Zonnestraling

 

 

 

 

 

Omdat we bij grote voorkeur naar een energieneutraal huis willen en van het gas los, zullen we het elektriciteitsverbruik willen compenseren. Hiervoor willen we zonnepanelen gebruiken. We gaan kijken  wat de mogelijkheden zijn. Op het schuine dak van het huis zijn er 2 rijen van 3 panelen en op de dakkapel liggen 4 panelen onder een lage hoek van 10 graden. Op de serre liggen nu 5 panelen onder een hoek van 25 graden. De 15 panelen samen zijn goed voor een energieopbrengst van 3900 kWh. Zodra de nieuwe serre klaar is kunnen er zelfs 12 zonnepanelen op geplaatst gaan worden. Dit zijn 7 panelen meer dan nu het geval is. De extra opbrengst is dan 7 x 3900 kWh/ 15 = 1820 kWh. Er is gekozen voor een model met hogere opbrengst dan de reeds aanwezige panelen, namelijk 300 Wp i.p.v. 260 Wp. Vanwege het verbruik van de warmtepomp is dat (totaal bijna 1900 kWh extra) mooi meegenomen. Het ligt dan voor de hand om alle zonnepanelen 300 Wp uitvoering te nemen met een opbrengst van 22/ 15 x 3900 kWh x 300/ 260 = 6600 kWh. (Ca. 2700 kWh meer dan eerst). Deze aanpassing wordt gedaan zodra de nieuwe serre is geplaatst.  Omdat we een aanmerkelijk groter vermogen hebben, moeten we ook de converter vervangen door de SE7k van SolarEdge. Omdat we straks 22 panelen hebben, moeten we het opdelen in 2 strings * en daarom moeten we ook andere optimizers nemen en een nieuwe groepenkast, het bekende domino-effect duikt weer op. Inmiddels is een en ander zo uitgevoerd. 

* Er is een maximum én een minimum aan het aantal optimizers/ panelen per string.

In het plaatje hierboven is de totale productie van mijn zonnepanelen te zien in 4 jaar. De bovenste eerste rij en de derde rij panelen liggen onder een hoek van het dak, 40 graden, de tweede rij zijn de platte panelen op de dakkapel en liggen onder een hoek van 10 graden, en de onderste rij ligt onder een hoek van 25 graden (met wat schaduw). In een periode van 4 jaar is er nauwelijks verschil in de opbrengst geweest behalve een beetje bij de onderste rij vanwege de schaduw. De waardes van 4 jaar zijn in de plaatjes ingetekend. De gelijke opbrengst komt dus vanwege het diffuse licht. Daar is onderstaand plaatje een mooi voorbeeld van:

De eerste en derde rij hebben een hoek van 40 graden, de 2e rij onder een hoek van 10 graden, nagenoeg plat dus. We zien dan dat de 2e rij op dat moment beter presteert. Reflecties via de wolken leveren meer op dan direct zonlicht. De 4e en 5e rij liggen onder een hoek van 12,5 graden en leveren ook eer op. De 4e rij ligt echter nagenoeg tegen het huis, dus enigszins in de schaduw, de 5e rij ligt op 170 cm vanaf het huis. Opgemerkt moet worden dat het weliswaar zonnig was maar ook een beetje heiig, vandaar het diffuse licht.

 

 

Onderstaand de eigen metingen van half maart 2014 tot 9 februari 2018, net geen 4 jaar, met 15 panelen van 260 Wp

 

Binnenkort gaan we aan een elektrische auto en de elektriciteit die we daarvoor nodig hebben willen we ook zelf opwekken. Deze is nog niet in bovenstaande berekening meegenomen. Het is wél meegenomen in de paginalaadpaal.

 

Hoewel men daar nauwelijks keus in heeft is het toch interessant om ook even de richting van de panelen te benoemen. In onderstaande cirkelgrafiek is het effect van richting en helling te zien. Mijn eigen ervaring is dat de opbrengst iets gunstiger is dan in het onderstaande plaatje is te zien. Wellicht omdat we in Nederland, en zeker in het westen, verhoudingsgewijs meer diffuus licht hebben.

