Wat is een MPPT laadregelaar en waarvoor wordt deze gebruikt?

Een MPPT laadregelaar wordt gebruikt om met een zonnepaneel een accu op te laden. Deze laadregelaar is door zijn MPPT functie in staat het maximale vermogen uit het zonnepaneel te halen waardoor de accu verder of sneller geladen zal zijn dan zonder de MPPT functie.

De laadregelaar zorgt ook dat de accu op de juiste manier opgeladen wordt en is instelbaar op alle mogelijk accutypen zoals loodzuur, GEL, AGM, Li-Ion of LFP (LiFePo3) accu's. Sommige uitvoeringen van de laadregelaar kunnen de accu tevens beschermen dat hij te diep ontladen wordt.

In welke situaties wordt een laadregelaar gebruikt?

Een zonnepaneellaadregelaar kan gebruikt worden in de volgende situaties:

• off-grid woning
• off-grid tuinhuis
• off-grid strandhuis
• off-grid vakantiewoning
• off-grid moestuin
• camper (laden van de huishoudaccu)
• groot mobiel powerstation
• thuisbatterij

Bovenstaande situaties hebben één ding gemeen, je wil met zonnepanelen een accu laden omdat geen elektriciteit beschikbaar is zoals in off-grid situaties zoals in een strandhuis of camper, of dat je het zelfverbruik van een de zonnepanelen bij on-grid woning wil verhogen waarbij de zonne-energie opgeslagen worden in een accu en die energie je later wil gebruiken in de avond of nacht.

Hoewel bij de eerste zeven situaties de eerste en meest logische keuze is om de accu te laden met de hier besproken MPPT zonnepaneellaadregelaar, kan ook gekozen worden voor een zonnepaneelomvormer die 230 Volt wisselspanning levert, maar dat is een onlogische keuze.

Bij een on-grid woning is vaak al een zonnepaneelomvormer aanwezig waar later een ESS (thuisbatterij) aan toegevoegd wordt. Vaak vervangt men de zonnepaneelomvormer niet. Maar dat is vaak omdat men niet de voordelen kent van een MPPT laadregelaar ten opzichte van een zonnepaneelomvormer. Een MPPT laadregelaar heeft namelijk veel kleinere elektrische verliezen ten opzichte van een zonnepaneelomvormer. Dat verschil is circa 10%^[1]. Dat betekent, dat juist in de de donkere maanden (nov-feb) waarbij je altijd zonne-energie te kort komt je met de laadregelaar 10% meer zonne-energie kan oogsten.

Waarvoor is een laadregelaar noodzakelijk?

Als je nog geen ervaring hebt in het laden van een accu met een zonnepaneel, dan zou je het idee kunnen hebben om een zonnepaneel rechtstreeks aan te sluiten op een accu. Je koopt bijvoorbeeld een 12 Volt zonnepaneel en sluit dit aan op een 12 Volt accu en denkt, dat zit wel snor.

Maar helaas, dat gaat niet werken. Als overdag de accu door het zonnepaneel geladen wordt, zal deze door hetzelfde zonnepaneel in de nacht weer ontladen worden. Het zonnepaneel gedraagt zich namelijk als een kortsluiting zodra er geen licht meer op het paneel schijnt. Dat is wel met een extra diode op te lossen, maar daarmee lossen we maar één probleem op, dat de accu in de nacht niet ontladen wordt.

Want wat ook fout gaat is dat als de accu op een gegeven moment vol geladen is, het laadproces moet stoppen, maar het zonnepaneel gaat gewoon door met laden. Daarmee zal de accu overladen worden en dat zou funest zijn voor de accu en de accu kapot kunnen raken.

Wil je lang plezier hebben van een accu, dan zal je deze met zorg moeten behandelen en één van die aspecten is het op de juiste manier laden van de accu, en daar is heb je een laadregelaar voor nodig.

Laadregelaar

Deze laadregelaar geeft met zijn naam precies zijn taak aan. Hij regelt het laadproces. Een accu moet je niet laden door daar gewoon een spanning op te zetten en te wachten tot hij vol is. Het optimale laadproces is afhankelijk van de gebruikte accu en gebeurt in diverse fases, waarbij voor iedere fase een andere spanning en/of stroom van toepassing is. De grafiek laad het laadproces van een Lithium-Ion accu zien, waarbij de diverse laadstadia te zien zijn.

