Zonnepanelen in het Radio spectrum door Ing. F.C.T. Gale M.IEEE, PA2TG.

Introductie…

Een paar maanden geleden werd ik gevraagd om wat hand en spandiensten te verlenen aan een vriend, die veel problemen had met interferentie in 2 van zijn  installaties in zijn omgeving. Hoewel het hier niet om amateurradio ging, dacht ik op dat moment dat dit ook weleens interessant zou kunnen zijn voor radiozendamateurs, luisteramateurs, r.c.-modelbouwers en mogelijk anderen.

Ik schrijf dit vanuit mijn ervaring en achtergrond: ik ben elektronica-ontwerp en ontwikkelingsingenieur die zich voornamelijk bezighoudt met het R.F.-gedeelte van instrumenten en systemen. Voornamelijk voor gebruik in de ruimte en met name voor interfaces in wetenschappelijke satellieten. Zelf ben ik ook radiozend- amateur onder de call PA2TG en als G8GFH in mijn geboorteland.

Uiteraard heb ik de problemen rond de huidige zonnepaneelinstallaties uitvoerig bestudeerd. Voordat ik inga op de technische details, wil ik enkele van mijn eerste overwegingen met u delen:

Wat de technische, sociale of juridische problemen dan ook mogen zijn, het vinden van een aanvaardbare oplossing gaat altijd tijd en geld kosten. In een EMI-situatie betekent dit dat de eigenaar van een installatie die hoogfrequent uitzendt, veelal extra maatregelen moet nemen om een dergelijk interferentie probleem op te lossen – terwijl hij of zij eigenlijk al weet dat zijn installatie:

(a) veilig is;

(b) economisch voldoet;

(c) milieuvriendelijk is;

(d) duurzaam is.

Tja en dat het ook nog eens onder de “Europese normen” valt en dat het door “experts” is geïnstalleerd. Natuurlijk zullen wij als ingenieurs, radioamateurs en/of luisteraars, vaak over meer technische ervaring en expertise beschikken waar het gaat om dergelijke interferentie dan de gemiddelde klant/eigenaar, maar er zijn bepaalde aspecten van elke hierboven vermelde situatie die naar mijn mening ook in overweging  moeten worden genomen.

De gemiddelde klant heeft dus weinig tot geen kennis van EMC of van de relevante “EU-normen”. Hij of zij werkt meestal bij een bank, een autogarage, een kapper of zelfs als chirurg in een ziekenhuis en is daarom afhankelijk van de mensen die dergelijke kennis zouden moeten hebben. Bovendien zou hij of zij niet weten of de zogenaamde “experts” echt de nodige kennis hebben en zo ja, of deze ‘experts’ de juiste methoden volgen. Bijvoorbeeld of het object op de juiste wijze is bedraad. Het is goed om te weten dat de “CE”-markering van bepaalde apparatuur en accessoires op de markt geen garantie biedt bij een oppervlakkige inspectie – zie het voorbeeld hieronder.

Het is duidelijk dat de echte Europese conformiteitsmarkering een gelijkmatig verdeelde en gelijkmatige tekenindeling gebruikt, terwijl de “Chinese Export”-markering dat niet doet en soms zelfs een verschillende spatie kan hebben.

Niet-technische problemen…

 Een gemiddelde koper van zo’n installatie verwacht zeker geen extra kosten van  meerwerk nadat de installatie al ‘voltooid’ is. In mijn buurt is er veel nieuwbouw.  De gemiddelde nieuwbouw ligt rond de €750.000 – €950.000 vaak met tuinen ter grootte van een postzegel, want de grond is duur waar ik woon! De meeste woningen  worden tegenwoordig verkocht met een zonnepaneelinstallatie inbegrepen. Maar het verhaal geldt ook voor de huiseigenaren die een huis  hebben gekocht van bijvoorbeeld een boer uit een eerdere periode met een aanzienlijkere perceelgrootte om dit vol te leggen met zonnepanelen.

Vaak zijn nieuwbouwkopers niet eens bereid €75,- uit te geven voor de kosten van reparatie van een raam dat niet goed sluit – laat staan voor ​​het betalen van een veel duurdere zonnepaneleninstallatie of onderdelen daarvan.

Daarin schuilt het eerste probleem, omdat bijvoorbeeld bedrijven zoals

“AP-systems” maar ook andere bedrijven, deze klanten met interferentie-problemen wel ‘gratis’ filters geven, maar de kosten van het installeren ervan  niet vergoeden. Deze kosten komen dan voor rekening van de huiseigenaar.

Van  een ander installatiebedrijf heb ik onlangs vernomen dat zij wel met de RDI in gesprek wil gaan om bepaalde problemen op te lossen.

Het spreekt voor zich dat de gemiddelde huiseigenaar/klant geen idee heeft wat voor soort omvormer en/of ‘optimizers’ er in de installatie zitten en/of deze interferentie veroorzaken, zoals die van de “Solar Edge”- en anderen en of deze naar behoren geaard zijn.

Dan komt het tweede probleem en dat heeft te maken met het tekort aan technisch gekwalificeerde werknemers verantwoordelijk voor het uitvoeren van de installatie en het feit dat er maar weinig installatiebedrijven zijn met  personeel die de nodige kennis van R.F. zaken hebben. Veelal zal uit kostenbesparing een wijze van aansluiten worden toegepast, welke juist tot gevolg heeft dat er onnodige stoorsignalen ontstaan.