Het blijkt ook dat het nog steeds heel aantrekkelijk kan zijn om zonnepanelen oost-west te plaatsen als puur zuid niet mogelijk is. In het volgende plaatje heeft iemand dat uitgewerkt https://www.zonnepanelen.net/oost-west-zonnepanelen/

Met de geplande 22 panelen van 300 Wp kunnen we dus een energie verwachten van 6811 kWh per jaar

Wat nu als niet alle panelen die in serie staan hetzelfde kunnen opbrengen vanwege gedeeltelijke schaduw of hellingshoek? In dat geval zal een paneel dat minder opbrengt de rest een beetje tegenhouden. Beter gezegd, de stroom dat het schaduw paneel kan leveren is dan beperkt en remt de totale stroom. Om deze reden zijn optimizers bedacht. In het bovenstaande geval zal de opbrengst van de verschillende panelen uiteenlopen. Alle panelen geven in beginsel nagenoeg dezelfde spanning maar enkelen kunnen dan de stroom niet leveren en deze stort dan in elkaar.

 

Veel mensen realiseren zich niet dat als je een ideaal schuin dak hebt dat de opbrengst per paneel toch flink kan verschillen. Stel we hebben 6 panelen naast elkaar en 3 boven elkaar op een schuin dak. De temperatuur van de bovenste panelen is dan hoger omdat de warme lucht van de onderste panelen naar boven gaat en de bovenste warmer maakt. Dit heet convectie. De lucht beneden wordt aangevuld met koudere lucht. Hierdoor kunnen de onderste panelen bij windstil weer in de volle zon 10 tot 20 graden kouder zijn dan de bovenste. Vanwege de temperatuurcoëfficiënt van het zonnepaneel van ca. – 0,4 %/ K zal er tot 8 % verschil in opbrengst zijn. Als alle panelen in serie staan, en dat is gebruikelijk, dan bepalen de bovenste panelen de totale opbrengst en dat kan een verlies betekenen van 4 %  op het totaal. De optimizers kunnen dit dan terug winnen. Sterker nog, als er een heel klein zuchtje wind komt van de zijkant, kunnen de gradiënten (temperatuurverschillen) nog groter zijn.

PLAATJE

 

Optimizers hebben een soort transformator (vrije interpretatie) aan boord om de optimale combinatie te vinden van spanning en stroom. Dit wordt het Maximum Power Point MPP van het paneel genoemd. In bovenstaand plaatje is dit ca. 30 V. Deze optimizers communiceren met elkaar en “spreken met elkaar een optimale stroom en spanning af”, als voorbeeld 10 A. Door de uitgangsspanning per paneel aan te passen tussen bijvoorbeeld 10 V en 40 V kan tóch het optimale vermogen afgegeven worden.

Om bovenstaande reden heb ik gekozen voor panelen plús optimizers. De fabrikant is SolarEdge.

Bij de keuze van optimizers kan je kiezen uit verschillende types. Zeker als je verschillende oriëntaties hebt, is het belangrijk te letten op type en aantal zonnepanelen. Stel je hebt panelen op het oosten en panelen op het westen. ‘S ochtends doen de panelen op het oosten heel goed en ’s middags die op het westen maar nooit tegelijk. Dan kan het resultaat zijn dat de som van alle spanningen van de optimizers toch niet voldoende is voor een string. Met elkaar moeten deze aan een bepaalde spanning komen. Dit wordt bepaald door de omvormer. Daarvoor zijn de verschillende typen optimizers bedoeld. Uitkijken dus.

Omdat ik naar een hoger aantal panelen moet vanwege het gewenste vermogen moest ik ook naar een nieuwe converter met groter vermogen (7 kW i.p.v. 4 kW) en werd het een 3 fase-converter. Om deze reden moest weer de groepenkast aangepast worden vanwege een 3 fase-aansluiting. Zo zie je dat als je met een idee van een warmtepomp begint, er een domino-effect ontstaat en er mogelijk heel veel meer moet gebeuren. Het is niet zo dat alles per se in één keer moet gebeuren. Ook als je het in kleine stapjes doet valt er ook veel winst te pakken. Een goede manier is eerst isoleren, dan zonnepanelen, dan de verwarming aanpassen (vloer/wand-verwarming en/of laagtemperatuur radiatoren) en tenslotte de warmtepomp. Het is echter wel verstandig om al in een vroeg stadium vooruit te denken (dus niet NAdenken maar VOORdenken 😊 ). Maak een schatting van de warmtebehoefte, daaruit volgt een type en vermogen van de warmtepomp, daaruit het aantal zonnepanelen, een groepenkast en een bepaald type verwarming (wand/vloer verwarming of LT low H2O-radiatoren). Als je deze stap niet van tevoren bedenkt moet je het later overdoen en, geloof me, dat is heel duur.

