Auteur: Ir. T.S. Stel, je hebt een zonnepanelen set aangeschaft en je wilt je omvormer aansluiten op de meterkast. Een omvormer voor zonnepanelen plaatsen is in de basis heel eenvoudig, maar veel mensen vinden het spannend om de omvormer aan te sluiten op de meterkast (groepenkast). Als dat niet goed gebeurt, is er immers een risico op brand. De norm die gehanteerd dient te worden is de NEN 1010, de Nederlandse norm voor “Elektrische installaties voor laagspanning”. Daar staat een hoop in en het is voor een leek uit de losse artikelen op internet lastig te bepalen wat relevante informatie is. Dit artikel geeft een complete uitleg van alle informatie die benodigd is om een omvormer veilig aan te sluiten op de groepenkast, compleet met schema. Als je de omvormer niet zelf installeert, kun je dit artikel gebruiken om te controleren of je installateur zijn werk goed heeft gedaan. Dus ga er even goed voor zitten en sluit je omvormer veilig aan op de groepenkast!
Zonnepanelen correct aansluiten: Serie of parallel? Veiligheid staat altijd voorop
Schakel een erkend elektricien in als je niet zeker bent van je zaak. Zorg ervoor dat je de delen vóór de hoofdschakelaar die nog onder spanning staan afdekt met een isolerend materiaal, zodat ze niet meer kunnen worden aangeraakt. Een hoofdschakelaar is in elke groepenkast verplicht, zodat de brandweer in geval van nood in 1 handeling de elektrische installatie kan uitschakelen. Als je geen hoofdschakelaar hebt, laat een erkend elektricien met zegelrecht dan de groepenkast vervangen. Vervang de groepenkast niet zelf, tenzij de hoofdzekeringen zijn uitgevoerd met zekeringautomaten en je de spanning veilig kunt afschakelen zonder de zegels te verbreken.
Veiligheidsmarkeringen en aansluitingen
Om hulpverleners te attenderen op het feit dat er een zonnestroominstallatie in het pand is, dient bij de hoofdaansluiting en bij elke PV-verdeler de sticker met rode rand in Figuur 1 geplaatst te worden (NEN 1010, artikel 712.514.101). Op de omvormer worden de gele stickers geplaatst (NEN 1010, artikels 712.514.102 en 712.514.103). Deze stickers geven aan de omvormer zowel aan de AC- als de DC kant moet worden losgekoppeld om spanningsloos te zijn.
De omvormer wordt meestal aangesloten op de groepenkast middels een YMVK installatiekabel. De keuze van deze AC kabel kan grote gevolgen hebben voor de goede werking van de omvormer. Het is belangrijk om het spanningsverlies over de AC kabel onder 1% te houden. Omvormers drijven de netspanning op. Als er in een wijk veel zonnepanelen zijn geplaatst, verhogen alle omvormers samen de netspanning fors als het mooi weer is. Zodra de netspanning bij de omvormer 253V bereikt, moet de omvormer uitschakelen volgens de netcode. Je levert dan uiteraard geen energie meer terug, terwijl het juist mooi weer is!
Hoeveel spanning je verliest over de AC kabel hangt af van de lengte van de kabel en van de stroom die door de kabel loopt. Immers, spanning is stroom x weerstand: V=IxR (wet van Ohm). In deze handige tabel zoek je zo op welke kabel geschikt is voor jouw omvormer. Meer informatie over dit onderwerp lees je in de blog Help! Het is belangrijk om AC kabels en aangesloten apparatuur te beveiligen tegen overbelasting. Dit wordt in de NEN1010 foutbescherming genoemd. Foutbescherming is altijd verplicht, want foutbescherming voorkomt gevaarlijke situaties door de fout af te koppelen van het net. Het ontstaan van brand wordt hiermee voorkomen.