Omvormerrendement…

 Een typische omvormer zou ongeveer 96% efficiënt moeten zijn – maar dit kan verschillen, vooral als er minder vermogen wordt gebruikt – bijvoorbeeld een 5kW-installatie met een belasting van slechts 500W. We kunnen dan rekenen op 94%, terwijl dit bij een belasting van 3kW dit ongeveer 97,5% kan zijn. Met een typische DC-spanningsingang naar de omvormer, bij volledige belasting, gaan we uit van een stroom van ongeveer 146A, zeg 150A voor onze berekening. Men moet zich realiseren dat zelfs met een omvormer welke 97,5% efficiënt is, bij een 5kW-installatie en die wordt belast met 3kW (optimaal), dat ongeveer 75W naar elders moet worden afgevoerd> Bijvoorbeeld als warmte of als een uitgezonden signa(a)l(en). Bij een bedrijfsbelasting van 500W zal dat altijd nog zo’n 30W zijn.

Een dergelijke installatie zal ook een bedrading hebben van de panelen op het dak die stroom levert aan de omvormer – en met een eenvoudige seriële bedrading rond de panelen wordt een “ideale” lus antenne gerealiseerd, hoewel de omvormer zelf goed kan werken en efficiënt kan zijn.

Omvormer als bron van interferentie…

 We weten allemaal dat een installatieomvormer werkt met ten minste 2 schakelende ‘voedingen’. Eén voor het opwekken van ongeveer 400V DC uit de (bijv.) 36V DC (**) afkomstig van de panelen en één voor het maken van 230V AC sinus welke opgewekt wordt uit die 400V DC (zie Afb.1)

Een paar kilowatt geschakeld op 30KHz – 60KHz door vermogens-FET’s met een Vsat van een paar volt of minder, leidt onvermijdelijk tot heel veel harmonische frequenties die moeten worden uitgefilterd uit verbindingen met de omvormer of binnen de behuizing van de omvormer moeten worden gehouden.

In de tweede schakelende ‘voeding’ wordt om de ‘sinus’ 230V AC maken ‘puls breedte’ modulatie gebruikt – de FET’s worden dus nog steeds aangestuurd met een blokgolf maar met een variabele breedte.

Er is geen andere manier om de FET’s aan te sturen, want als er een andere vorm van regelbron wordt gebruikt (bijv. met een lagere gate-aandrijfspanning) dan zouden de FET’s niet verzadigd raken en zouden ze daarom een ​​veel langer deel van hun tijd gedeeltelijk geleidend doorbrengen, wat veel warmte zou genereren (drain-source weerstand -> tientallen volt Vds maal Ids = Watt) wat veel verspilde energie betekent.

Vaak, vooral in de goedkopere modellen, zijn er weinig of geen filterende onderdelen waar ze toch echt nodig zijn.

Let op – in dit artikel laat ik enkele FET’s zien als schakelaars, in de praktijk is het heel normaal om een ​​aantal FET’s parallel te gebruiken om de hoge stromen te beheren.

Er zijn ook installaties die werken met een aantal “micro-omvormers” op het dak. Dit zijn kleinere omvormers die een input hebben van slechts een deel van de zonnepanelen op het dak. Dit heeft als voordeel dat er minder DC-stroom door de kabels loopt en er minder hoogvermogen componenten binnenin gebruikt hoeven te worden en de outputs zijn al AC en dus klaar voor een combiner op 230V. Er staan ​​dan een aantal van deze micro-omvormers op het dak, maar elke micro-omvormer moet dezelfde ingewikkelde functies uitvoeren als een centrale omvormer. De kans is dus groter dat er een fout kan optreden en dat zou dan ook schade aan het dak kunnen veroorzaken.

(** er zijn omvormers die werken met een hogere DC-spanning als input, maar daar kom ik later in het verhaal op terug).

Voor het materiaal dat ik hier zal bespreken, zal ik als voorbeeld een systeem met een centrale omvormer nemen.

Bij de ingang van de panelen stroomt een gelijkstroom naar het eerste schakelblok, en deze schakelfrequentie zou ook langs die gelijkstroombedrading gaan als er te weinig filtering in de omvormer is. De uiteindelijke wisselstroomuitgang van de omvormer zou eigenlijk 50 Hz moeten zijn, maar nogmaals, als er te weinig filtering is, zal er nog steeds een interferentiesignaal aanwezig zijn dat door de bedrading in het huis gaat.

Normaal gesproken is er inderdaad voldoende filtering voor deze uitgang zodat huishoudelijke apparaten er geen last van hebben, maar de hoge schakelfrequentie wordt vaak niet binnen de behuizing van de omvormer gehouden (bijv. onvoldoende ‘afscherming’). De behuizing van de omvormer en aangesloten apparatuur moet hiervoor goed geaard zijn – zelfs een dikke draad die naar een goede aarde in de grond gaat is eigenlijk waardeloos als deze ongeveer 3 of 4 meter lang is, deze functioneert dan meer als een antenne!

Tot slot – wat betreft de FET’s die schakelen – sommige mensen zouden denken dat als we het hebben over 30 tot 60 kHz, de harmonischen erg zwak zouden zijn in de bereiken boven een paar MHz, maar niets is minder waar. Met een T(on) van 170 nS en een T(off) van 270 nS hebben we het over 5,882 MHz en 3,703 MHz signalen en hun harmonischen!

