Harry's PV-installatie uitgebreid in de loop der jaren

Bij zonnepanelen wordt vaak gevraagd naar de economische  terugverdientijd. Opbrengsten worden uitgerekend en afgezet tegenover kosten. Kale rekensommetjes moeten kopers over de streep trekken. Toch is het economische verhaal slechts één kant van de zaak. Slechts zelden wordt een ‘emotionele’ opbrengst genoemd.  En zonnepanelen kunnen wel degelijk andere geneugten opleveren. Het werkelijke rendement van zonnepanelen blijkt uit de manier waarop gebruikers verslag doen van hun ervaringen. Mensen die al enkele jaren zonnepanelen op hun dak hebben liggen constateren vaak dat zij een enorme lol ontlenen aan het volgen van de stroomopbrengst van hun installaties. De cijfertjes zijn niet alleen leuk om uit te zetten in grafieken, maar leiden er ook toe dat men bewuster met het eigen stroomgebruik omgaat. Hetgeen weer tot gevolg heeft dat de elektriciteitsmeter minder hard vooruit loopt en dat de effecten van het achteruitdraaien van de meter in euros uitgedrukt nog duidelijker worden. Dat illustreert het volgende wel heel duidelijk (afkomstig van  eigenaren van een PV-systeem sinds 2003): “In de volgende jaren ligt ons verbruik duidelijk lager. En dat is misschien de grootste winst sinds we zonnepanelen hebben: we zijn gewoon veel meer gaan letten op sluipverbruikers en overbodig/verspillend elektriciteitsgebruik in huis. Het werd geen obsessie maar een vrolijke sport om “slurpers” op te sporen en te onderzoeken wat wel en niet zinvol is om te doen of te laten…
Resultaat: ca. 28 % minder stroomverbruik binnen één jaar ! We zitten al onder de streefcijfers van het kabinet voor pakweg 2050…”
Mooi verhaal!

Mensen die overwegen een PV-systeem aan te schaffen en zich oriënteren op de markt komen er al snel achter dat zonnepanelen in soorten en maten te koop zijn. De meest opvallende verschillen treden op tussen thin film (flexibele) panelen en de traditionele panelen die door de afdekking met een glasplaat per definitie star zijn. De vraag is natuurlijk: wat is ‘beter’? Een genuanceerd antwoord is op zijn plaats. Er spelen namelijk verschillende factoren mee – prijs, levensduur, noodzakelijke oppervlakte – die er voor zorgen dat wat voor de een beter is, dat niet voor de ander hoeft te gelden.

De hoeveelheid zonne-energie die Nederland per jaar ontvangt, is volgens Senter Novem ongeveer veertig keer zo groot als het totale energiegebruik in Nederland. Door bewolking bestaat de jaarlijkse instraling in Nederland voor vijftig tot zestig procent uit diffuus licht (indirect licht), komend vanuit alle richtingen. De totale zoninstraling in Nederland op een horizontaal vlak bedraagt circa duizend kWh per vierkante meter per jaar.
Dit is van belang om te kunnen weten hoeveel oppervlakte nodig is voor de opwekking  van de benodigde zonne-energie. Als een Nederlands huishouden het volledige stroomverbruik uit zonne-energie wil halen dan is een systeemcapaciteit van ongeveer 3500 kWh per jaar nodig.

De traditionele mono- en polykristallijne silicium zonnepanelen hebben een vermogen dat varieert van ca 120 Wp tot ca 140 Wp per m2. Thin film panelen die bestaan uit zonnecellen van amorf silicium hebben een lagere opbrengst, en wel ca 50 Wp en 70 Wp per m2. Dit verschil in vermogen wordt veroorzaakt door een verschil in rendement.
Het rendement van zonnecellen – gemeten in opbrengst per oppervlakte –  is zeer verschillend. In commerciële productie wordt 6-16% gehaald (in wetenschappelijke omgeving worden uitzonderlijke rendementen tot 41% gehaald). Dit grote verschil is een gevolg van het gebruik van  materialen (kwaliteit en kleurgevoeligheid van zonnecellen), van fabricageprocessen en van de oppervlakte van de cellen en de modules. Belangrijk om op te merken is dat het rendement beslist geen maat is voor de kwaliteit of de betrouwbaarheid van zonnepanelen.

Thin film zonnepanelen zijn goedkoper dan momo- en polykristallijne silicium panelen. Het prijsverschil kan wel oplopen tot 30%. Wat betreft levensduur verschillen de meningen. Over het algemeen wordt van traditionele panelen gezegd dat de levensduur minimaal 25 jaar is (weliswaar met een teruglopende opbrengst naar 80%). Over thin film panelen verschillen de uitspraken van 15 tot 25 jaar.