 

 

Slakkesporen (snail trails)

Op zonnepanelen is soms een vreemd patroon te zien. Het lijkt alsof er slakken langs geweest zijn. Dat is niet het geval. Snail trails zijn het gevolg van delaminering of microcracks. Dit komt vaak door het UV licht of gewoon omdat er krachten op uitgeoefend zijn geweest. Het gevolg kan zijn dat de opbrengst minder wordt bij de panelen die het betreft. Het komt vrij algemeen voor. Het is wél zo dat áls een paneel helemaal defect is, de problemen te vinden zijn bij de slakkensporen. Van de 15 panelen die ik 4 jaar heb gehad, hebben 4 panelen dit verschijnsel waarvan bovenstaand plaatje verreweg de meest duidelijke is. Er is geen meetbaar verlies (geweest).

Zie http://www.firstgreen.co/2014/09/snail-trail-on-your-pv-module-a-disease-or-symptom/

“However, as solar energy enthusiast, we should not be much worried about the Snail Trail. Relying on the researcher’s studies, yearly power degradation due to snail trail is approximately 0.56 %, which is considered to be normal degradation range. However, losses due to cracks can severely impact the energy yield on permanent basis. So, we should improve our PV module handling procedure.”

 

 

Varianten in zonnepanelen: glas-glas panelen

 

Sinds kort zijn er ook zonnepanelen die aan twee zijden glas hebben met daar tussenin de eigenlijk PV-cel. Naar verluidt zijn deze panelen robuuster. De levensduur is ook langer. De keerzijde hiervan is dat de prijs ook hoger is. Het is mijns inziens een kwestie van smaak of dat het waard is.

Er wordt geclaimd dat de panelen een garantie hebben van 30 jaar. Vergelijken we de bekende opbrengst in 25 jaar met elkaar dan is het verschil volgens claim 5 % maar het prijsverschil is 20 % voor de frame uitvoering. De uitvoering zonder frame is tot wel 50 % duurder. Zonder frame is fraaier om te zien. Je zou ook de volgende redenering kunnen doen: de praktijk laat zien dat de opbrengst voor standaard panelen in de loop der jaren toeneemt. 5 jaar geleden was een standaard paneel 260 Wp. In 2018 is de norm 300 Wp. Dat is ongeveer 2 % per jaar. Je zou ook kunnen overwegen om na 15 jaar de panelen te vervangen en waarschijnlijk zijn de standaard panelen tegen die tijd 390 Wp. Een alternatief is om in plaats van de meerprijs voor de glas-glas panelen nu een efficiëntere uitvoering te kopen, bijvoorbeeld 330 Wp.

Een andere optie is om transparante (schatting 20 % transparant) panelen te nemen, ook deze zijn duurder maar zouden bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden op een serre dak. Dit valt buiten het bestek van dit boek.

Tenslotte zijn er ook nog panelen die aan twee kanten lichtgevoelig zijn en in theorie zou er een veel hoger rendement zijn. Dat is maar heel beperkt waar. We hebben helaas maar één zon dus moet je het van reflectie hebben om meeropbrengst te krijgen. Op de plek waar het paneel staat of ligt, is er geen of heel weinig reflectie. De reflectie (albedo genaamd) die er wel is, is op gewone grond is maar een paar procent, afhankelijk van de kleur. In Zwitserland, met sneeuw aldaar, kan de reflectie wel enorm hoog zijn, tot wel 90 % voor zover de schaduw van het paneel niet in de weg zit. Kortom, leuk idee maar niet in Nederland.

Een leuk weetje is dat een zonnepaneel gemiddeld in z’n leven 8 keer zoveel energie opbrengt aan elektriciteit als dat nodig was om deze te maken.