Onderzoek naar schaduwverlies bij een zonnepaneleninstallatie zorgt voor een verbeterde opbrengstberekening

De invloed van schaduw is een zeer belangrijke factor bij het dimensioneren van een fotovoltaïsche installatie. Tot dusver was er weinig onderzoek naar die schaduwinvloed. Merijn Wuyts en Thomas Raets, beiden masterstudent Industriële Wetenschappen van de KU Leuven brachten daar verandering in. Ze ontwikkelden een tool waarmee de installateurs van zonnepanelen het schaduwverlies voor residentiële PV-installaties snel en nauwkeurig kunnen berekenen wat voor zowel klant als installateur voordelen biedt.

De huidige klimaatproblematiek zorgt voor een toevlucht naar alternatieve energiebronnen. Residentiële PV-installaties hebben reeds bewezen dat ze hierin een belangrijke rol spelen. Het is van essentieel belang dat de installaties nauwkeurig gedimensioneerd worden: de juiste installatie met een correcte opbrengst bij de juiste woning.

Schaduw heeft een grote invloed op het resultaat van de opbrengstberekening, maar in het verleden werkte men met een schatting zonder degelijke onderbouwing. Er was maar weinig of niets voor handen om het verlies van schaduw op de opbrengst te bepalen. Een wetenschappelijk onderbouwde en gebruiksvriendelijke tool zou dit probleem kunnen verhelpen.

Dimensioneren van een zonnepaneleninstallatie

Het is logisch dat schaduw van bijvoorbeeld bomen of een schouw een negatief effect heeft op de opbrengst van de zonnepanelen. De grootte van deze verliezen bepalen, is tegelijk heel belangrijk, maar moeilijk.

Bedrijven willen graag een gedetailleerde berekening van de installaties die ze bij de klanten in bedrijf stellen, zo kunnen ze beter beslissen hoeveel panelen er voor een bepaalde installatie en opbrengst exact vereist zijn.

Een correctere inschatting van het aantal panelen resulteert in een verminderde kost voor de klant, waardoor die sneller geneigd is om een aankoop van zonnepanelen te overwegen. Het zo goed mogelijk afstemmen van de installatie op het verbruik van de klant is hierbij richtinggevend. Immers, een installatie die te veel energie produceert, biedt geen voordeel voor de klant. Het tegendeel is waar…de investering voor de klant neemt toe, terwijl de te veel geproduceerde elektriciteit niet terugbetaald wordt. Overigens werkt een overgedimensioneerde PV-installatie een overbelasting van het lokale elektrisch distributienet in de hand.

Maar ook aan de zijde van de installateur zijn er voordelen om een correcte inschatting van de opbrengst te maken. Bij groepsaankopen wordt de installateur verplicht een opbrengst te garanderen voor het eerste jaar van ingebruikname.

Wanneer deze berekende opbrengst niet gehaald wordt, moet de verkoper een vergoeding aan de klant betalen. Om zich hiervoor in te dekken, werden er, tijdens de tweede groepsaankoop van Antwerpen, installaties opgeleverd die tot zelfs 35% te veel energie produceerden.

Schaduwhandboek

De studie bestond uit experimentele metingen met zonnepanelen gecombineerd met doorgedreven en systematische analyse van data. Het onderzoek naar de schaduwverliezen resulteerde in een eenvoudig te raadplegen handboek waarmee de installateur elk schaduwverlies afzonderlijk per installatie kan vastleggen.

Het handboek maakt de potentiële verliezen per schaduwobject visueel en de werkwijze kan door de werfvoorbereider tijdens het berekenen van het aantal zonnepanelen aan de klant getoond worden. Dit is goed om het vertrouwen van de klant te winnen. Het boek bevat enkel de meest voorkomende maar tegelijk ook belangrijkste objecten die schaduw kunnen veroorzaken op een PV-installatie: schouwen, bomen, aanpalende woningen en dakkapellen.

Per schaduwobject is onderzoek gedaan naar alle factoren die een invloed hebben op het schaduwverlies van een zonnepaneleninstallatie. De factoren met de grootste invloed bleken bijvoorbeeld de afmetingen van het schaduwobject en de relatieve positie van het object ten opzichte van de installatie. Enkel deze factoren werden als variabelen opgenomen in het schaduwhandboek terwijl minder invloedrijke factoren, bijvoorbeeld het type zonnepaneel, niet bepaald hoeven te worden bij het opzoeken van het percentage schaduwverlies in het schaduwhandboek. Werfvoorbereiders die het handboek hebben uitgetest gaven aan dat het een gebruiksvriendelijk en nauwkeurig geheel is geworden.

Combinatieformule

Voor de meeste zonnepaneleninstallaties geldt dat er niet één maar meerdere schaduwobjecten tegelijkertijd schaduw werpen. Dit gegeven werd ook uitvoerig bestudeerd en uit het onderzoek is gebleken dat het belangrijk is om een onderscheid te maken tussen een hellend en een plat dak. Met behulp van simulaties werden twee formules voor de verschillende types van dak opgesteld. Het schaduwhandboek biedt samen met de combinatieformules een oplossing voor veel installaties. De combinatieformules werden opgenomen in een nieuw ontwikkelde rekentool die de werfvoorbereiders op een tablet of smartphone kunnen gebruiken.

Groepsaankoop Antwerpen II

Uniek aan dit onderzoek is de toetsing van de theoretische opbrengstberekeningen aan werkelijke data. De 200 installaties, aangekocht onder de Groepsaankoop Antwerpen II, werden allemaal voorzien van een monitoringssysteem. Dit systeem laat een online controle van de opbrengst toe.

De data verkregen uit de monitoring konden vergeleken worden met de voorspelde opbrengst die gebruikt werd om de installatie te dimensioneren. Deze werkwijze is uniek vermits data uit een monitoringsysteem bij voorgaande studies nog niet ter beschikking waren.

In principe zijn deze gegevens enkel geldig voor de provincie Antwerpen en het jaar 2016 aangezien de instraling van de zon op de installaties, plaats- en tijdafhankelijk is.

Door middel van extrapolatietechnieken en historische gegevens van het KMI is de methode om schaduw te bepalen geldig voor heel Vlaanderen. De studie blijkt een nauwkeurige benadering van de realiteit.

Er is veel interessant werk verzet maar het kan natuurlijk nog altijd beter. De studie zal pas volledig zijn, als er meer data van verschillende plaatsen en over grotere periodes uit monitoringsystemen beschikbaar komen en systematisch geanalyseerd worden en afgetoetst aan de theoretische formules.

De onderzoekers en de installateurs vonden de resultaten van deze eerste studie alvast veelbelovend en hopen dat nieuwe onderzoekers het werk opvolgen en verfijnen om tot een nog grotere nauwkeurigheid in de berekeningen te komen en mee te timmeren aan het pad van steeds betere en meer nieuwe energiebronnen.