Deze harmonische signalen zouden ook worden ‘gemoduleerd’ door de 30 – 60KHz-regelfrequentie – dus je zou verwachten dat (bijvoorbeeld in de 80-m-band) er elke 30 – 60KHz een interfererend signaal zou zijn. Erger nog, omdat het regelsignaal naar de FET’s puls breedte gemoduleerd is, zou dit interferentiesignaal breed zijn, wat niet gemakkelijk te onderdrukken is met een notch-filter in de ontvanger!

Ter verduidelijking heb ik als voorbeelden blokdiagrammen van een fictieve omvormer en de datasheetpagina van een fictieve FET die in een omvormer zou kunnen worden gebruikt, plus een voorbeeld van de golfvormen in zo’n omvormer opgenomen.

Storingssignalen verzwakken…

Omdat de omvormers in een zonnepaneelinstallatie werken met schakelende ‘voedingen’ – en dat de eerste zorgt voor het genereren van ongeveer 400V D.C. uit de 36V D.C. van de panelen (of ‘huishoudelijke batterij’), een van de maatregelen tegen de storende schakelfrequentie die we kunnen nemen is het plaatsen van ferrietringen of ferrietklemmen op de kabels die de inkomende D.C. transporteren en op de bedrading die de A.C. 220V uitvoert.

Ferrieten en ferrietklemmen zijn relatief goedkoop en worden veel gebruikt in verschillende elektronische apparaten, waaronder computers, mobiele telefoons en andere elektronische apparatuur. Ferrietkralen kunnen worden gebruikt om common-mode signalen te verminderen die zich voortplanten door differentiële kabels.

Ze worden vaak in de buurt van DC-stroomrails geplaatst om te voorkomen dat er ruis tussen het circuit en de rails ontstaat. Bovendien zorgt de isolatie die door de ferrieten wordt geboden ervoor dat gemengde signaalcircuits dezelfde rail kunnen delen, terwijl wordt voorkomen dat ruis tussen verschillende circuits wordt gekoppeld. Ze worden ook gebruikt in signaallijnen om de hoogfrequente ruis te onderdrukken die problemen kan veroorzaken op laagfrequente stroomlijnen die op veel instrumenten voorkomen.

Er gaat behoorlijk wat stroom naar dat eerste schakelblok op de DC-kabels – denk aan een omvormer in een 5kW-installatie die een output van 220V geeft – dat zou ongeveer 138 Ampère op de 36 Volt zijn (onder theoretische omstandigheden die perfect zijn en alles 100% efficiënt is)!

Het is waar dat sommige installaties werken op een DC-spanning van 24V of 48V, dus de stroom zal hoger of lager zijn voor hetzelfde uitgangsvermogen – maar dan zouden we het nog steeds hebben over een behoorlijk DC-stroom. Ik zal dan een gemiddelde spanning van 36V nemen voor deze voorbeelden.

Er zijn natuurlijk andere installaties die geschikt zijn voor andere vermogens, zoals 3kW of zelfs minder – maar de principes zijn hetzelfde en de DC-stroom is nog steeds vrij hoog.

Het is goed om te weten dat in sommige installaties de DC-ingangsspanning hoger is (om de stroom te verminderen en ook om de kabel dunner te maken) – maar zelfs dan is het nog steeds belangrijk om de 2 draden door dezelfde ferriet te laten lopen. Sommigen denken dat de draden dan voor de veiligheid goed uit elkaar moeten worden gehouden (ongeveer 10 cm), en dus niet dicht bij elkaar zoals ze in een ferrietklem zouden zitten. Dat zou niet echt een probleem moeten zijn – dan moet er gebruik worden gemaakt van draden met goede isolatie en van een (of meer) ferriet(en) met een voldoende grote diameter voor die 2 draden.

Overigens, met onze traditionele 220 of 230V spanning binnenshuis worden de draden niet gescheiden door 10 cm of zelfs 5 cm, alle 3 (fase, nul en ‘aarde’) gaan gewoon door een buis (indien gebruikt) van ongeveer 2,5 cm in diameter. Het is een AC-spanning, maar dat betekent nog steeds piekspanningen van 311 volt – onze 220V is de RMS-waarde van het lichtnet.

Door de 220V A.C. (50Hz AC) uitgangsdraden van de omvormer stroomt veel minder stroom – bij een belasting van 500W wordt dat slechts 2,27A, en bij 3kW wordt dat 13,6A – zonder DC-component. DC-bedrading en ferrieten… Het is belangrijk om te weten dat als er een DC-stroom (in een richting) door een ferriet op een draad stroomt, het ferriet snel verzadigd raakt, wat betekent dat het veel minder effectief wordt (zelfs 85% minder).

Het niveau van deze stroom bij verzadiging hangt af van de grootte en het materiaal van het ferriet. Nou, de DC-stroom van de panelen (of de huishoudaccu) gaat met 2 draden naar de omvormer, de +ve-draad en de -ve-draad, met de +ve-draad naar de omvormer en de -ve-draad als retour van de omvormer.