De laadregelaar zal je voor het eerste gebruik moeten instellen op een bepaalde type accu zoals GEL, AGM, LFP en de gebruikte accu-spanning (12, 24, 36 of 48 Volt) en daarna kan op basis van zonne-energie de accu geladen worden. Een goede laadregelaar doet overigens nog meer, maar daar komen we later op terug.

Gebruik van "normale" zonnepanelen is mogelijk

Moet je bij een PWM laadregelaar meestal speciale en dus dure zonnepanelen gebruiken, die speciaal bedoeld zijn voor gebruik met een PWM laadregelaar, bij een MPPT laadregelaar kan je "normale" zonnepanelen gebruiken, dezelfde die ook op daken worden gelegd.

Die panelen zijn vele malen goedkoper en leveren ook nog eens veel meer vermogen. Hoewel een MPPT laadregelaar duurder zal zijn dan een PWM laadregelaar, zal de totale investering van laadregelaar en zonnepanelen goedkoper zijn.

Het enige waar je op moet letten dat de maximale spanning van de zonnepanelen lager is dan de maximale PV-spanning van de MPPT laadregelaar.

Hoe sluit je een laadregelaar aan?

De laadregelaar heeft minimaal twee type aansluitingen. Een zonnepaneel- en een accu-aansluiting. De zonnepaneelaansluiting wordt afhankelijk van het model laadregelaar voorzien van een aansluitblok (noem het een kroonsteentje) of de bekende MC4 connectors waarmee vrijwel alle zonnepanelen op de wereld mee uitgevoerd zijn.

De accu-aansluiting is vrijwel altijd uitgevoerd met een aansluitblok.

MPPT functie

Deze laadregelaar heeft een MPPT functie. Daarmee zal meer vermogen uit de zonnepanelen gehaald kunnen worden dan laadregelaars zonder MPPT functie zoals PWM laadregelaars. Meer informatie over de MPPT techniek tref je aan in dit artikel.

Temperatuur geregelde lader

De laadregelaar heeft één of mogelijk twee temperatuursensors. Minimaal zal (via een optioneel aan te schaffen temperatuursensor) de mogelijkheid bestaan om de temperatuur te meten van de accu door deze aan te sluiten op een accupool. Bij veel, maar niet alle, accu's moeten namelijk de laadspanningen en stromen aangepast worden afhankelijk van de temperatuur van de accu.

De temperatuursensor kan ook zorgen dat de accu niet meer geladen of ontladen wordt onder een bepaalde minimum temperatuur, waarmee de accu beschermd wordt omdat deze anders intern beschadigd zou raken.

De laadregelaar zal intern een temperatuursensor hebben. Die wordt gebruikt om de temperatuur van de laadregelaar te bewaken. Mocht die temperatuur hoger worden dan een bepaalde waarde, dan zal de laadregelaar het geleverde vermogen naar de accu verminderen of zelfs stoppen met laden.

Met een zonder "load" aansluiting

De MPPT laadregelaars zijn beschikbaar in twee versies. Bij de eerste versie zijn naast de aansluitingen voor de accu (batt) en de zonnepanelen (pv) ook aansluitingen beschikbaar voor het aansluiten van de "load", de apparaten die uit de accu gevoed moeten worden.

Het voordeel van zo'n loadaansluiting is dat in de laadregelaar dan een accubewakingscircuit zit die in de gaten houdt of de accu niet te ver ontladen wordt.

Je stelt een minimum accuspanning in en zodra de accu onder deze grens komt zal de load-aansluiting afgeschakeld worden. Hiermee wordt dus diepontladen van de accu voorkomen.

De tweede versie heeft alleen maar een zonnepaneel en een accu-aansluiting (zie andere foto's in dit artikel). In dat geval moet het apparaat dat je er op aansluit, zoals een 230 Volt omvormer, zelf de accuspanning in de gaten houden en op tijd zich afschakelen.

Mocht zo'n accubewakingscircuit niet aanwezig zijn, dan moet je een accubewaking / accubescherming apparaatje gebruiken, zoals de Victron Smart Battery Protect. Die neem je op tussen het de load (het apparaat) en de accu. Op die accubewaker stel je de minimale spanning in van de accu. Zodra de spanning onder die grens daalt zullen de twee contacten onderbroken worden.

