• Technische factoren

    Hieronder worden de factoren besproken die we 'technisch' hebben genoemd. Zoals je zult zien heb je op sommige veel invloed, terwijl andere meer omgevingsfactoren zijn waar je mee moet leven.

    Constructie

    Het komt voor dat bepaalde daken te zwak zijn om zonnepanelen te dragen (eerder platte dan schuine daken).

    Weet je dit niet zeker, vraag het na bij een bouwkundige, wellicht de bouwer van het pand zelf of een andere deskundige, eventueel in overleg met een installateur. Van belang is dat de massa (kg) die het dakoppervlak (m2) continu kan dragen niet wordt overschreden. Let dus niet zo zeer op piekbelastingen, maar de continue draagkracht.

    Bruikbaar dakoppervlak

    Je kunt zowel schuine als platte daken benutten voor zonnepanelen. Op een schuin dak heb je minimaal genoeg aan ongeveer 8m2, liefst meer. Op een plat dak heb je ongeveer anderhalf keer zoveel oppervlak nodig. De panelen komen daar schuin te staan op dragers, vaak onder een wat kleinere dan ideale hoek. Bij meer rijen moet rekening worden gehouden met schaduwvorming van de ene op de andere rij. Bovendien moeten er marges aan de zijkanten van het dak vrijgehouden worden volgens het Bouwbesluit. Dit stelt (2012):

    Om een zonnecollector of zonnepaneel vergunningvrij te mogen plaatsen moet voldaan worden aan de volgende voorwaarden:

    De zonnecollector of het zonnepaneel moet op een dak worden geplaatst;

    De collector of het paneel moet een geheel vormen met de installatie voor het opslaan van het water respectievelijk het opwekken van elektriciteit. Als dat niet het geval is, dan moet die installatie binnen in het betreffende gebouw worden geplaatst;

    Komt de zonnecollector of het zonnepaneel op een schuin dak, dan geldt dat:
    * de collector of het paneel niet mag uitsteken en dus aan alle kanten binnen het vlak van het dak moet blijven,
    * de collector of het paneel in of direct op het dakvlak moet worden geplaatst,
    * de hellingshoek van de collector of het paneel hetzelfde moet zijn als die van het dakvlak waarop het staat;

    Komt de zonnecollector of het zonnepaneel op een plat dak, dan geldt dat de collector of het paneel ten minste net zo ver verwijderd moet blijven van de dakrand als de collector of het paneel hoog is. Is het hoogste punt van de collector bijvoorbeeld 50 centimeter, dan moet de afstand tot de dakrand(en) ook minimaal 50 centimeter zijn.

    Met andere woorden, bij een plat dak zijn er nogal wat factoren om rekening mee te houden: komt je paneel tot 50 cm hoog van het dak, dan ben je aan weerszijden 50 cm kwijt aan verplichte marge. Wil je werken met kleinere marges, dan is het formeel dus nodig om een vergunning aan te vragen. Doe je dit niet, dan zijn de risico's uiteraard voor jezelf. Wat zou kunnen gebeuren is dat iemand bezwaar maakt, er een ambtenaar langskomt om een en ander op te meten, je alsnog de situatie moet aanpassen óf een vergunning moet aanvragen, die wellicht afgewezen wordt.

    Paneelformaten

    Aansluitend bij het vorige punt: het formaat van de panelen moet vanzelfsprekend aansluitend bij het voldoende geschikt oppervlak. Het formaat dat het meest wordt aangeboden is ongeveer 1,65 * 0,99 meter. Echter, mocht je bij het proberen niet helemaal goed uitkomen, dan zijn er uiteraard andere formaten beschikbaar; informeer daar eventueel naar bij de leveranciers. Andere formaten zijn bijvoorbeeld ongeveer:
    - 158 * 81 cm. Komt het meest voor naast 1,65 * 1 m.
    - 131 * 99 cm.
    - 2 * 1 m (of 1,96 * 1,00 m). Kan handig zijn als alternatief voor de standaardmaat; als er ergens maar één rij past, zou een rij portrait iets meer opbrengst te verkrijgen.

    Panelen zijn bovendien zowel 'plat' (landscape) als 'rechtop' (portrait) te installeren. Dit geldt voor zowel schuine als platte daken. Je kunt dus ook proberen om panelen portrait te plaatsen, maar landscape heeft de voorkeur. Daarover later meer.