Als alle 2 draden van de panelen (+ve en -ve) door het ferriet worden geleid, is de totale effectieve stroom door de ferriet erg klein omdat de DC in tegengestelde richtingen stroomt en de ferriet niet verzadigd raakt en nog steeds zijn effectiviteit kan behouden – dus de ferriet (klem) voor de DC-ingangskabel naar de omvormer MOET ALTIJD over BEIDE draden worden geplaatst. Indien mogelijk is het raadzaam om de 2 DC-draden te twisten omdat dit de mogelijke uitstraling van stoorsignalen vermindert, maar in de praktijk is dit zelden mogelijk vanwege de dikte van de draden.

Omdat de omvormer de ‘boosdoener’ is wat betreft de stoorsignalen (de panelen zelf produceren deze stoorsignalen niet), is het het beste om de ferriet(en) zo dicht mogelijk bij de omvormer te plaatsen. (De stoorsignalen worden door de stroompieken binnen de omvormer naar de DC-kabels overgebracht, waardoor de kabels als antenne kunnen functioneren terwijl de panelen zelf een zeer lage impedantie hebben).

** Als de installatie werkt met een hoge DC-ingangsspanning, moeten de draden nog steeds door dezelfde ferriet (klem) gaan – er zijn vragen en verhalen over het ongeveer 10 cm uit elkaar houden van de twee draden, misschien voor de veiligheid, maar als de draden de juiste isolatie hebben, is er geen reden om ze op zo’n grote afstand te gebruiken. Het ferriet moet ook een redelijke ‘coating’ hebben, geen scherpe randen en natuurlijk voldoende ruimte voor de draden – maar bij een hoge spanning is de stroom veel minder dan bij (bijv.) 36V, wat betekent dat de draden niet zo dik hoeven te zijn.

Wat betreft de bedrading van de panelen op het dak, is het ook belangrijk dat dit op de juiste manier worden gelegd. Als er een groep panelen in serie moet worden geschakeld, zijn er in principe 2 manieren om dit te bereiken. De eerste is om gewoon een draad van de omvormer naar het eerste paneel te verbinden en vervolgens naar het volgende en zo verder in een lus naar het laatste paneel en dan weer terug naar de omvormer.

Dit is absoluut fout – deze bedrading is een hele goede antenne die de stroompieken die de omvormer nodig heeft als stoorsignalen kan uitstralen – de bedrading is eigenlijk een mooie ‘lus antenne’, en ook nog eens breedband.

De tweede manier van bedrading is met de draden samen, parallel, waarbij een draad naar de omvormer naar het eerste paneel gaat en van dat paneel naar het volgende, enzovoort naar het laatste – en dan terug langs dezelfde route, (indien mogelijk omgedraaid indien mogelijk), omdat er dan geen lus is omdat de stroom in de tegenovergestelde richting langs het retour pad stroomt.

(** Zelfs bij een hoge ingangsspanning kan dit nog steeds worden bereikt door draden met de juiste isolatie te gebruiken. Op deze manier is er veel minder of zelfs weinig straling van interferentiesignalen.)

Sommige installateurs werken niet op deze manier omdat het meer draad en meer tijd kost, maar dit zijn eigenlijk valse besparingen.

A.C. draden en ferrieten…

Op de uitgangsdraden van de omvormer (50Hz A.C., wisselstroom zonder D.C. component) is de stroom veel minder dan die welke door de D.C. kabels loopt – voor hetzelfde vermogen wordt dat ongeveer 7 keer minder stroom. Het is echter ook zo dat elke A.C. draad een stoorsignaal op zich kan hebben.

.

 

 

 

 

 

 

Deze uitgang is in principe een gebalanceerde uitgang, het is dus raadzaam om op elke draad een ferrietklem te plaatsen – dus op de fase en ook op de nul. Als de installatie voor een 3-fase uitgang is, dan wordt er op elke ‘live’ draad een ferriet geplaatst en op de ‘neutrale’ draad een ferriet. Ook hier is het raadzaam om de ferrieten zo dicht mogelijk bij de omvormer te plaatsen.

Soorten ferriet…

Er zijn verschillende soorten ferriet welke voor onze doeleinden gebruikt kunnen worden, maar er zijn minder verschillen tussen de soorten dan veel mensen denken: wat belangrijk is, is dat het ferriet goed werkt tegen de frequentie van de interferentiesignalen. Een ferrietklem op een kabel kan in eenvoudige bewoordingen worden gezien als een reactieve inductie in serie, dus hoe hoger de frequentie, hoe hoger de impedantie van de klem. Maar een kabel door een ferrietklem bevat niet alleen deze inductie, maar ook bijvoorbeeld capaciteit met geleiders in de buurt, en ook de zelfcapaciteit van de constructie – dit betekent dat elke ferrietklem en elk type ferrietmateriaal zijn eigen kenmerken heeft.

Dit betekent dat de demping van het interferentiesignaal die wordt bereikt door de plaatsing van de ferrietklem frequentieafhankelijk is, maar niet noodzakelijkerwijs op een lineaire manier – er zou een bepaald gebied zijn waar een enigszins hogere demping wordt gezien en ook een gebied waar deze demping lager zou zijn dan gewenst.