Uitgaande van gemiddelde rendementen van 12% en 6% betekent dit voor het huishouden dat 3500 kWh per jaar aan zonnestroom wil opwekken een oppervlakte van bijna 30 m2 aan traditionele zonnepanelen of 60 m2 thin film. De investering bedraagt ca € 14.000,- ca €20.000,- waarbij de thin film de goedkopere variant is. Overigens past hier wel de kanttekening dat de totale investering voor beide systemen hoger uitvalt aangezien er in de meeste gevallen nog aanvullende kosten zijn voor bevestigingsmaterialen, kabels, aanleggen van een nieuwe groep en dergelijke. Ook het type omvormer dat men aanschaft beïnvloedt de hoogte van de investering.
Eenzelfde berekening kan gemaakt worden voor de minimale systeemeisen die de SDE-regeling vereist, namelijk een vermogen van 600 Wp. De thin film variant vraagt dan om een dakoppervlakte van 10 m2 en een investering van ca € 2.400,- terwijl de traditionele panelen 5 m2 nodig hebben en een investering vergen van ca €3.300,-. 
Voor de prijs van het systeem is het dus van cruciaal belang welke garanties er voor de levensduur van de zonnecellen c.q. de panelen wordt afgegeven door de fabrikant. Ook is het belangrijk te weten waarop deze garantie gebaseerd is. Want hoe langer de panelen meegaan en een goede opbrengst aan zonnestroom realiseren, hoe groter de ‘winst’ die geboekt kan worden met de aanschaf van het PV-systeem, dat moge duidelijk zijn. Een systeem dat een hogere prijs per Wp kent, maar ook een langere levensduur kan uiteindelijk toch aantrekkelijker zijn. Daar staat tegenover dat als beschikbare dakoppervlakte geen beperkende factor is, het beschikbare budget kleiner is en de wens om op korte termijn zonne-energie op te wekken groot is, dan kan een andere afweging gemaakt worden.

Tot slot: ECN heeft in 2001 een berekening gemaakt van de kosten van zonnestroom door de jaarlijkse lasten te kapitaliseren. Bij een redelijke combinatie van waarden (bedrijfskosten 1 % van de investering per jaar, 850 kWh/kWp per jaar, afschrijvingstermijn 20 jaar en rentepercentage 5%) is een vuistregel dat de elektriciteitskosten per kWh gelijk zijn aan de investeringskosten per Wp gedeeld door 10. Met andere woorden, als de totale kosten van het PV-systeem €5/Wp zijn, dan zijn de kosten van de opgewekte zonne-energie €0,50/kWh. Dit geeft een aardige indicatie van de mogelijke (meer)opbrengsten als het systeem langer meegaat. Daartegenover moet men zich wel realiseren dat als er ook SDE-subsidie verkregen wordt, het sommetje weer anders wordt, ook al omdat de gegarandeerde uitkeertermijn gelimiteerd is tot 15 jaar.

 Vorige week was er even flinke onrust in de Amersfoortse wijk Nieuwland waar 500 ‘Enecowoningen’ staan die voorzien zijn van een dak van zonnepanelen. Bij een aantal bewoners is de inverter – het kastje dat de door het PV-systeem opgewekte stroom omzet naar 220 volt – voor een deel gesmolten. Dit was onmiddellijk aanleiding voor een raadslid van de PvdA de burgemeester te vragen maatregelen te treffen omdat de situatie brandgevaarlijk zou zijn.

Eneco gebeld om een reactie, maar de woordvoerder was niet bepaald scheutig met informatie: “Er zijn bij drie installaties onderdelen kapot gegaan. Daardoor is binnen de kastjes van de omvormers oververhitting ontstaan die er toe geleid heeft dat er wat zaken zijn gesmolten. Dat gaf een brandlucht.” Wat precies de oorzaak van de mechanische defecten is geweest wil men helaas niet zeggen. Eneco meldt verder dat het om verschillende typen omvormers gaat. Op de vraag of men niet bezorgd is, zegt men kribbig: “De PvdA stelt vragen aan B&W, maar ze zijn niet bij ons geweest. De bewoners hebben de problemen wel bij ons gemeld en wij hebben gewoon de nodige reparaties verricht.”

