Een universele AC-oplossing voor netgekoppelde omvormers zonder bruikbare zero-export-, export-limit- of externe uitschakelfunctie.

Bij dynamische energieprijzen kan terugleveren op sommige uren nauwelijks iets opleveren of zelfs geld kosten. De mooiste oplossing is altijd een ingebouwde vermogensregeling van de omvormer zelf: bijvoorbeeld zero-export, export limiting of een officiële digitale ingang. Maar lang niet iedere omvormer, micro-omvormer of gateway biedt zo’n functie.

In dat geval kun je een stap terug doen naar iets veel fundamentelers: de AC-netverbinding van de PV-installatie gecontroleerd onderbreken met een contactor. Een Shelly Pro 1 kan vervolgens de spoel van die contactor aansturen. De Shelly schakelt dus niet het PV-vermogen zelf; hij geeft alleen het commando aan het echte vermogensschakelapparaat.

Belangrijk: dit artikel beschrijft het technische principe. Het is geen universeel klem-voor-klem aansluitschema. Een wijziging in een 230/400 V groepenkast moet passend worden ontworpen en gecontroleerd aan de hand van de werkelijke installatie, fabrikantdocumentatie en geldende normen.

Waarom zou je zonnepanelen automatisch willen afschakelen?

De klassieke situatie is simpel: zonnepanelen produceren, de woning gebruikt een deel en het overschot gaat het net op. Met een vast teruglevertarief was dat meestal prima. Bij dynamische tarieven kan het economisch beeld echter per uur veranderen.

Als de vergoeding voor teruglevering negatief wordt, kan iedere extra kWh die je het net op stuurt geld kosten. Een automatisch afschakelbare PV-installatie kan dan interessant zijn. Dezelfde techniek kan ook worden gebruikt voor een handmatige afstandsschakeling, tijdelijk curtailment tijdens werkzaamheden of een eigen energiebeheersysteem.

Deze oplossing is vooral interessant wanneer de omvormer geen native exportregeling heeft. Heeft je omvormer wél een ondersteunde zero-export- of vermogenslimietfunctie, dan verdient die meestal de voorkeur: moduleren is technisch eleganter dan de hele installatie aan en uit schakelen.

Het basisprincipe: de Shelly is niet de vermogensschakelaar

De installatie bestaat uit twee strikt verschillende circuits:

  1. Vermogenscircuit: de AC-aansluiting van de PV-omvormer(s). Hier loopt de daadwerkelijke PV-stroom. Dit circuit wordt geschakeld door een geschikte contactor of magneetschakelaar.
  2. Stuurcircuit: een kleine 230 V stuurkring met een eigen beveiliging, de Shelly en de spoel van de contactor.

Dat onderscheid is belangrijk. Een Shelly Pro 1 heeft weliswaar een relaisuitgang, maar bij deze toepassing laat je niet de volledige PV-productie door dat relais lopen. De Shelly bekrachtigt alleen A1/A2 van de contactor. De contactor doet het zware werk.

Vereenvoudigd schema voor een 1-fase PV-installatie

Figuur 1 – Basisprincipe voor 1 fase. De Shelly stuurt alleen de contactorspoel. De contactor onderbreekt de AC-netkoppeling van de omvormer.

Wat heb je nodig?

De exacte componentkeuze hangt af van het vermogen, de bestaande beveiliging, de netvorm en de documentatie van de omvormer. De basis bestaat uit:

  • Shelly Pro 1 of vergelijkbare DIN-rail schakelmodule met potentiaalvrij relaiscontact.
  • Contactor/magneetschakelaar met voldoende poolaantal, nominale stroom en geschikte gebruikscategorie voor de PV-AC kring.
  • Beveiliging voor de stuurkring, bijvoorbeeld een kleine installatieautomaat passend bij het ontwerp.
  • 230 V AC contactorspoel als je rechtstreeks vanuit de groepenkast wilt sturen.
  • RC-snubber of andere geschikte overspanningsonderdrukking over de AC-spoel wanneer dit door de fabrikant wordt aanbevolen.
  • DIN-rail ruimte, klemmen, correcte bedrading en behuizing.