Zekeringautomaten en selectiviteit
Een zekeringautomaat (ook wel installatieautomaat genoemd) grijpt in beide gevallen in. In Figuur 2 staat links een 1-fase zekeringautomaat afgebeeld en rechts een 3-fasen zekeringautomaat, ook wel krachtgroep genoemd. Beide types zekeringautomaat onderbreken zowel de fasen als de nul. De zekeringautomaat heeft een snelle beveiliging die de kabel onderbreekt bij een kortsluiting (= veel te hoge stroom). Een kortsluiting moet snel worden opgeheven, omdat hierbij veel energie vrijkomt. Een zekeringautomaat heeft daarnaast een langzame thermische beveiliging die de kabel onderbreekt als er te lang een (iets) te hoge stroom loopt. Door deze lichtere overbelasting kan de kabel langzaam opwarmen, waardoor op termijn ook een gevaarlijke situatie zoals brand kan ontstaan.
Hoe snel de kabel opwarmt, is mede afhankelijk van hoe de kabel gemonteerd is. De afschakelkarakteristiek van zekeringautomaten met B-, C- en D-karakteristiek is weergegeven in de grafiek van figuur 3. De grafiek laat de afschakeltijden zien op de verticale as, uitgezet tegen de relatieve overstroom I/In op de horizontale as. Voor een PV omvormer zijn zekeringautomaten met een B-karakteristiek voldoende, omdat omvormers de terugeleverde stroom rustig opbouwen. De rode lijnen in figuur 3 geven de grenzen weer van de snelle kortsluitbeveiliging met B-karakteristiek. De kortsluitbeveiliging is begrensd tussen 3.2x en 4.8x de nominale stroom In van de automaat. Voor een zekeringautomaat met 16A B-karakteristiek betekent dit dat de automaat direct uitschakelt bij een kortsluitstroom van tussen 51,2A en 76,8A. Het is belangrijk dat de gebruikte kabel een weerstand heeft die laag genoeg is om ervoor te zorgen dat bij een kortsluiting daadwerkelijk een stroom van minimaal 76,8A gaat lopen.
In de praktijk voldoet de kabel naar de PV omvormers aan deze lage weerstand, omdat bij het ontwerp van PV installaties kabel al rekening wordt gehouden met een zeer lage spanningsval over de AC kabel van maximaal 1%. De kabellengte is daarom normaal gesproken voldoende kort om de zekeringautomaat aan te spreken in het geval van een kortsluiting. Alleen bij lage vermogens van 2kW en minder kom je in theorie bij 1% spanningsval op langere kabellengtes uit dan de maximaal toegestane 122m voor een B16 beveiligde 3×2,5mm2 kabel. Dat is een erg lange kabel. Mocht het toch voorkomen, pas in zo’n geval een B10 zekeringautomaat toe. De maximale lengte van een 3×2,5mm2 kabel is dan 195m.
Zekeringautomaten met B-, C- en D-karakteristiek hebben allemaal dezelfde thermische beveiliging, of overbelastingsbeveiliging. Deze langzame beveiliging schakelt de zekeringautomaat uit als er gedurende een langere tijd een te hoge stroom loopt. Zo schakelt een automaat die belast wordt met 2x In (dus 32A voor een 16A zekeringautomaat) na maximaal 70-80s uit, zie de gele stip in figuur 3. Omdat voor zonnestroomsystemen de geleverde stroom gedurende langere tijd hoog kan zijn, wordt in het ISSO handboek zonnestroom aangeraden een 20% zwaardere zekeringautomaat te plaatsen dan het maximale vermogen van de omvormer.