Toch gaat Eneco een vervangingsprogramma uitwerken. Dat wordt volgens de woordvoerder “binnenkort, dat wil zeggen in mei, aan de bewoners kenbaar gemaakt.” Omdat Eneco niets wil zeggen over mogelijke oorzaken wordt alle ruimte gegeven aan speculatie. De ruimtes kunnen onvoldoende geventileerd zijn geweest waardoor de omvormers hun warmte onvoldoende kwijt konden. Een andere plausibele reden is dat de inverters ondergedimensioneerd zijn, dat wil zeggen dat zij minder Watt aankunnen dan door de zonnepanelen op een bepaald moment geleverd worden. Onderdimensionering kan bewust hebben plaatsgevonden – omwille van het laag houden van de kosten van het PV-systeem – of door onkunde. Maar dit laatste zou toch een beetje vreemd zijn als de leverancier een van de grootste energiebedrijven van Nederland is.

Elk ongemak kan leiden tot een innovatief idee. Voor de Noor Knut Karlsen waren dat oplaadbatterijen die in huis rondslingeren. Altijd leeg of half opgeladen, maar nooit lekker vol als je ze nodig hebt. Natuurlijk, hij zou een ‘normale’ batterijlader kunnen kopen, maar hij wilde een eenvoudiger – en meer duurzame – oplossing. En dus vroeg hij zich af: waarom heeft niemand een batterij bedacht met geïntegreerde zonnecellen. En zo was zijn idee voor de ‘Zonne Kat’ batterijen geboren: laat de batterijen lekker in het zonnetje liggen net als een poes die op de vensterbank lekker ligt te slapen. Hij bemachtigde enkele flexibele zonnepaneeltjes en gebruikte wat oude NiMH batterijen. De zonnecellen en batterijen konden qua spanning goed met elkaar overweg: 1.8V versus 1.5V. Door gebruik te maken van een geleidende zilverenpen en wat platte draadjes maakte hij een verbinding die volstond. De opzet is eigenlijk een vrij zwakke druppellader. Het is niet ideaal maar voorlopig goed genoeg. Volgende versies kunnen beter gemaakt worden door toevoegen van enige electronica (bijvoorbeeld om aan te geven wanneer de batterij volgeladen is en condensatoren om de batterijen meer efficiënt op te laden.Hoe dan ook: een leuk experiment om een beetje te spelen met zonne-energie. Kan zo in elke natuurkunde les of knutselclub uitgeprobeerd worden.

Overigens is uitgebreider uitleg te vinden op op www.makemagazine.tv

Waarom alleen een paar zonnecollectoren als ‘postzegels’ op het dak monteren als het hele dak gebruikt kan worden voor de opvang en omzetting van zonlicht in warmte of elektriciteit? Een simpele vraag die door het Nederlandse bedrijf Triple Solar is beantwoord met een eigen oplossing die inmiddels gepatenteerd is. Met hun aluminium dak voorzien van kleine pijpleidingen waarin water getransporteerd wordt gaan zij echter nog een stap verder. De elementen waarmee een schuin maar ook plat dak wordt geconstrueerd, kunnen ook gebruikt worden om een muur  van bijvoorbeeld een bedrijfspand te bedekken. Door de multifunctionaliteit van hun daksysteem levert dit uiteindelijk een besparing op. Een ander voordeel is de duurzaamheid: de levensduur is meer dan 50 jaar en aluminium is bovendien upwards recyclebaar doordat het is om te smelten en met behoud van kwaliteit opnieuw te gebruiken is.

Op de dakelementen kunnen ook flexibele PV-zonnepanelen gemonteerd worden waardoor de functionaliteit wordt uitgebreid. Het dak dient dan niet alleen als warmtebron maar ook als stroombron. Triple Solar onderzoekt ook de mogelijkheid om het dak te voorzien van een verflaag die stroom opwekt op basis van een spanningsverschil tussen 2 verflagen. Daarmee zou de multifunctionaliteit van het dak nog verder uitgebreid worden.

Triple Solar is zeven jaar geleden begonnen met de productie van de eerste generatie dakelementen. Metingen bij een daadwerkelijk gemonteerd dak op een eengezinswoning in het oosten van Nederland wijzen uit dat het systeem 1,5 GJ per m2 per jaar oplevert. Verder hebben de metingen tot een aantal aanpassingen geleid in het ontwerp van de dakelementen. Het rendement van deze nieuwe generatie wordt momenteel getest in een bedrijfspand in Weesp. Daar zijn aan een muur van het pand 40 m2 geplaatst in een proefopstelling. Om de prestaties van het nieuwe systeem te testen is hier een verwarmingsyteem aan gekoppeld bestaande uit een watervat van 2000 liter,een regelunit, verscheidene pompen en een warmtewisselaar. Voor het gebruik van tapwater wordt een tweede warmtewisselaar aangesloten.