De bestaande beveiliging en scheidingsmogelijkheden van de PV-installatie blijven bestaan. Een slimme contactor is geen vervanging voor een vereiste PV-beveiliging of onderhoudsscheider.

1 fase: wat wordt geschakeld?

Bij een normale 1-fase netgekoppelde omvormer loopt de AC-verbinding via fase en nul. Voor een volledige afschakeling wordt in veel ontwerpen een 2-polige contactor gebruikt waarmee L en N gezamenlijk worden onderbroken. PE blijft permanent verbonden.

Conceptueel:

Net / groepenkast
      |
PV-beveiliging
      |
2-polige contactor  <--- Shelly stuurt alleen de spoel
      |
Omvormer
      |
Zonnepanelen

PE loopt ononderbroken door.

Welke poolconfiguratie en scheidingswijze exact is toegestaan of vereist, hangt af van de installatie en lokale voorschriften.

3 fasen: hetzelfde principe, meer polen

Bij een 3-fase omvormer of meerdere micro-omvormers verdeeld over drie fasen blijft het principe hetzelfde. Het vermogensdeel wordt alleen groter.

Een gebruikelijke opzet is een 4-polige contactor die L1, L2, L3 en N in één keer schakelt. PE wordt nooit geschakeld.

Vereenvoudigd schema voor een 3-fase PV-installatie

Figuur 2 – Basisprincipe voor 3 fasen. L1, L2, L3 en N worden door de contactor geschakeld; PE blijft permanent aangesloten.

Wat gebeurt er met de omvormer als de contactor opent?

Een normale netgekoppelde PV-omvormer bewaakt continu de netspanning en netfrequentie. Wanneer de AC-netverbinding verdwijnt, hoort de omvormer te stoppen met invoeden. Dit is onderdeel van de netbewaking en anti-islandingfunctie van grid-tied omvormers. Fabrikanten zoals SMA en Fronius documenteren expliciet dat hun netgekoppelde omvormers de invoeding stoppen of van het net ontkoppelen bij een netfout of wegvallen van het net.

Dat betekent niet dat de DC-zijde spanningsloos wordt. Bij stringomvormers kan de PV-DC spanning gewoon aanwezig blijven. Bij micro-omvormers blijven de panelen eveneens verbonden met de elektronica op het dak. AC afgeschakeld is dus niet hetzelfde als een volledig spanningsloze PV-installatie.

Na het herstellen van de netverbinding zal de omvormer opnieuw zijn netcontrole uitvoeren. De herstart kan daarom enige tijd duren. Hoe lang precies verschilt per merk, model en ingestelde netcode.

NO of NC contactor?

Hier zit een interessante ontwerpkeuze.

Een NO-contactor (Normally Open) is zonder spoelspanning open. Valt de stuurspanning weg, dan wordt de PV-installatie dus losgekoppeld. Dat is logisch wanneer de gewenste fail-state "PV uit" is. Nadeel: als de zonnepanelen vrijwel altijd aan moeten staan, staat de spoel ook vrijwel continu bekrachtigd.

Een NC-contactor (Normally Closed) werkt andersom. Zonder spoelspanning blijft de PV-installatie verbonden. Alleen wanneer je actief wilt afschakelen wordt de spoel bekrachtigd. Voor incidenteel afschakelen op negatieve prijzen is dat energiezuinig en praktisch. Het nadeel is dat een defecte stuurkring de installatie juist niet automatisch uitschakelt.

Er is dus geen universeel "beste" keuze. Prijsoptimalisatie, beschikbaarheid en veiligheidsfuncties zijn verschillende ontwerpdoelen.

Waarom een RC-snubber?

Een contactorspoel is een inductieve belasting. Bij het uitschakelen van zo’n spoel ontstaat een korte spanningspiek. Die piek kan het relaiscontact extra belasten en elektromagnetische storing veroorzaken.