Wat ook van invloed is op de werking van een ferrietklem zijn de temperatuur van het materiaal, de ‘mix’ van verschillende componenten in het materiaal en de grootte van de ferrietklem. Voor de geïnteresseerden: het verschil in inductie- en frequentiekarakteristieken tussen een ferrietring (gesloten) en een ferrietklem (met een opening) van dezelfde grootte zijn minimaal wanneer de klem gesloten is – ze bestaan ​​wel, maar zijn niet erg relevant in dit artikel.

Ook van groot belang is de ‘verzadiging’ van het ferriet – die afhankelijk is van de stroom die door het ferriet stroomt. We kunnen bijvoorbeeld een ferriet nemen met kernsamenstelling ‘Type 31‘ of een andere (dit is te zien in verschillende datasheets op internet), als voorbeeld is de beste oplossing in veel installaties en wordt heel vaak gebruikt.

Meerdere ferrieten…

 Als we opmerken dat er met 1 ferrietklem een ​​stoorsignaal is dat met -5dB is verzwakt ten opzichte van het oorspronkelijke niveau, dan zouden we kunnen denken dat extra (bijv. twee of drie) klemmen een veel betere oplossing biedt, misschien rond de -15dB of -20dB. Maar niets is minder waar – als we een soortgelijke ferrietklem extra op de kabel plaatsen, dan geeft dat dezelfde demping, maar die demping is op een stoorsignaal dat al -5dB van het oorspronkelijke niveau is (de demping is verdeeld over alle ferrietklemmen).

Laten we eens kijken naar een situatie waarbij weerstanden (in plaats van de reactieve Xl-weerstand) in serie worden geschakeld met een bepaalde uitgangsweerstand. Let op – als voorbeeld maak ik een ‘belasting’ die de plaats inneemt van de belasting van alle huishoudelijke elektrische apparatuur die in de praktijk zou bestaan ​​- en die belasting is niet eenvoudig te bepalen omdat deze er per minuut of per uur anders uitziet, als tv’s, wasmachines etc. aan of uit worden gezet!

Om te beginnen hebben we een weerstand (net als de effectieve weerstand Xl van een ferriet) in serie met een bepaalde ‘belasting’-weerstand. Laten we als voorbeeld een 200-ohm weerstand (in plaats van een ferriet Xl) in serie zetten met de ‘belasting’ van 50-ohm. Met een (interferentie) signaalingang van 5 volt zouden we dan 4 volt hebben over de serieweerstand van 200 ohm en 1 volt over de 50 ohm ‘belasting’.

Nu denken we dat het verbeterd kan worden door een tweede ‘weerstand’ in serie te zetten. We zouden dan 400 ohm in serie hebben met de 50 ohm ‘belasting’. Met dat 5 volt interferentie signaal hebben we nu 2,22 volt over elke 200 ohm en 0,56 volt over de 50 ohm ‘belasting’ – niet 4V over elke 200 ohm.

Laten we dan nog een extra weerstand in serie zetten, dus in totaal 600 ohm in serie. Er zou dan 0,39 volt over de 50-ohm ‘belasting’ staan ​​- dus met 3 ‘weerstanden’ in serie in plaats van 1 hebben we ongeveer 40% van de spanning die we hebben met slechts 1 serieweerstand – en dat is minder spanningsval over elke serie 200-ohm weerstand (1,54 volt). Dus – met een ‘weerstand’ hebben we 4 volt over elke serieweerstand, met 2 weerstanden hebben we 2,22 volt over elke serieweerstand en met 3 weerstanden in serie hebben we slechts 1,54 volt over elke serieweerstand.

Met andere woorden, door de extra ferrieten in serie te plaatsen, krijgen we niet zoveel extra demping van de interferentiesignalen als we zouden verwachten.

Waar extra ferrieten kunnen helpen, is in situaties waarin meerdere frequenties moeten worden verzwakt. Dan kan een combinatie van een ferrietklem van een bepaald type op de kabel worden geplaatst, gevolgd door een tweede ferrietklem van een ander type die een hoge demping geeft bij een andere frequentie.

Een andere manier om de demping van stoorsignalen per ferrietklem hoger te maken, is om meerdere windingen van de draden door het ferriet te maken, maar vanwege de hoge stroom die wordt gebruikt, is dit niet eenvoudig te doen vanwege de dikte van de draden, daarom bespreek ik de ene ‘winding’ voornamelijk op de DC-kabel. Maar van beide draden samen. Ook zullen meerdere windingen door een gegeven ferriet de frequentie waarop deze piekdemping heeft, verminderen.

Aansluiting via Ethernet-kabels: …

Veel van de installaties van zonnepanelen zijn zo uitgevoerd dat de eigenaar zijn besparingen, energieverbruik, efficiëntie etc. via zijn computer, laptop of smartphone kan bekijken – wat betekent dat de omvormer een verbinding met het thuisnetwerk moet hebben. Soms wordt dit bereikt door een Ethernet-kabel die naar een interface loopt, bijvoorbeeld een Wifi-box of bekabelde netwerkswitch.

Er zijn veel verschillende Ethernet-kabels (kabels voor tussen de router/modem bij de voordeur en andere netwerkapparatuur die geen verbinding via Wifi maken) en het lijkt erop dat de kennis over deze kabels, met name onder elektriciens en installateurs, niet zo wijdverspreid is.