Dit is vooral relevant als de automaat ingebouwd zit tussen andere automaten en niet goed kan koelen. Plaats dan een 20A zekeringautomaat voor een 3600W omvormer, die maximaal 16A teruglevert. Mocht de zekeringautomaat toch uitgaan als de omvormer langere tijd op hoog vermogen werkt, dan kun je zorgen voor open ruimte aan beide zijden van de zekeringautomaat. De zekeringautomaat kan zijn warmte dan beter kwijt en zal pas bij een hogere stroom afschakelen. Dit is vooral relevant bij zekeringautomaten van 1 module breed. Alhoewel de NEN1010 op dit moment nog niet voorschrijft dat de beveiliging van omvormers 20% zwaarder moet zijn dan de maximale AC stroom van de omvormer, wordt dit waarschijnlijk in een toekomstige versie wel een vereiste.
Bij het in serie plaatsen van meerdere overstroombeveiligingen moet ervoor worden gezorgd dat de juiste beveiliging wordt aangesproken in het geval ergens een fout optreedt. Daarom wordt van oudsher voor zekeringautomaten in de groepenkast twee stappen in de zekeringswaarde ten opzichte van de hoofdzekering aangehouden. Deze twee stappen verschil zijn gebaseerd op het gebruik van smeltzekeringen. Smeltzekeringen hebben een relatief grote variatie in aanspreekstroom, waardoor een factor 1,6 moet worden aangehouden voor volledige selectiviteit tussen twee in serie geplaatste zekeringen. Voor PV omvormers is selectiviteit van de zekeringautomaten echter niet nodig. Het teruggeleverde vermogen is bij een PV omvormer goed gedefinieerd en er zal nooit een te grote stroom worden teruggeleverd. Als er een kortsluiting zou plaatsvinden in de omvormer, dan zou de stroom van het net richting de omvormer stromen. Het heeft dan de voorkeur dat de zekeringautomaat van de omvormer wordt aangesproken en niet de hoofdzekering.
Als de hoofdzekering een veelgebruikt smeltzekering met gG karakteristiek is en de omvormer is beveiligd met een B-karakteristiek zekeringautomaat, dan is dit doorgaans geen probleem. Als zowel voor de hoofdzekering als de omvormerbeveiliging automaten zijn gebruikt, dan wordt voor de hoofdzekering vaak een C-karakteristiek automaat gebruikt. Een aardlekbeveiliging is niet altijd noodzakelijk voor vast aangesloten apparatuur (distributiegroep). Dat wil zeggen apparatuur met een eigen groep in de groepenkast en direct aangesloten middels een eigen installatiekabel. Er zijn verschillende manieren om een pand veilig aan te sluiten op het elektriciteitsnet. In deze panden hoeft aardlekbeveiliging slechts te worden toegepast als aanvullende bescherming op groepen met bijvoorbeeld wandcontactdozen (NEN 1010 artikel 411.3.3).
De meeste woonhuizen in Nederland zijn echter op het net aangesloten middels het TT stelsel, waarbij de aarding door middel van een aardpen onder de woning wordt gerealiseerd. De netbeheerder legt in dit geval geen kabel voor aarde naar de woning, wat kosten bespaart. Bij gebruik van een aardpen is de aardingsweerstand niet goed gedefinieerd. De weerstand hangt immers af van de condities tussen het pand en de wijktransformator. Voor aarding middels een aardpen is dus niet gegarandeerd dat de weerstand naar aarde voldoende laag is om een zekeringautomaat af te laten gaan. Alleen als gegarandeerd kan worden dat de weerstand naar aarde blijvend voldoende laag is om een correcte functie van zekeringautomaten te garanderen is aardlekbeveiliging als foutbescherming voor PV omvormers in een TT stelsel niet verplicht (NEN 1010 artikel 411.5.2).