Een geschikte RC-snubber wordt parallel over A1 en A2 van de AC-spoel geplaatst. Daarmee wordt de uitschakelpiek gedempt. Shelly toont zelf een RC-snubber in de documentatie voor inductieve lasten en heeft ook een officiële toepassing waarbij een Pro 1 een contactor aanstuurt.

Wat kan de software vervolgens doen?

Pas nadat de elektrische installatie zelfstandig correct en veilig is opgebouwd, wordt de software interessant.

De basislogica kan extreem eenvoudig zijn:

als terugleveren financieel ongunstig is:
    contactor openen -> PV uit
anders:
    contactor sluiten -> PV aan

In de praktijk voeg je minimaal een paar dingen toe: een minimale aan/uit-tijd om klapperen te voorkomen, controle of de Shelly werkelijk in de verwachte stand staat, een waarschuwing bij een onlogische toestand en verstandig gedrag na een reboot of netwerkstoring.

Home Assistant is hier een logische keuze, maar niet verplicht. De Shelly Pro 1 kan lokaal via LAN of wifi worden aangestuurd en beschikt ook over een eigen webinterface en scriptingmogelijkheden. De elektrische beveiliging mag echter nooit afhankelijk zijn van Home Assistant, wifi of internet.

Groot voordeel: merk-onafhankelijk

Dit is misschien wel het sterkste punt van deze methode. De contactor hoeft niets te weten over Modbus, een cloud-API, fabrikantgateway of firmwareversie. Hij onderbreekt simpelweg de AC-netkoppeling.

Daardoor is het concept toepasbaar op veel verschillende netgekoppelde omvormers en micro-omvormers die zelf geen bruikbare externe vermogensregeling bieden.

De voorwaarde is wel dat de betreffende omvormer volgens zijn normale ontwerp veilig stopt bij verlies van de netverbinding en dat de fabrikant geen bezwaar heeft tegen de gekozen externe AC-schakelmethode. Controleer daarom altijd de installatiehandleiding van het specifieke model.

De voordelen en nadelen in de praktijk

Voordelen: relatief universeel, lokale bediening mogelijk, standaard DIN-componenten, Shelly wordt nauwelijks belast omdat alleen de spoel wordt geschakeld, bruikbaar met dynamische prijzen en geschikt voor zowel 1- als 3-fase systemen.

Nadelen: het is alleen aan/uit en geen echte zero-exportregeling, er is extra DIN-ruimte en bedrading nodig, de contactor moet correct worden gedimensioneerd, de omvormer moet na inschakeling opnieuw synchroniseren en het fail-safe gedrag moet bewust worden ontworpen.

Wanneer zou ik dit niet doen?

Gebruik deze oplossing niet als vervanging voor een functie die de omvormer zelf aantoonbaar beter kan uitvoeren. Als er een officiële zero-exportregeling, vermogenslimiet, Modbus-regeling of digitale ingang beschikbaar is, kan daarmee vaak veel subtieler worden geregeld.

Ook is dit geen noodstopconstructie en geen universele werkschakelaar. Voor onderhoud, brandveiligheid of verplichte scheiding gelden andere eisen dan voor prijsoptimalisatie.

Conclusie

Een Shelly met een passende contactor is een verrassend eenvoudige manier om een PV-installatie slim afschakelbaar te maken wanneer de omvormer zelf geen geschikte externe regeling biedt.

De essentie is technisch eenvoudig: de contactor schakelt de PV-vermogenskring, de Shelly schakelt alleen de contactorspoel. Daardoor blijft de slimme elektronica uit de zware stroomkring en ontstaat een oplossing die met veel verschillende omvormers kan werken.

Het is geen vervanging voor echte zero-export en ook geen universeel aansluitschema. Maar als je doel simpelweg is om bij ongunstige terugleverprijzen de AC-netkoppeling gecontroleerd te onderbreken, is het een technisch nette en goed automatiseerbare oplossing.

Bronnen en verder lezen