Elke ethernetkabel die in de zonne-installatie wordt gebruikt, moet ook worden voorkomen dat deze interferentie veroorzaakt. Hiervoor moet de juiste Ethernet-interfacekabel worden gebruikt en een geschikte ferrietring of -klem op de kabel. Om dit te bereiken, moet u de kabelkarakteristieken begrijpen en kennis hebben van de betrokken frequenties. Houd er rekening mee dat de maatregelen die worden genomen om interferentie door de Ethernet-interface te voorkomen, ook nuttig zijn om te voorkomen dat andere storende signalen van buiten de installatie de werking van de installatie zelf verstoren.

Allereerst is de meest voorkomende internet/Ethernetkabel een UTP, wat staat voor Unshielded Twisted Pair, waarbij elk paar een gegevensstroom kan vervoeren. Normaal gesproken zitten er 4 van dergelijke paren in elke kabel, maar niet elk paar hoeft gegevens te vervoeren. In sommige kabels/systemen worden er minder paren gebruikt.

De paren worden getwist om ze een mate van bescherming te geven en om een ​​gebalanceerde karakteristiek te geven met de gegevens die in een differentiële modus worden verzonden.

Soorten kabels:

Er zijn 2 soorten specificaties die te maken hebben met aspecten zoals (a) de mogelijkheid van interferentie, en ook aspecten die te maken hebben met (b) de snelheid en/of bandbreedte. Ik ga niet in op de coaxkabels die in het verleden ook voor netwerken werden gebruikt. De ‘Cat[x]’-kabels en varianten daarvan hebben over het algemeen betere prestaties bij hogere getallen (dus: CAT6 is ‘beter’ dan CAT5, CAT7 is zelfs ‘beter’ dan CAT6, maar hier zijn ook andere verschillen).

Voordat er echter een zinvolle vergelijking kan worden gemaakt, moet de betekenis van ‘beter’ worden gedefinieerd – d.w.z. wat ‘beter’ nu eigenlijk betekent in de situatie en/of het systeem waarin de kabel wordt gebruikt – bijv. wil je de hoogste snelheid halen of een hele lange afstand overbruggen of de beste bescherming hebben.

Er is ook een CAT8, maar die komen we zelden tegen in een huis of kantoor – maar wel in wat grotere datacenters zoals Alfabet (Google) en ga zo maar door. De UTP-kabels, ‘STP’, ‘F/UTP’, ‘S/UTP’ (etc.) kabels hebben verschillende soorten bescherming en zijn daarom beter of slechter wat betreft radiofrequentie-interferentie.

Er is geen mysterie over deze kabels, ze komen zelfs uit de oude tijd als een ontwikkeling van de oude telefoon-/datakabels – CAT1 was een twisted-pair kabel die werd gebruikt voor telefoon (spraakfrequenties) en modemverbindingen in het telefoonnetwerk – en was destijds analoog. CAT3 was de eerste met 4 twisted-pair en leverde digitale spraaksignalen en een datasnelheid van 10 Mbps in het algemeen.

Deze betere prestaties, zoals verminderde overspraak en de mogelijkheid om met hogere datasnelheden te werken, komen voort uit verschillende draad- en isolatiematen en -materialen, en ook de verschillende constructie ervan, zoals het aantal ’twists per meter’, wat van invloed is op de signaalkwaliteit, en de afscherming van het betreffende paar. Over afscherming gesproken, er zijn 2 typen: – vlecht en folie, maar er zijn ook 2 typen afschermingsmethoden – all-around protection, wat een laag bescherming over de hele kabel is, en een type afscherming dat rond elk paar zit. De laatste geeft veel minder overspraak tussen de paren, wat betere prestaties oplevert.

Data Transmission Speeds:

De specificaties van deze kabels kunnen mensen ook in verwarring brengen – soms wordt de datasnelheid geschreven (Mbps = Megabits per seconde) en soms de bandbreedte (in MHz) – en die cijfers zijn vaak heel verschillend! Dat komt door de manier waarop data wordt verzonden en hoeveel paren er worden gebruikt. Veel van de specificaties worden gegeven voor kabellengtes van 100 m, maar voor sommige doeleinden, zoals patchen tussen 2 switches enz., is de kabel korter en kan een hogere datasnelheid dragen.

Bovendien hoeft de data die over een Ethernet-kabel loopt niet een puur digitale 1 of 0 te zijn met slechts 2 spanningsniveaus (bijv. 2V en -2V) – de Ethernet-standaard kent bijv. ‘PAM’ staat voor “Pulse-Amplitude Modulation” waarbij meerdere spanningswaarden meerdere betekenissen hebben (meer data bits). Om u een idee te geven: een ‘bit’ (puls) van +2V kan ‘11‘ betekenen in data, +1V zou ‘10‘ zijn, -1V zou ‘01‘ zijn en -2V zou ‘00‘ zijn…. Er zijn verschillende soorten PAM-modulatiesystemen, maar het is gemakkelijk te zien dat bij PAM elke puls meerdere ‘bits’ kan betekenen – in het bovenstaande voorbeeld zijn dat 4 waarden van data (= 2 bits) voor een puls.