    Als je op zoek bent naar een optimale bedekking van een geschikt dakoppervlak, let dan op dat het meestal geen goed idee is om panelen
    - met verschillende formaten
    - met verschillende vermogens
    - onder verschillende invalshoeken
    - gericht op verschillende windrichtingen
    in één string (serie) te plaatsen.

    Met andere woorden, gebruik liefst 1 type paneel, die qua richting en helling gelijk worden geplaatst. Verschillende vermogens geven een slechter resultaat bij de omvormer. Alternatieven: zie aansluitend het volgende punt.

    Meerdere geschikte oppervlakken

    Is er sprake van meerdere oppervlakken, let dan goed op het feit dat de panelen, mochten deze in meerdere groepen komen te staan, exact dezelfde oriëntatie en hellingshoek hebben. Panelen in één string (serieschakeling) zouden op dezelfde manier op de zon gericht moeten zijn. Is dat niet het geval, dan betekent dit opbrengstverlies (vergelijk het met schaduwwerking). Dit punt wordt hieronder verder uitgewerkt.

    Alternatieven:

    - Gebruik meerdere strings, die per string precies hetzelfde op de zon gericht zijn. Voor elke string panelen één omvormer. Omvormers zijn relatief duur, dus dit is vaak niet handig.

    - Heb je 'veel' (vanaf ca 15) panelen, overweeg één omvormer met meerdere MPP-trackers. Elke tracker optimaliseert de opbrengst per string. Een omvormer met 2 MPPT's kan dus twee strings panelen aan.

    - Bij veel verschillende invalshoeken per paneel, overweeg micro-omvormers. Dat wil zeggen, één omvormer per paneel. Dit is nog relatief nieuw en duur in de aanschaf. Wel gaan micro-inverters vaak wel twee keer zo lang mee als een gewone omvormer. Voordeel is dat zowel schaduwproblemen verminderd worden, als dat verschillende formaten, invalshoeken, oriëntaties en vermogens door elkaar kunnen staan.

    - Er bestaan optimizers, die net als bij micro-omvormers, elk achter een paneel worden bevestigd. Deze lijken iets voordeliger te zijn dan micro-omvormers en schijnen ook de effecten van schaduw (en vergelijkbaar, invalshoeken en oriëntaties) tegen te gaan.

    - Een serie omvormers van de fabrikant SMA heeft een functie genaamd Optitrac Global Peak, die per string ook de opbrengst optimaliseert, zelfs als delen beschaduwd zijn.

    Zit je met zo'n situatie, vraag dan liever een installateur om advies, tenzij je weet wat je doet.

    Hellingshoek

    Bij een schuin dak is het eigenlijk altijd het geval dat de dakhelling gelijk wordt aan de paneelhelling, uiteraard omdat de panelen direct op het dak worden bevestigd. De hellingshoek die het meeste rendement geeft, is ongeveer 36 graden. Dit geldt althans in Nederland.

    In geval van een plat dak zullen metalen dragers de panelen de gewenste hoek geven. Deze is meestal minder dan 36 graden, bijvoorbeeld om riskante windeffecten (wegblazen) te verminderen, maar ook om ze niet te snel hoog boven het dakoppervlak uit te laten komen (visuele hinder). Het rendement is daardoor iets (maar niet veel) lager. Dit is te zien in onderstaande afbeelding. De hoeken voor dragers op platte daken zijn meestal tussen de 10 en 30 graden.


    Afbeelding: de combinatie van windrichting en hellingshoek bepaalt het rendement. Bron: Hespul.

    Uiteraard: hoe schuiner, hoe hoger het paneel komt, hoe groter de marges volgens het Bouwbesluit moeten zijn en hoe groter de ruimten tussen eventuele rijen zonnepanelen moeten zijn om schaduwvorming te beperken.

    De afstand tussen verschillende rijen op een plat dak zou men kunnen baseren op de laagste zonnestand in het jaar (dus rond 21 december). Deze staat in Nederland dan slechts ongeveer 15 graden boven de horizon, en dat is dan nog het hoogste punt (rond 12u 's middags!). Deze hoek varieert enigszins van noord naar zuid, uiteraard zal de zon iets hoger staan richting de Evenaar ofwel richting het zuiden. Staan rijen panelen te dicht op elkaar, dan zal tijdens die korte dagen op de achterste rij(en) schaduw vallen. Daardoor neemt de opbrengst af.

