De stille schakel die solarconnectoren zijn

Hoe connectoren brandrisico's bij zonnepanelen beïnvloeden

"We gaan ervan uit dat een technisch defect aan een van de zonnepanelen de brand heeft veroorzaakt", verklaarde de brandweer van Halle begin april, nadat het dak van een school er vuur vatte. Zonnepanelen, en bij uitbreiding de volledige installatie, liggen vaker dan gedacht aan de basis van een brand. Nochtans zijn onderdelen, zoals de connectoren, cruciaal voor de veiligheid, duurzaamheid en het rendement van een pv-installatie.

Essentieel onderdeel

Solarconnectoren worden vaak gezien als een essentieel onderdeel van een zonnepaneelsysteem. Ze zorgen voor een veilige, betrouwbare en efficiënte elektrische verbinding tussen de verschillende onderdelen van het systeem, zoals zonnepanelen onderling, zonnepanelen en omvormer of omvormer en andere schakelkasten of systemen.

Belangrijke schakel

De connectoren vormen een belangrijke schakel omdat ze zorgen voor een betrouwbare elektrische verbinding. Ze zorgen ervoor dat de gelijkstroom van het zonnepaneel zonder verlies wordt overgedragen naar de omvormer en minimaliseren de kans op spanningsval en -verliezen. 

Daarnaast zijn de connectoren, bij correcte aansluiting, bestand tegen alle weersomstandigheden. Ze voorkomen vonkvorming, kortsluiting of loszittende verbindingen, wat essentieel is om elektrische storingen te vermijden. De meest gebruikte solarconnector is de MC4-connector, die zorgt voor universele compatibiliteit tussen zonnepanelen van verschillende fabrikanten. Dit zorgt voor standaardisatie. 

Hun rol in het elektrische systeem van pv-installatie

Solarconnectoren hebben verschillende functies in een installatie. Zo staan ze in voor het transporteren van energie: ze geleiden de gelijkstroom van paneel naar paneel en vervolgens naar de omvormer. Verder zorgen ze voor modulariteit. Dankzij connectoren kun je zonnepanelen snel koppelen en ontkoppelen, wat handig is bij de installatie of onderhoud. Tot slot verzekeren ze ook foutdetectie en metingen. Sommige geavanceerde connectoren kunnen zelfs gegevens verzamelen over stroom, spanning of fouten. 

Top 5 veel voorkomende problemen bij zonnepanelen

Naast de connectoren kunnen nog heel wat andere oorzaken aan de basis liggen wanneer het in een pv-installatie misgaat. We sommen de vijf meest voorkomende problemen op:

Aardingsproblemen

Bij bijna de helft van de geanalyseerde gevallen worden problemen vastgesteld die te herleiden zijn tot foutieve aarding. Dit komt vaak door gebrekkige ontwerpen, het niet volgen van het installatieplan of onzorgvuldigheid tijdens kwaliteitscontrole. Een onvolledige of foute aarding kan ontstaan door het binnendringen van vocht, met alle gevolgen van dien. Het gevolg is een verhoogd risico op stroomlekkage, wat leidt tot uitval van de omvormer, verhoogde onderhoudskosten en zelfs veiligheidsrisico’s voor personeel. De complexiteit van verschillende aardsystemen – tussen modules, frames en omvormers – maakt dit probleem moeilijk te detecteren en op te lossen.

Beschadigde modules

Schade aan de modules is een veelvoorkomend probleem dat verschillende oorzaken kent. Verkeerde installatie- of reinigingsmethoden, extreme weersomstandigheden zoals hagel of sterke wind, maar ook interne elektrische fouten kunnen leiden tot fysieke of thermische schade. Vervuiling en ophoping van vet op de modules tasten de prestaties aan en veroorzaken microscheurtjes die moeilijk zichtbaar zijn, maar op termijn leiden tot stroomverlies, elektrische storingen en zelfs brandgevaar.

Verkeerd aangesloten connectoren

Een foutieve of slechte montage van connectoren vormt een belangrijke bron van defecten. Wanneer technici ongetraind of onzorgvuldig te werk gaan, ontstaat er een risico op slechte aansluitingen. Onjuiste snijtechnieken, verkeerde krimping, het gebruik van een foutieve wartelmaat of een onvoldoende aangespannen connector zorgen ervoor dat de waterdichtheid en elektrische betrouwbaarheid in het gedrang komen. Vaak zijn deze fouten met het blote oog niet zichtbaar en is gespecialiseerde apparatuur, zoals een warmtebeeldcamera, nodig om problemen vast te stellen. In ernstige gevallen kan dit leiden tot smeltende onderdelen en gevaarlijke thermische incidenten.

Module hotspots

Hotspots op zonnepanelen ontstaan vaak door schaduw op (delen van) een module, wat defecte diodes kan veroorzaken. Ook langdurige vervuiling van de panelen speelt een rol, omdat dit plaatselijke oververhitting in de hand werkt. Daarnaast kunnen fabricagefouten of schade tijdens transport of installatie bijdragen aan het ontstaan van deze hete plekken. De impact van een hotspot is niet te onderschatten: het veroorzaakt spanningsverschillen tussen modules, waardoor de hele string minder goed presteert. In ernstige gevallen kunnen de hotspots zó heet worden dat ze nabijgelegen organisch materiaal doen ontbranden, of zelfs de backsheet laten smelten, met als gevolg een verhoogd risico op elektrische boogvorming.