Gezond houden van de accu

Sommige laadregelaars, zoals die van Victron, kennen een "battery life optimized mode" die in- of uitgeschakeld kan worden. Deze mode zal helpen accu-levensduur verkortende situaties te voorkomen.

Deze mode is een waardevolle functie omdat de levensduur van vele type accu's snel achteruit zal gaan als ze langdurig een vrij lage SOC (ladingsgraad) hebben. Veel accu's vinden het daarnaast prettig als ze regelmatig volledig geladen worden.

Vooral in de wintermaanden (nov-feb) wanneer weinig zonne-energie beschikbaar zal zijn, is de kans groot dat de accu langdurig een lage SOC zal hebben. Door het inschakelen van de "battery life optimized mode" zal de laadregelaar de minimale ingestelde SOC (bijvoorbeeld door jou ingesteld op 20%) iedere dag met 5% verhogen als bemerkt wordt dat de accu langdurig niet meer tot 100% geladen is.

Doordat in zo'n situatie deze mode iedere dag automatisch de minimale SOC met 5% te verhoogt, zal dit zorgen dat de accu iedere dag iets voller raakt. Op een gegeven moment zal op een dag tijdens zonneschijn de accu wel de 100% SOC behalen.

Daarna zal dynamisch de minimale SOC aangepast worden waardoor minimaal één keer per week de accu tot 100% geladen zal worden. Kom je weer in een periode dat de zon voldoende schijnt, dan zal de minimale SOC waarde aangepast worden naar jouw initieel ingestelde minimale SOC waarde. Een zéér welkome functie die goed is voor de levensduur van de accu.

Daarnaast zal deze mode, juist in de donkere maanden, zorgen dat veel "noodvoorraad" in de accu beschikbaar is. Valt de netspanning weg (bij on-grid installaties) of is ineens veel energie benodigd, dan is deze op dat moment ook beschikbaar omdat de accu een vrij hoge SOC heeft, terwijl zonder deze functie de accu iedere dag vrijwel leeg zal zijn.

Minimum en maximum zonnepaneelspanning

De zonnepaneelingang van de laadregelaar heeft een bepaald spanningsbereik waarin hij kan functioneren. Dat betekent dat het zonnepaneel dat je op de laadregelaar aansluit een bepaalde minimum spanning moet leveren. Dit is bijvoorbeeld 5 Volt meer dan de accuspanning. Bij een 12 Volt accu moet het zonnepaneel dan minimaal 17 Volt leveren. Bij een 51,2 Volt accu is dit dus 56,2 Volt. In het laatste geval zal je dan minimaal twee panelen in serie moet schakelen om die spanning te bereiken.

Waar je vooral op moet letten dat de spanning die de zonnepanelen kunnen afgeven, absoluut niet hoger mag worden dan de maximale spanning die gespecificeerd is voor de PV-ingang. Is die spanning hoger dan is het doorgaans meteen einde oefening voor de laadregelaar.

Je zal dus moeten kijken naar de U_oc, de openklemspanning van de in serie geschakelde panelen. Wat de U_oc is per paneel kan je opzoeken in de datasheet van het zonnepaneel (of staat achterop het zonnepaneel). Bedenk dat deze U_oc geldt bij een temperatuur van 25°C. Zodra de temperatuur daalt heb je te maken met een negatieve temperatuurcoëfficiënt, en zal deze openklemspanning stijgen.

Als voorbeeld, stel dat de U_oc van het zonnepaneel 39 Volt is. En de temperatuurcoëfficiënt voor de spanning is bijvoorbeeld -0,3%/°C (het minteken geeft aan dat als de temperatuur daalt dat de spanning zal stijgen). Dan zal het paneel bij een temperatuur van 0°C (kan voorkomen in het voorjaar) een spanning hebben die 25 x 0,3% = 7,5% hoger ligt. De U_oc zal dan bij 0°C zijn: 39 Volt x 1,075 = 41,925 Volt.