    Is je doel om tijdens de kortste dagen rond 12u geen schaduw te hebben op achterliggende rijen, houd dan dus rekening met een invalshoek van de zon van ongeveer 15 graden.

    Onder de sectie Haalbaarheid staat dit onderwerp nogmaals uitgelegd met een handige rekentool, zodat je voor eigen plat dak slim kunt uitzoeken welke panelen in welke richting en met welke hoek te installeren.

    Oriëntatie (windrichting)

    Zoals in de afbeelding hierboven te zien, is ongeveer 5 graden ten westen van het zuiden de beste oriëntatie. In z'n algemeenheid kan alles vanuit zuid richting west en oost uit, alleen zal daardoor het rendement minder zijn en dus de terugverdientijd langer.

    Ook valt op dat bij 'minder goede' windrichtingen juist iets vlakkere panelen een iets hogere opbrengst hebben. Van dit voordeel wordt dus eenvoudiger gebruik gemaakt bij platte daken.

    Deze tool van SunEarthTools geeft je een interessante grafische weergave van de zonnebaan, op welk moment van het jaar je ook wilt, voor je eigen locatie (even opzoeken via het veld 'search'), plus allerlei andere informatie. Leuk om eens te bekijken.

    Schaduw en hindernissen

    Hierboven werden schaduweffecten ook al even genoemd. Er spelen nog enkele aspecten.

    Meestal zijn panelen geschakeld in serie ('achter elkaar' in de keten, 'string' genaamd) en niet parallel ('naast elkaar' in de keten). Dit heeft echter als mogelijk nadeel dat elk paneel dat ook maar enigszins in de schaduw valt, het rendement van de serie in z'n geheel naar beneden brengt.

    Let dus bij het beschikbare oppervlak ook goed op hindernissen die het sowieso onmogelijk maken panelen te plaatsen en/of schaduw werpen op de panelen. Denk aan schoorstenen, bomen, dakkapellen, omliggende gebouwen, etc. etc. Sommige hindernissen zijn te verplaatsen (pijpjes, schoorstenen) of anderzijds weg te nemen (snoeien van een boom). Houd anders rekening met een lagere opbrengst.

    Alternatieven in geval van schaduw worden hier verder beschreven. Daarnaast eventueel het verwijderen of verplaatsen van de hindernis, maar dat is niet altijd mogelijk.

    Een opmerking die nog gemaakt moet worden over het verschil tussen landscape en portrait: de bypass-diodes van een paneel zijn in de lengterichting geplaatst. Dit wil zeggen dat het rendement niet enorm daalt, als er enige schaduw op een deel van het paneel valt: de elektrische stroom zal de bypass-diode gebruiken om verder te bewegen. Is een paneel liggend (landscape) geplaatst en valt er over bijvoorbeeld het onderste deel (horizontaal) enige schaduw op het paneel, dan zal het rendement niet zeer laag worden. Valt dezelfde schaduw op een identiek paneel dat nu rechtop (portrait) is geplaatst, dan worden alle zones enigszins beschaduwd en is het effect op de opbrengst negatiever, want de bypass-diodes kunnen hun rol niet vervullen.

    Met andere woorden, speelt schaduw een rol op je locatie, onderzoek hoe deze in de tijd op een paneel valt en houd rekening met de bypass-diodes. Het schaduwverloop is in de praktijk vaak dus meer horizontaal dan verticaal, vandaar dat panelen zo gemaakt zijn dat ze beter landscape geplaatst kunnen worden, omdat de diodes daarop gericht zijn.

    Temperatuur

    Bij hogere temperaturen presteren zonnepanelen minder goed, dit in tegenstelling tot zonnecollectoren. Ben je dus van plan panelen in een windvrij hoekje te installeren, waar de zon de omgeving aanzienlijk opwarmt, bedenk dan dat het rendement omlaag gaat. Hoeveel dit precies is, varieert per merk en type.

    De waarde zou opgevraagd moeten kunnen worden bij de leverancier. Denk aan een ordegrootte van hooguit een halve procent per graad Celsius boven de 'standaard' temperatuur van 25 graden C.