Kabels op scherpe randen

Kabels die op scherpe randen rusten vormen een serieus veiligheidsrisico. Dit probleem ontstaat vaak wanneer onervaren of onvoldoende opgeleide technici kabels op een verkeerde manier installeren, waardoor deze in contact komen met scherpe metalen randen. Door thermische uitzetting en krimp, veroorzaakt door temperatuur- en seizoenswisselingen, bewegen de kabels lichtjes, waardoor de scherpe randen geleidelijk de kabelisolatie doorsnijden. Zodra de binnenliggende geleider bloot komt te liggen, bestaat het risico op kortsluiting. In veel gevallen kan dit leiden tot een elektrische brand. Afhankelijk van diverse factoren wordt de kortsluiting niet altijd direct onderbroken, waardoor het vuur zich verder kan verspreiden naar andere onderdelen van de installatie.

Connectoren van verschillende merken lijken vaak te passen, maar verschillen intern sterk

Brandgevaar 

De dakbrand in Halle werd gewijd aan een storing in de zonnepanelen. Waar het precies foutging is niet geweten, maar de belangrijkste oorzaak van branden in pv-systemen wordt wel gevonden bij de connectoren. Deze zeldzame incidenten vormen ernstige risico's voor mensen, eigendommen en zelfs het imago van zonne-energie. 

Crossmating

Hoewel het koppelen van connectoren van verschillende merken, ook wel crossmating genoemd, niet in de top 5 van meest voorkomende oorzaken staat, is het toch iets om rekening mee te houden als vaak voorkomende oorzaak. Ook al lijken connectoren fysiek op elkaar te passen, verschillen ze qua overgangsweerstand en waterdichtheid. Aangezien de interna opbouw gepatenteerd is, kunnen afwijkingen leiden tot lekkage, thermische schade of isolatiefouten.

Bij foutenanalyse blijkt vaak dat installateurs, uit onwetendheid of gemakzucht, connectoren mengen, wat leidt tot storingen. Als er schade ontstaat door foutief gemonteerde of gemengde connectoren, is er meestal geen verzekering van toepassing. Daarom worden installateurs aangemoedigd om enkel connectoren van hetzelfde merk te combineren

De IEC-normering specificeert wel de minimale vereisten (zoals impactweerstand en waterdichtheid), maar geeft geen vaste maataanduidingen. Daardoor kunnen merken onderling verschillen, ondanks ogenschijnlijke compatibiliteit.

Alles begint bij assemblage

Een correcte assemblage van de connectoren is net zo belangrijk als de juiste keuze van de connectoren zelf. Het begint immers reeds bij het knippen van de kabel: solar kabels bevatten meerdere koperen strengen en mogen niet met een platte kniptang worden doorgeknipt, omdat dit de vorm (en dus de elektrische prestaties) van de kabel aantast. Een kabelschaar is noodzakelijk, gevolgd door het correct strippen van de isolatie.

De krimpverbinding, die de kabel verbindt met de vleugels van de connector, moet worden uitgevoerd met een kwaliteitskrimptang. Deze verbinding moet gasdicht zijn om een lage overgangsweerstand te garanderen. Een andere veelvoorkomende fout bij assemblage, is het selecteren van connectoren op basis van de diameter van de koperen geleider, in plaats van de buitendiameter van de kabel. De wartel van de connector zorgt immers voor de waterdichtheid. Waterinfiltratie leidt tot corrosie, wat op zijn beurt overgangsweerstand veroorzaakt.

Het belang van thermografie

De visuele inspectie van de buitenkant van een connector kan enkele fouten aan het licht brengen, maar niet bevestigen of de interne aansluiting goed is gemaakt. Connectoren die niet goed gemaakt zijn, hebben een hogere weerstand dan correct geïnstalleerde. Die weerstand zorgt voor een lager rendement en warmteontwikkeling. Daarom wordt een hoge temperatuur als het belangrijkste signaal voor een fout gezien.

Thermische inspectie op de grond is een effectieve methode om die verborgen problemen in connectoren op te sporen, voordat ze catastrofaal worden. Er bestaan geen specifieke normen voor thermografische inspectie van pv-connectoren. Toch worden er vaak twee criteria in acht genomen om controles uit te voeren:

1. Absolute temperatuurgrens

• Gedefinieerd volgens specificaties van de fabrikant
• Meestal tussen de 85 °C en 95 °C
• Elke connector met een hogere temperatuur wordt als defect beschouwd

2. Verschil in temperatuur (differentieel)

• Dit wordt projectspecifiek bepaald
• Sommige connectoren kunnen onder de absolute grens blijven, maar zijn merkbaar warmer dan andere op dezelfde locatie
  ⇒ Deze worden als risicovol beschouwd

Met medewerking van Staubli