Denk nu eens aan een fictieve kabel met 10 getwiste paren draden, elk paar kan ongeveer 200 MHz dragen voordat ruis of andere interferentie te hoog is. Dat zou een ‘bandbreedte’ van 200 MHz hebben. Maar als 4 van de 10 paren in gebruik zijn, kunnen we 4 x 200 = 800 megapulsen per seconde over de hele kabel sturen, terwijl de andere paren ongebruikt blijven. Wacht even – elke puls kan 4 betekenissen hebben – 2 bits. We hebben dan een effectieve datasnelheid van 1600 Megabits per seconde (1,6 Gbps) terwijl we een kabel hebben die slechts een bandbreedte van 200 MHz heeft! (Ik heb hier geen andere aspecten opgenomen, zoals foutcorrectie enz., maar ik denk dat het principe gemakkelijk te begrijpen is).

Kabelcategorieën:

Dus, met het type constructie en de gebruikte signaalvorm, is de bandbreedte voor CAT5 100 MHz en zijn er slechts 2 paren in gebruik – 1 voor ‘verzenden’ en 1 voor ‘ontvangen’, wat een datasnelheid van 100 Mbps over 100 m oplevert.

Voor CAT5e (‘e’ staat voor ‘extended’) heeft een betere constructie en ook een bandbreedte van 100 MHz, maar geeft een datasnelheid van 1 Gbps (1000 Mbps) – de draden in de paren zijn strakker gedraaid, wat een betere signaalkwaliteit oplevert.

CAT6 is een kabel met een bandbreedte van 250 MHz en ook een datasnelheid van 1 Gbps, maar kan dankzij betere afscherming ongeveer 10 Gbps over een kortere afstand van ongeveer 35 meter dragen. Het heeft ook een plastic ‘separator’ tussen de paren die zorgt voor een goede scheiding tussen elk paar en dus minder overspraak tussen hen.

CAT6a heeft een bandbreedte van 500MHz en kan een datasnelheid van 10Gbps over een lengte van 100m dragen – wederom als resultaat van een betere constructie.

Voor CAT7 en hoger zal ik niet verder ingaan omdat dergelijke kabels niet echt zijn opgenomen in internationale standaarden en er soms ook verschillen zijn in de gebruikte connectortypen.

Kabeltypen:

Vervolgens kunnen we de soorten kabels in detail beschrijven – de verschillende soorten en de afkortingen van de namen hebben een duidelijke betekenis. Zoals hierboven al geschreven, is UTP eigenlijk de eenvoudigste kabel met alleen de 4 paar draden, elk getwist om een ​​getwist paar te vormen. Er is geen afscherming in deze kabel, alleen de paren in een mantel. Standaard wordt de bekende RJ-45-connector gebruikt aan de uiteinden van die kabels – die ook wordt gebruikt voor andere kabels, de constructie is te zien zoals hieronder in afbeelding 18.

Type STP staat voor Shielded Twisted Pair waarbij de afscherming (screening) rond elk paar is geplaatst, wat de overspraak tussen de paren vermindert. De buitenkant van de kabel (onder de mantel) heeft geen andere afscherming.

Type FTP staat voor Foiled Twisted Pair en is bijna hetzelfde als STP, maar met een metalen folie rond de paren in plaats van gevlochten. Net als bij coaxkabels kan een gevlochten kabel gaten bevatten, terwijl een folie een massieve geleider is.

Type F/UTP is een kabel die hetzelfde is als UTP, maar met een foliebescherming onder de mantel (dus niet een aparte over elk paar).

Type S/UTP is hetzelfde als F/UTP, maar met een gevlochten kabel als beschermingsmateriaal in plaats van een folie.

De S/FTP staat, zoals u wellicht had verwacht, voor Shielded Foiled Twisted Pair, waarbij er een foliebescherming rond elk paar zit en ook een gevlochten bescherming onder de mantel. Soms zit er ook een plastic separator bij die een gecontroleerde, constante afstand tussen de paren creëert, met minder overspraak als resultaat. Er is ook S/STP, wat duidelijk Shielded STP betekent, waarbij er een gevlochten bescherming rond elk paar zit en ook een gevlochten bescherming onder de mantel.

POE – Power Over Ethernet:

Tot slot krijgen sommige randapparatuur die zijn aangesloten op een (thuis)netwerk hun benodigde stroom van de Ethernet-kabel zelf – terwijl er geen aparte stroomleidingen in de kabel zitten (en ook geen ‘aarde’ of ‘0V-lijn’). Dit is alleen mogelijk als de interfacebron een ingebouwde POE-voedingsimplementatie heeft.

We moeten onthouden dat de data gegevens op een differentiële manier over de draadparen worden verzonden, dus die gegevens hebben geen relatie met een ‘aarde’ of een ‘nul volt’, de gegevens worden alleen bepaald door de spanning tussen de twee draden in het paar. Ook heeft het ene paar geen relatie met een ander paar (althans, dat zou het niet moeten hebben – er kan overspraak zijn tussen de paren, wat feitelijk interferentie veroorzaakt en daarom zoveel mogelijk moet worden verminderd – vandaar de afscherming rond een paar zoals in STP etc.).

Om een ​​voedingsspanning over de Ethernet-kabel te laten lopen, worden 2 van de paren gekozen – waarbij het midden van de datatransformator of besturingselektronica is aangesloten op de +ve of de -ve van de DC-voeding die in de interface box is ingebouwd. Dit is dus de ‘voedingszijde’ van het systeem en levert ongeveer 40 V DC (in ons geval zou dit bijvoorbeeld de netwerkinterface van de omvormer kunnen zijn). In de randapparatuur (bijvoorbeeld een Wifi-interface, maar ook in andere situaties zoiets als een desktoptelefoon) bevindt zich ook een transformator of elektronica voor deze paren en opnieuw worden de middenpunten hiervan aangesloten, normaal gesproken via een spanningsregelaar, om een ​​voeding voor de randapparatuur te maken.

