van de aardlek voldoende hoog moet zijn. Normaal gesproken zullen installaties tot 3 kWp (3000 Watt) een aardlek van 30 mA (milli Ampère) niet laten springen. Als dit toch het geval is wordt aanbevolen een aardlekschakelaar van 100 mA te gebruiken. 

Door een installateur kan en mag hiervan dus worden afgeweken.

Notabene: Een aardlekschakelaar is een mechanisch apparaat en kan vast gaan zitten waardoor het zijn werking verliest. Op veel aardlekschakelaars of aardlekautomaten is aangegeven dat de aardlekschakelaar periodiek of maandelijks getest moet worden door het indrukken van de testknop. Als de testknop ingedrukt wordt valt echter de elektrische spanning uit van de groep(en) die achter deze aardlekschakelaar zit(ten). Dat heeft in de praktijk een aantal consequenties.

• Voor particulieren is het meestal een kwestie van klokken zonder backup batterij / geheugen weer op tijd zetten. Een geheugensteuntje is (daarom) het testen van de aardlekschakelaar(s) bij de wisseling van zomer- en wintertijd. Wacht een minuut na test / uitschakeling alvorens de aardlekschakelaar weer aan te zetten.
• Bedrijven zijn in de regel bekend met de scenario's voor stroomuitval en testen deze scenario's dan ook periodiek. Het controleren van de aardlekschakelaars kan onderdeel uitmaken van de testprocedures. 

Aarding

De (frames van de) PV zonnepanelen en draagconstructie dienen geaard te worden om een spanningsopbouw te laten wegvloeien zonder dat er meetbare stromen ontstaan. De frames van de zonnepanelen dienen hierbij geleidend contact te maken met het montage systeem. Belangrijk is de geanodiseerde laag op de omlijsting van de zonnepanelen te penetreren voor een goede geleiding. Ga uit van een aarding (draad) van minimaal 4 mm². Aarding dient rechtstreeks van de panelen naar de vereffeningsrail (in de meterkast) plaasts te vinden, niet via de omvormer.

DC bekabeling

Er zal bekabeling moeten worden aangelegd tussen onder meer de PV zonnepanelen en de inverter. En tussen de inverter en het stroomcircuit. De spanning op de bekabeling tussen de zonnepanelen en inverter is van het type gelijkspanning (DC). De inverter zet de gelijkspanning om naar wisselspanning (AC). De spanning tussen de inverter en het stroomcircuit is dus wisselspanning (DC).

Aan zowel de DC als AC bekabeling worden eisen gesteld. 

De DC bekabeling wordt vaak aangeduid als PV-kabel of solarkabel. De meest gebruikte draaddoorsnede voor een gemiddelde installatie is 4mm². Hoe dikker de kern van de bedrading des te lager de weerstand (Ohm / Ω) en des te lager de vermogensverliezen over de kabel.

Voldoende dikte van de DC bedrading is dus van directe invloed op het uiteindelijke rendement van de PV zonne-energie installatie. In zijn algmeenheid geldt: hoe groter het vermogen en / of hoe langer de bedrading des te dikker moet de bedrading zijn (kern) om de verliezen binnen acceptabele grenzen te houden. Een verlies tot 1% wordt toelaatbaar geacht. Voor elke installatie dient de DC kabeldikte uiteindelijk door berekening te worden bepaald.

Notabene: De weerstand van koperdraad bij een lengte van 1 meter en een doorsnede van 1mm2 (r) is 0,0175 Ohm. Dit heet de soortelijke weerstand van koper (sR). De weerstand (R) van een koperdraad is evenredig met de lengte en omgekeerd evenredig met de doorsnee van de draad. De formule luidt:  Rdraad = sR * Lengte (heen + terug) / Dikte. Maar er natuurlijk ook een tool beschikbaar om de dikte van de DC bekabeling uit te rekenen.

PV-kabel dient bestand te zijn tegen weersinvloeden (o.a. ozon) conform IEC 60811-2-11 en UV-bestendig te zijn conform NEN-EN-ISO 4892. Daarnaast dient de bekabeling over goede eigenschappen te beschikken in geval van brand:

• Halogeenvrij conform NEN-EN 50267 (IEC 60754);
• Zelfdovend / vlamvertragend conform IEC 60332-1;
• Eisen t.a.v. rookdichtheid (low smoke) conform NEN-EN-IEC 61034.

Bij een goede kabel is bovendien de koperen kern vertind ter preventie van corrosie en voldoet de kabel aan klasse 5 (soepelheid) conform IEC 60228.

Het is aan te bevelen twee kleuren draad, rood (+) en zwart (–) voor de aansluiting van de zonnepanelen aan de inverter te gebruiken. Dit ter voorkoming van het verkeerd aansluiten van de polariteiten op de inverter.

Veel inverters zijn hiertegn beschermd maar voorkomen is beter dan genezen. Daarnaast dient voordat de DC-bedrading wordt aangesloten op de inverter het voltage te worden gemeten. Een meting voorkomt dat de omvormer schade, schade die niet onder garantie wordt vergoed, oploopt.

Een leidraad is dat de spanning bij een buitentemperatuur van 20°C ca. 90% of minder moet bedragen dan het maximum input-voltage dat door de omvormer is toegestaan.

AC bekabeling

De inwendige weerstand van de AC-bedrading zorgt ervoor dat er altijd een spanningsverschil is tussen begin en einde van de kabel. Een inverter die stroom in het electriciteitsnetwerk injecteert, meet aan de AC-uitgang dan ook een spanning die hoger is dan de spanning in de meterkast.