Aardlekschakelaars en transformatorloze omvormers
Er zijn verschillende typen aardlekschakelaars, maar twee typen zijn relevant voor het aansluiten van omvormers op de groepenkast: type A en type B. Type A aardlekschakelaars werken alleen met wisselstroom en type B aardlekschakelaar werken naast met wisselstroom ook met gelijkstroom. Omdat type B aardlekschakelaars complexer zijn dan type A aardlekschakelaars en minder vaak worden toegepast, zijn ze een stuk duurder. Veel moderne omvormers zijn niet geïsoleerd. Niet-geïsoleerde omvormers hebben vaak de letters TL in de type-aanduiding, wat staat voor TransformerLess. Dat wil dus zeggen dat in de omvormer geen gebruik wordt gemaakt van een transformator om de zonnepanelen van het net te scheiden. In het geval er een fout optreedt in de transformatorloze omvormer, kan er in het systeem wel een gelijkstroom naar aarde lopen. Een type A aardlekschakelaar zou door deze gelijkstroom niet meer functioneren. Echter, artikel 712.530.3.101 van de NEN 1010 geeft ook aan dat een type A aardlekschakelaar toch mag worden toegepast indien de fabrikant van de omvormer een verklaring afgeeft dat de gelijkstroom nooit hoger kan zijn dan 6mA. Bij een gelijkstroom van 6mA of kleiner behouden type-A aardschakelaars hun functie.
In de handleiding van transformatorloze omvormers wordt vaak een aardlekbeveiliging van 300mA voorgeschreven. De reden is dat bij gebruik van een transformatorloze omvormer de zonnecellen een AC spanning hebben van 230V ten opzichte van aarde. Geen nood, zonnepanelen zijn dubbel geïsoleerd en deze spanning vormt dus geen gevaar. Deze spanning veroorzaakt wel een lekstroom naar aarde. De grootte van deze lekstroom is afhankelijk van de capaciteit naar aarde van het complete zonnestroomsysteem. Hoe meer zonnepanelen geplaatst zijn, hoe groter dus deze stroom. In figuur 6 staat de kans op letsel door stroom uitgezet tegen aanrakingstijd en effectieve stroom. Als een fase voor slechts 0.17s wordt aangeraakt en er loopt een stroom van 300mA, dan is er al een risico op hartfibrillatie. Bovendien is de lekstroom voor verreweg de meeste goed geïnstalleerde particuliere zonnestroomsystemen zo laag, dat een 30mA aardlekbeveiliging ook voor transformatorloze omvormers prima voldoet.
Gebruik een aparte aardlekbeveiliging voor de PV omvormer en sluit de omvormer niet met een extra groep op een bestaande aardlekschakelaar aan. Alle apparatuur die al is aangesloten op de bestaande aardlekschakelaar heeft namelijk ook een lekstroom naar aarde. Deze lekstroom telt op bij de lekstroom van het zonnestroomsysteem. Gebruik daarom altijd een aparte aardlekautomaat (combinatie van aardlekschakelaar en zekeringautomaat) om een omvormer aan sluiten op je groepenkast. Er is een uitzondering waarbij het gebruik van een 300mA aardlekbeveiliging toch noodzakelijk is. Bij plaatsing van een groot aantal zonnepanelen op een (geaard) staaldak, is de capaciteit naar aarde relatief groot. De lekstroom naar aarde van een transformatorloze omvormer kan daardoor boven de 30mA uitkomen.
Na het installeren van een zonnestroom-installatie kunnen twee bronnen de apparatuur in het pand voeden: het elektriciteitsnet en de zonnestroom-installatie. Stel dat een installatie met een 1-fase omvormer van 5kW is geplaatst. Deze omvormer levert maximaal IPV = 5kW/230V = 22A terug. Stel nu dat het pand een 1-fase hoofdaansluiting heeft die is gezekerd met Inet = 35A. De maximale stroom die nu aan de apparatuur in het pand geleverd wordt is Inet + IPV = 22A + 35A = 57A. Met name bestaande aardlekschakelaars in de groepenkast zijn een punt van aandacht. Meestal hebben deze aardlekschakelaars een capaciteit van 40A. Een aardlekschakelaar is geen zekeringautomaat en schakelt niet af bij een te hoge stroom, maar alleen bij een te grote verschilstroom tussen de fase(n) en de nul.