Conclusies:

Allereerst zie ik na meerdere gesprekken en vragen en ook veel lezen dat als er in de toekomst geen verbetering in de kwaliteit van de gemiddelde zonnepaneleninstallatie wordt gerealiseerd, er uiteindelijk veel te veel stoorsignalen een vast onderdeel van het radiospectrum om ons heen worden en dat dit een zeer negatieve impact zal hebben op meerdere essentiële diensten wat ten koste gaat van onze maatschappij – in de vorm van slechtere communicatie met bijvoorbeeld ambulance- en brandweerdiensten, gevaar voor scheepvaart en luchtvaart (in de luchtvaart is dit niet alleen de communicatie tussen luchtverkeersleiding en piloot, maar ook zaken als VOR-bakens en andere instrumentatie) en vertragingen in de transportsector.

Om dergelijke interferentie die wordt veroorzaakt door zonnepaneelinstallaties te verminderen, moet er een effectievere regelgeving worden geïmplementeerd met meer handhaving. Niemand houdt van extra ‘bureaucratie’ of overmatige regelgeving, maar bepaalde regels en voorschriften dienen om de compatibiliteit tussen systemen en het naast elkaar bestaan ​​van diensten die gebruikmaken van gemeenschappelijke bronnen te waarborgen. Daarom zijn er voorschriften die betrekking hebben op (bijvoorbeeld) het gebruik van onze wegen en de regels die van toepassing zijn op bestuurders.

Om echter de juiste regulering en controle van zonnepaneelenergiesystemen te realiseren, moeten de installatiebedrijven de juiste componenten en apparatuur aanschaffen, de geschikte relevante technische kennis in huis hebben en het benodigde gekwalificeerde personeel beschikbaar hebben voor alle installatiewerkzaamheden.

Zelfs als dit allemaal kan worden gerealiseerd, moeten ze ook op de juiste manier werken, niet alleen om de efficiënte werking van de installatie te garanderen, maar ook om te zorgen voor een goede aarding en afscherming en om mogelijke interferentiesignalen te voorkomen.

Dit is niet alleen in het belang van andere gebruikers van het radiospectrum, maar ook van de eigenaren van de zonnepaneleninstallatie zelf: – men mag niet vergeten dat als er sprake is van onvolledige demping van stoorsignalen die door de installatie worden gegenereerd, het in de andere richting net zo goed mogelijk is dat signalen van buiten de installatie een storend effect kunnen hebben op de werking van de installatie. Zeker in deze tijd van ‘hacking’ en andere radiospectrumproblemen (vooral omdat steeds meer van deze installaties dichter op elkaar komen te staan) is dit een belangrijk aspect.

Bovendien moet elke installatie echt ‘compleet’ zijn voordat deze wordt opgeleverd – dus ook geverifieerd op alle relevante aspecten. Als de eigenaar na aankoop nog veel extra werk moet doen, voordat alles in orde is, is dat een mooi voorbeeld van een walgelijke manier van zakendoen.

Als ik een nieuwe auto koop, verwacht ik niet dat ik nog een accu moet kopen, lucht in de banden moet pompen en moet controleren of de remmen goed werken. Ik hoef ook niet te weten hoe het remsysteem in elkaar zit of hoe hydraulische systemen in het algemeen werken – daar is de garage voor, met zijn gekwalificeerde technici. Die (gemiddelde) garage koopt zijn nieuwe auto’s alleen in als ze alles goed geregeld hebben, en ook de juiste onderdelen monteren die nodig zijn voor de nationale markt.

Met de huidige situatie denk ik dat we de installatiebedrijven ‘wakker moeten schudden’ en er ook voor moeten zorgen dat ze inzicht en meer kennis krijgen door de kranten en artikelen te lezen (zoals deze maar ook die van de overheid en andere instanties). Dat zou niet echt een complete oplossing zijn, maar toch een stap in de goede richting.

Dus als er (nog) een probleem is met stoorsignalen dan kunnen we praten met de eigenaar die (hopelijk) wat begrip toont, dan kunnen we een mogelijke oplossing bedenken met bijvoorbeeld het plaatsen van ferrieten etc. – maar we moeten ook goed opletten want er kunnen onverwachte juridische aspecten opduiken, bijvoorbeeld van de verzekeringsmaatschappij van de huiseigenaar.

Op een hoger niveau hebben we als individu veel minder invloed op het maken van beleid en het invoeren van regelgeving dan verschillende commissies en instellingen – wat we kunnen (en moeten) doen is kansen die zich voordoen gebruiken om autoriteiten te overtuigen de effecten van deze installaties te onderzoeken en de maatregelen die ze kunnen nemen om te voorkomen dat de bijbehorende RF-problemen ontstaan. Op deze manier kunnen zinvolle en “geschikte” normen en standaarden worden vastgesteld, samen met nuttige verificatieprocedures die worden gedefinieerd – een acceptatietest (een soort “APK-test”) voor nieuwe installaties.