Maximale kortsluitstroom zonnepanelen

Bij iedere laadregelaar zal ook een bepaalde maximale zonnepaneelstroom gelden. De kortsluitstroom, of I_sc van het zonnepaneel moet onder deze waarde blijven. Het spreekt voor zich dat als je meerdere zonnepaneelstrings parallel schakelt, de kortsluitstroom van die panelen zal verdubbelen / verdrievoudigen ..., en daar moet je rekening mee houden m.b.t. de maximale zonnepaneelstroom. Verdiepingsstof in het artikel over het in serie en parallel schakelen van zonnepanelen.

Overigens, kan je naar onze mening (let op, het is onze mening, we geven je geen garanties) deze maximaal gespecificeerde kortsluitstroom van de laadregelaar gerust overschrijden omdat de laadregelaar zelf de stroom regelt en zal deze de stroom naar onze mening hoger laten worden dan het maximum dat ze zelf specificeren.

In de specificaties van de Victron Solar Chargers lezen we dan ook dat als je meer PV (Wp) vermogen aansluit dan gespecificeerd, dat de laadregelaar het vermogen dat gebruikt wordt zal beperken tot het maximum wat de laadregelaar aankan^[2]. Dat is de accuspanning x maximale accustroom + omzetverliezen.

Als voorbeeld, de Victron SmartSolar MPPT 150/35 kan werken met een accuspanning van 12, 24, 36 en 48 Volt en een maximale stroom van 35 Ampère. Het maximale PV vermogen bij 48 Volt is gespecificeerd op 2000 Watt. Maar het maximale vermogen dat naar de accu kan stromen is 48 V x 35 A = 1680 Watt. Daar zie je al dat de overdracht van vermogen van PV naar de accu beperkt wordt tot maximaal 1680 Watt. Zou je rekenen met 51,2 Volt (want de meeste 48 Volt LFP accu's leveren 51,2 Volt), dan is het vermogen 51,2 x 35 = 1792 Watt.

In de documentatie van deze laadregelaar is te lezen^[3] dat de maximale kortsluitstroom alleen maar van toepassing is bij het verkeerdom aansluiten van de plus en min van de PV. Dus als je daar geen fout in maakt, dan kan naar onze mening veel meer PV Wp vermogen aangesloten worden.

Mogelijk begrijp je niet waarom je veel meer PV vermogen zou aansluiten dan de laadregelaar kan afgeven aan de accu. De reden is om tijdens de donkere periode (nov-feb) tóch nog een redelijk vermogen beschikbaar te hebben en dan te accepteren dat buiten die periode feitelijk véél te veel PV vermogen niet benut zal worden. Dat wordt het onderdimensioneren van de laadregelaar of het overdimensioneren van de zonnepanelen genoemd.

Accuspanning

De laadregelaar zal gespecificeerd zijn om te werken met een 12 Volt, 24 Volt, 36 Volt of 48 Volt accu. Het spreekt voor zich dat een 24 Volt laadregelaar niet gebruikt moet worden bij een 12 Volt accu of andersom. Bij sommige laadregelaars is de accuspanning instelbaar of wordt zelfs (bij de eerste keer dat je de accu aansluit) automatisch ingesteld.

Maximale acculaadstroom

De laadregelaar zal een bepaalde maximale laadstroom hebben waarmee de accu geladen zal worden. Zorg dat die laadstroom voldoende is voor de accu. De maximale laadstroom is doorgaans instelbaar. Dus als je de accu wil laden met 10 Ampère dan zal een laadregelaar met een maximale laadstroom van 15 Ampère goed bruikbaar zijn, mits je de maximale laadstroom instelt op 10 Ampère.

Accu type

De laadregelaar die je wil gebruiken moet compatibel zijn met de accu. Heb je bijvoorbeeld een GEL accu, dan moet de laadregelaar ook GEL accu's ondersteunen. Vaak ondersteunen laadregelaars diverse type accu's zoals loodzuur, GEL, AGM, Li-Ion en LFP accu's. Je moet voor gebruik het accutype wel eerst instellen op de laadregelaar.

Instelbare laad-spanningen en -stromen

De laadregelaar zal voor iedere accutype bepaalde standaard laad-spanningen en stromen hebben (en nog vele andere instellingen). Maar niet iedereen wil van deze instellingen gebruik maken omdat de wens kan zijn om de accu sneller op te laden of bijvoorbeeld de levensduur van de accu te optimaliseren.