De eerdere proeven met het dakconcept van Triple Solar hebben de nodige inzichten opgeleverd. Zo is natuurlijk een van de vragen: hoe verhoudt de opbrengst zich tot het gebruik van warmte? Iedereen kan op zijn vingers natellen dat synchroniteit ver te zoeken is. In de winter wil je zoveel mogelijk warmte opbrengst, maar heb je de minste zonuren. In de zomer daarentegen, als de kachel uit staat, brandt de zon op het dak en is de opbrengst navenant het hoogst. Toch is de vraag: wat betekent dit concreet? Uit de metingen die in de grafiek staan weergegeven staan vraag en aanbod tegen elkaar afgezet. Cijfermatig vertaalt zich dat als volgt: de jaaropbrengst van het systeem bedraagt 76,8 GJ terwijl de vraag 69,1 GJ is. Door de seizoensverschillen ontstaat toch een tekort van 24 GJ hetgeen bijgestookt moet worden.

Uit de cijfers blijkt een aanzienlijke besparing. Van de totale vraag aan warmte wordt het merendeel (bijna 66%) door het daksysteem opgebracht. Bij een gasprijs van € 0,65 per m3 wordt in dit geval op jaarbasis € 925 uitgespaard en bedragen de kosten voor het bijverwarmen slechts € 492 per jaar.

Triple Solar heeft met haar dakconcept laten zien dat in de bouw geïntegreerde energie opwekkingssystemen wel degelijk de moeite lonen. Eigenlijk is het een kwestie van vooruitdenken. Met name bij nieuwbouw projecten zijn hierdoor significante energiebesparingen te realiseren. Voor het realiseren van een maximale warmteopbrengst moet men dan vanaf de fase van projectontwikkeling dit gedachtegoed meenemen. Bij renovatie is de potentiële opbrengst afhankelijk van de bestaande ligging en ontwerp van de woning. En die zullen in veel gevallen niet optimaal zijn waardoor het rendement lager zal uitvallen. Maar net als met de voorgenomen aanschaf van zonnepanelen, kan ook bij de investering in een nieuw, energie opleverend dak een rekensom gemaakt worden en de kosten en baten worden afgewogen.

De auteur beperkt zich gelukkig niet tot de rasechte doe-het-zelver. Het boek is ook zeer nuttig voor degenen die hun beperkingen kennen en alles liever door een installateur laten aanleggen. Voor deze categorie ‘zonliefhebbers’ heeft hij ook de nodige praktische informatie. Zo geeft hij tips voor de beoordeling van offertes van toeleveranciers.

De potentiële koper kan zo ter voorbereiding alle facetten van de installatie langslopen, van type dak en mogelijke locatie van de omvormer tot gewenste uitvoering met PC-interface om de daadwerkelijke productiviteit constant bij te kunnen houden.Niet ieder dak ligt pal op het zuiden. Daarom is de tabel in het boek  dat de energieopbrengst aangeeft van een zonne-energie systeem bij niet-optimale opstelling (zowel qua richting als qua hoek) heel handig. Wie bijvoor beeld een dak heeft op het westen met een hellinghoek van 60% in plaats van de ideale 30% moet rekenen op een productiviteitsverlies van 22%. Voor diegenen die rekenen met terugverdientijden en subsidieopbrengsten is dit aardig om te weten! Wat het boek verder heel nuttig maakt is dat de auteur systematisch alle elementen van  PV-systemen langsloopt. Hij begint met autonome installaties, met andere woorden systemen die niet aan het net gekoppeld worden. Het gaat dan meestal om recreatieve toepassingen zoals afgelegen tuinhuisjes. Deze systemen hebben als bijzondere moeilijkheid dat de accu  in optimale en veilige conditie gehouden moet worden door de juiste laadregelaar toe te passen.Bij de netgekoppelde installaties krijgt de lezer niet alleen alle noodzakelijke informatie over alle systeemcomponenten – tot en met complete bedradingschema’s – ook de bevestiging op het dak komt uitgebreid aan de orde. Dit laatste is geen overbodige luxe want in de praktijk is er niets erger dan dat uw PV-installatie perfect functioneert maar dat het dak zo lek is als een gieter vanwege een foutieve montage. En dat geeft de waarde van het boek aan: alle betrokken disciplines, van elektromontage tot dakbedekking, passeren de revue. En of je nu van plan bent zelf de installatie ter hand te nemen of die te laten uitvoeren door een vakman, in beide gevallen is het uiterst plezierig te weten waar je op moet letten. Met dit boek in de hand kom je een heel eind. “Zonne-energie. Zonnepanelen plannen en zelf-installeren” is geschreven door Hans-Oachim Geist   en in 2007 op de markt gebracht (ISBN 978-90-5381-223-5) en wordt in Nederland uitgegeven door Elektor International Media B.V. (www.elektor.nl) en kost € 22,50