Praktische oplossing voor hoge Inet en IPV
1. De eerste oplossing is het plaatsen van een zekeringautomaat van 40A tussen de hoofdschakelaar en de bestaande aardlekautomaten. Deze zekeringautomaat heet ook wel remautomaat en zorgt ervoor dat de stroom door de aardlekschakelaar niet hoger kan worden dan 40A.
Voor 3-fasen systemen is het probleem minder groot. Meestal is een 3-fasen hoofdaansluiting namelijk gezekerd met Inet = 3x25A. Voor zonnestroomsystemen met een omvormer van 10kW is de maximaal teruggeleverde stroom IPV = 3x15A. De som van deze stromen is 40A, wat meestal ook de toegestane stroom is voor de aardlekschakelaars. Bescherm in een 3-fasen systemen met een omvormer >10kW de aardlekschakelaars dus op een zelfde manier als weergegeven in Figuur 8 voor een 1-fase systeem.
Alhoewel de NEN1010 op dit moment nog niet voorschrijft dat de beveiliging van omvormers 20% zwaarder moet zijn dan de maximale AC stroom van de omvormer, wordt dit waarschijnlijk in een toekomstige versie wel een vereiste. Het samenspel van alle onderdelen bepaalt de veiligheid: paneel, dakbevestiging, dakkabels, dakdoorvoer, aansluitingen, omvormer, kabel naar de meterkast en aansluiting in de meterkast. Een juiste dimensionering van kabels, zekeringen en aardlekbeveiliging op basis van vermogen en belasting is cruciaal.
Belangrijkste bouwstenen van een veilige PV-installatie volgens praktijkinstructeurs
De veiligheid van een pv-installatie staat of valt met acht onderdelen: het paneel, de dakbevestiging, de dakkabels, de dakdoorvoer, de aansluitingen, de omvormer, de kabel naar de meterkast en de aansluiting in de meterkast. Volgens elektrotechnisch instructeur Anton Kerkhofs van AK Trainingen begint alles met de juiste dimensionering van kabels, zekeringen en aardlekbeveiliging, afgestemd op vermogen en belasting.
- De eerste stap is de keuze van de panelen zelf. Op elk paneel hoort een typeplaatje te zitten met onder andere spanning, stroom, vermogen, beschermingsklasse en de CE-markering. Panelen zonder CE-markering kunnen bij inspectie worden afgekeurd.
- Bij pannendaken én platte daken is de onderconstructie de drager van het systeem. Verstelbare dakhaken maken uitlijnen mogelijk; stijve profielen dragen de belasting van sneeuw, wind en soms een monteur.
- Op het dak zijn de dakkabels een risicopunt. Zorg voor mechanische bescherming en correcte MC4-voorzieningen, compatible merken en types voorkomen slechte passing.
- De dakdoorvoer heeft mechanische bescherming en scheiden van DC-plus en DC-min leidingen om kortsluiting te voorkomen.
- Alle overgangen tussen kabels, panelen, verlengstukken en omvormer vereisen juiste pers- en krimptangen en volledige afdichting.
- De plaatsing van de omvormer bepaalt mede de bedrijfsveiligheid: juiste locatie, koeling, vrije ruimte en eventueel DC-lastscheider.
- De kabel tussen omvormer en meterkast mag spanningsverlies veroorzaken; houd dit rond 1% en gebruik geschikte kabeldoorsnede (vaak 6 mm² bij 1-fase).
- De aansluiting in de meterkast is cruciaal: volgens NEN EN IEC 61439, selectiviteit van beveiligingen, duidelijke aanduiding en mechanische bevestiging van kabels.
Tot slot wordt benadrukt dat vanaf 1 april 2023 het niet langer toegestaan is om zelf cv-ketelwerk te doen; CO-certificaat voor installateurs is verplicht en inspecties worden strenger. Een CO-melder wordt sterk aangeraden, en onderhoud via gecertificeerde installateurs blijft van belang voor veiligheid en verzekering.