    Ook geldt een (optimale) werkingstemperatuur voor de omvormer, te vinden in de specificaties. Deze mag niet te heet worden en heeft doorgaans een zekere vorm van koeling (passieve koeling maakt uiteraard geen lawaai en kost geen energie, in tegenstelling tot ventilatoren). Deze temperatuureffecten zijn in Nederland gering.

    Zonuren en intensiteit (straling)

    Op sommige plaatsen in Nederland schijnt de zon meer, op andere wat minder. Per gebied op aarde is de intensiteit ook verschillend (bijvoorbeeld gemeten in kWh/m2). Te zien op onderstaande kaart van het KNMI is dat het in Nederland, gemiddeld, in het westen gunstiger is om zonnepanelen te plaatsen.


    Afbeelding: zonnestraling in Nederland. Bron: Klimaatatlas KNMI.

    Overigens, in Nederland zijn de verschillen relatief klein. Op Europese- of wereldschaal is het een ander verhaal. Het verschil tussen bijvoorbeeld zuidelijk Spanje of Scandinavië kan zo een factor 2 zijn.

    Opbrengstfactor ofwel performance ratio

    De 'performance ratio' is de verhouding van wat het systeem opbrengt ten aanzien van wat het systeem op zou kunnen brengen onder gestandaardiseerde testomstandigheden. Deze waarde is daarom onafhankelijk van de inkomende zonne-energie (irradiatie) en kan dus goed gebruikt worden om systemen onderling te vergelijken.

    Het verschil tussen test- en werkelijke omstandigheden wordt verklaard door o.a.
    - vooraf: schaduw, reflecties, vuil en sneeuw
    - achteraf: systeemverliezen door o.a. hogere temperaturen (hierboven al genoemd), bedrading (lange bedrading is meer verlies), de MPP-tracker, de omvormer zelf, en tijd dat het systeem uit staat (zeer gering meestal).

    Deze verliezen zijn zo rond de 15-30%, waarbij je zelf op enkele factoren enige invloed kunt uitoefenen.

    De totale efficiëntie wordt daarnaast uiteraard nog bepaald door de efficiëntie van de panelen zelf.

    Zie ook onderstaande afbeelding, die een en ander verduidelijkt. Een gemiddeld paneel is ongeveer 1,6 m2 groot en brengt ongeveer 250 Wp op. Onder testomstandigheden letten we op een oppervlak van 1 m2. Dat zou dus 250/1,6 = een kleine 160 Watt opleveren. Onder test- (en ook vaak werkelijke) omstandigheden komt ca 1000 Watt per m2 binnen aan zonne-energie. Wordt de efficiëntie van 'pure' panelen dus vaak rond de 16% genoemd, dan is door de overige verliezen de uiteindelijke systeemefficiëntie ongeveer 12 of 13%.


    Afbeelding: Performance ratio en totale efficiëntie uitgelegd. Bron: Green Rhino Energy.

    Levensduur en afname capaciteit

    Levert een zonnepaneel net uit de fabriek bijvoorbeeld maximaal 250 Watt, dan is dit aan het eind van het leven, na ongeveer 25 jaar, wellicht nog 75% ofwel ongeveer 190 Watt.

    De vermogensgarantie bij de meeste panelen is meestal beschreven voor bijvoorbeeld 10 en/of 12 en/of 25 jaar, zoals: 90% na 12 jaar, 80% na 25 jaar. Een iets andere manier om de vermogensgarantie aan te geven is bijvoorbeeld: 0,7% afname per jaar. Deze cijfers vind je vaak op sites van leveranciers, of anders in de specificaties van de panelen. De tweede manier is een scherpere garantie, om deze redenen:

    - Met 0,7% per jaar is er na 25 jaar meer dan 84% capaciteit over.
    - Meer theoretisch, maar toch genoemd: 90% na 10 jaar kan ook betekenen 90% in het tweede, derde, vierde, etc. jaar.

    In de praktijk zullen deze garantievormen vermoedelijk weinig uitmaken. Overigens gaan panelen regelmatig ook prima 30 jaar mee; de vermogensgarantie gaat normaal gesproken tot 25 jaar. Deze komt overigens niet van pas in het 12e jaar, mocht het paneel zelf kapot zijn gegaan: de productgarantie is vaak slechts 10 jaar. Een beetje apart, maar zo werkt het.