In dat geval zal je de laad-instellingen willen veranderen. Bij veel laadregelaars is dit mogelijk via een pc of smartphone met een bepaalde app.

SOC meting

Hoewel de MPPT laadregelaar de accu laad, zal deze lader doorgaans geen SOC indicator hebben. Je kan dus niet zien wat de SOC van de accu is. Wil je een nauwkeurige SOC indicator hebben dan vereist dat het gebruik van een shunt zoals de Victron SmartShunt waarbij de SOC met o.a. je mobiel uitgelezen kan worden. Een shunt wordt in serie opgenomen met de mindraad die naar de accu loopt.

Optimizers en micro-omvormers

Wil je de zonnepanelen op je dak aansluiten op een laadregelaar, dan is het niet toegestaan dat de zonnepanelen zijn uitgevoerd met optimizers. Mocht je die hebben, dan zullen die eerst verwijderd moeten worden.

De zonnepanelen zullen rechtstreeks, dus met hun gelijkspanningskabels, aangesloten worden op de laadregelaar. Maken je zonnepanelen gebruik van micro-omvormers, dan kan je deze niet gebruiken in combinatie met een laadregelaar. De micro-omvormers leveren namelijk 230 Volt wisselspanning en de laadregelaar verwacht een gelijkspanning. Een mogelijke oplossing is om de micro-omvormers onder de panelen te verwijderen.

Zekeringen

Denk er aan dat de kabel van de laadregelaar naar de accu een zekering is opgenomen. De zekering is bedoeld om de kabel te beschermen en moet dus gedimensioneerd worden op de diameter van de accukabel.

Let op: aansluitvolgorde

Lees de handleiding of de laadregelaar die je wil gaan installeren een bepaalde aansluitvolgorde heeft. Zo wordt mogelijk eerst verwacht dat je de accu aansluit, een tijdje wacht (voor eventuele automatische accuspanningsinstelling) en daarna pas de zonnepanelen op de laadregelaar aansluit. Een andere aansluitvolgorde zou kunnen leiden tot een defect van de laadregelaar.

Meerdere laadregelaars parallel

Mocht de stroom waarmee de laadregelaar de accu zal opladen onvoldoende zijn, dan kunnen meerdere laadregelaars zonder problemen parallel aangesloten worden op de accu. Dit gebeurd ook als achteraf de capaciteit van de accu vergroot wordt, de tweede accu wordt dan parallel geschakeld aan de eerste, en zullen extra zonnepanelen met een extra laadregelaar zorgen dat de twee accu's voldoende snel geladen kunnen worden.

Mocht je een toekomstige accu uitbreiding al voorzien, dan kan je de laadregelaar "op de groei" kopen, dat hij dan geschikt is voor de toekomstige accucapaciteit. Zolang die uitbreiding er nog niet is kan de stroom van de laadregelaar beperkt worden tot de helft van de stroom (of een andere waarde die je wenst).

Vuistregel

De laadregelaar die je wil gaan gebruiken moet geschikt zijn voor de capaciteit van de accu. Hoewel het per accutype anders kan liggen, is het verstandig om de laadstroom te beperken tot 0,2C tot 0,3C. Dus 0,2 of 0,3 keer de capaciteit van de accu.

Heeft de accu een capaciteit van 100 Ah, dan is het gebruikelijk om de laadstroom te beperken tot 20 Ampère (0,2C) of 30 Ampère (0,3C). Bij een constante laadstroom van 0,2 zal de accu in vijf uur geladen zijn. Bij 0,3C is dat in iets meer dan drie uur.

Voor een accu van 100 Ah zal je dus een laadregelaar moeten zoeken die iets van 30 Ampère laadstroom kan geven. Kies liever een iets grotere laadregelaar, de laadstroom kan je altijd beperken. Als je voor een Victron MPPT laadregelaar kiest dan zou dat dus een MPPT 100/30 (100 Volt maximale PV spanning, stroom maximaal 30 Ampère) of MPPT 150/35, maar twee laadregelaars MPPT 75/15 of 100/15 die parallel geschakeld worden is natuurlijk ook een optie. Wil je in de toekomst de accu uitbreiden door een tweede parallel te schakelen dan zou je kunnen overwegen om een MPPT 250/60 aan te schaffen.