Door een toename van het aantal PV zonne-energie systemen loopt met name bij veel zon de spanning op het lokale electriciteitsnetwerk op. De inverter meet de uitgaande AC spanning en is volgens de regelgeving verplicht om zich los te schakelen van het elektriciteitsnet wanneer de gemeten spanning een bepaalde drempel overschrijdt. Dit doet de inverter in Nederland bij een spanning van 230 Volt + 10% (253 Volt), die langer dan 2 milliseconden (2 ms) aanhoudt.

Om het tijdelijk uitschakelen te voorkomen is het dus zaak de AC spanning aan de inverter zijde zo laag mogelijk te houden.

Dat betekent dat de kabels die van meterkast naar omvormer lopen, voldoende dik moeten zijn. De benodigde dikte hangt af van de lengte van de kabels: als een inverter ver weg hangt van de meterkast, dan moet er voor een dikkere kabel worden gekozen. Waar mogelijk, is het aan te raden de afstand tussen inverter en de meterkast zo klein mogelijk te houden. Klik voor meer richtlijnen.

Een andere optie om de spanning (tijdelijk) te verlagen is het automatisch laten aanschakelen van verbruikers op verwachte cg gemeten piekmomenten zoals (vaat-)wasmachine, (koel-)vriezers, airco-systemen of accu-laders. Deze benadering is mogelijk onderdeel van een smart-grid voor woningen en bedrijfsgebouwen.

Extra aandachtspunten

Zonnepanelen worden buitenshuis op een plat dak, schuin dak of vrijstaand geplaatst. Er zijn verschillende zaken waarmee rekening gehouden dient te worden. Deze zaken worden door een goede installateur vooraf beoordeeld.

• In het geval van zowel een schuin dak als een plat dak dient de draagkracht van het dak gecontroleerd te worden. Polykristallijn zonnepanelen wegen ongeveer 12 kg per m2 zonder montagemateriaal. Dit is geen hoog extra gewicht voor een dak per m2 maar het gewicht wordt verlegd naar de montage bevestigingspunten. De puntbelasting kan dus hoger zijn. Er zijn speciale montagesystemen / frames die het gewicht van een zonnepaneel installatie over grotere afstanden kunnen spreiden dan wel kunnen afwentelen op gebouwdelen met een hogere draagkracht, zoals dakbalken en / of wanden.
• Op een plat dak in de regel vaak ballast vereist omdat de bevestigingsframes veelal niet verankerd worden aan het dak. Controleer of het gekozen bevestingsmateriaal ook de rijen onderling koppelt. Dit verbetert de stabiliteit en windbestendigheid
• Leeftijd van de dakbedekking. De leeftijd van de dakbedekking bovenhuids en onderhuids spelen zowel een rol bij platte als schuine daken. Bij montage op een plat, bijvoorbeeld bitumen dak moet er rekening mee gehouden worden dat de zonnepanelen tot wel 40 jaar meegaan. De kans is dus groot dat de panelen er een keer af moeten bij vervanging van het dak. Vraag aan de installateur hier rekening mee te houden. Denk aan het voorkomen van corrosie van bouten en moeren door deze met voldoende smeervet te bevestigen. Ook dient de zonnepaneel installatie eventueel volgens een door de installateur afgegeven procedure veilig te kunnen worden losgekoppeld voor demontage en vice versa hermontage. De kwaliteit van panlatten en tengels op een schuin dak dient eveneens voldoende te zijn voor een goede en veilige montage.
• Veel montagematerialen vereisen het inslijpen van pannen voor een vlakke bevestiging van de dakhaken. De kans dat een pan hierdoor kapot gaat is klein maar zorg in geval van een oud pannendak eventueel voor reserve dakpannen of andersoortige reserve dakdelen.
• Houdt rekening met (toekomstige) schaduwval. Een eigen boom is altijd in te korten, maar dat geldt niet voor een boom op het naburig perceel of de bomen van de gemeente. Houdt hier rekening mee of maak hier eventueel schriftelijke afspraken over.
• Bekabeling. Vanuit de zonnepaneel installatie zullen een aantal kabels worden getrokken naar de inverter, meterkast en naar een aardpunt. Wanneer deze door een dak of muur gaan is het natuurlijk zaak dat de doorgang waterdicht is.
• Aarding. Er kan een potentiaalverschil optreden tussen de zonnepaneel(behuizing) en het dak. Op een hoog dak kan de schok die dit bij mensen teweeg brengt gevaarlijk zijn. De zonnepanelen dienen daarom geaard te worden.
• Kabeldikte. Vraag de installateur de kabeldikte goed af te stemmen op het vermogen van de installatie. Dunne kabels kunnen tot extra vermogensverlies leiden.
• Inverters worden veelal in de buurt van een meterkast geplaatst maar kunnen ook buitenshuis, bij voorkeur onder een afdakje, worden geplaatst. Dit moet een veilige plek zijn.

Voor meer video's van Schletter klik deze link naar het Schletter YouTube kanaal.   

Geschikte electriciteitsmeter

Niet alle electriciteitsmeters zijn geschikt voor teruglevering van stroom. Analoge meters zonder draaischijf of digitale meters zonder terugleverregistratie zijn niet geschikt. In sommige gevallen kan ook een Ferrarismeter niet werken. De schijf draait dan wel terug maar de cijfertjes niet. In dat geval zal de meter vervangen moeten worden.

Wanneer de zonnestroom installatie naar verwachting meer kilowattuur gaat opleveren dan het jaarverbruik in  kWh, is een digitale meter met teruglevermeter veelal noodzakelijk. De electriciteitsmaatschappij kan anders mogelijk geen juiste overschotsaldering toepassen.

Een meter met een dubbel telwerk is voordeling in combinatie met zonnestroom. Teruglevering van stroom vindt namelijk overdag plaats tegen het hoge (dag)tarief.

De volgende meters zijn dus in principe geschikt: