Studie opbrengstgarantie residentiële zonnepaneleninstallaties Izen Energy Systems NV

Merijn Wuyts Thomas Raets
De masterproef bestond er in om de invloed van schaduw op residentiële zonnepanelen-installaties te onderzoeken en de bestaande opbrengst-formule te optimaliseren

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.

Bibliografie

Albedo. (2017, 27 maart). Gevonden op 4 april 2017 op het internet: https://nl.wikipedia.org/wiki/Albedo Brackenridge, M. (s.a.). SunPosition Calculator. Gevonden op 27 maart 2017 op het internet: http://sunposition.info/sunposition/spc/locations.php#1
Breugelmans, C. (2017, 14 maart) Tabellenboek [mail]. s.i.
Coppens, M. (s.a. a) Statistiek deel 1. Geel: Campinia Media
Coppens, M. (s.a. b) Statistiek deel 2. Geel: Campinia Media
Dakdekgigant. (2016, 14 oktober). Wat kost een nieuw dak?. Gevonden op 16 april 2017 op het internet: https://www.dakdek-gigant.nl/wat-kost-een-nieuw-dak/
Debontridder, L. (2017, 20 maart). Dagelijkse globale zonnestraling (Wh/m²) in Retie – 2016 [Brief]. Brussel: KMI. Onuitgegeven Deboosere, F. (s.a.). Komt de zon winter en zomer altijd op op dezelfde plaats aan de horizon?. Gevonden op 27 maart 2017 op het internet: http://www.frankdeboosere.be/vragen/vraag100.php Deurloo BV. (2016, 23 juli). Wat is de jaarlijkse zon-instraling in Nederland?. Gevonden op 27 maart 2017 op het internet: http://deurlooinstallaties.nl/deurloo-bieb/jaarlijkse-zon-instraling-ne…
De verschillende soorten dakkapellen - Welke kiest u?. (s.a.). Gevonden op 3 april 2017 op het internet: http://www.realiseerjedroomhuis.nl/de-verschillende-soorten-dakkapellen…
Eandis. (2015, maart). Zonnepanelen ≤ 10 kVA. Gevonden op 6 april 2017 op het internet: https://www.eandis.be/sites/eandis/files/9010111-lokale_produktie_10kva…
EIC. (2005, 2 december). RM3-RM3C [Datasheet]. Gevonden op 20 september 2016 op internet: http://www.eicsemi.com/datasheet/RM3_C.pdf Esdec. (s.a.). FlatFix Fusion. Gevonden op 28 maart 2017 op het internet: https://www.esdec.com/Flatfix/FlatFix-Fusion.htm
Gensolar. (s.a.). Panel Solar 100W. Gevonden op 7 april 2017 op het internet: http://gensolar.cl/index.php?route=product/product&product_id=56
Gilis, M. (2017, 1 maart). Oefeningen werfvoorbereiders + boekje [mail]. s.i.
Google. (s.a.). Frequently Asked Questions. Gevonden op 3 april 2017 op het internet: https://www.google.com/get/sunroof/faq/ HESPUL. (s.a.). HESPUL is a non-profit association. Gevonden op 27 maart 2017 op het internet: http://www.hespul.org/english/ IZEN. (s.a.). Al 30 jaar installateur zonnepanelen. Gevonden op 21 maart 2017 op het internet: HTTP://WWW.IZEN-ZONNEPANELEN.BE/INSTALLATEUR-ZONNEPANELEN

KMI. (s.a. a). Dagelijkse waarde van de jaarlijks gemiddelde globale zonnestraling. Gevonden op 7 maart 2017 op het internet: https://www.meteo.be/meteo/view/nl/16788784-Klimaatatlas.html
KMI. (s.a. b). Het klimaat in uw gemeente. Gevonden op 7 maart 2017 op het internet: http://www.meteo.be/meteo/view/nl/27484519-Klimaat+in+uw+gemeente.html
KMI. (s.a. c). Klimaatstatistieken van Belgische gemeenten: Retie (NIS13036). Gevonden op 25 maart 2017 op het internet: http://www.meteo.be/resources/climateCity/pdf/climate_INS13036_RETIE_nl… Minerva. (s.a.). Resultaat met woordenlijst (28). Gevonden op 4 april 2017 op het internet: http://www.minerva-ebm.be/Results/Glossary/1701 MPPT – Maximum Power Point Tracker. (s.a.). Gevonden op 6 april 2017 op het internet: https://zonnepaneelkiezen.nl/mppt
Normale verdeling. (2016, 12 februari). Gevonden op 7 april 2017 op het internet: https://nl.wikipedia.org/wiki/Normale_verdeling Ouwehand, J., Papa, T., Gilijamse, W., De Geus, J. & De Wit, J. (2016). Duurzame energietechniek. Amsterdam: Boom.
PVsyst. (s.a.). General features. Gevonden op 3 april 2017 op internet: http://www.pvsyst.com/en/software/functionalities PVsyst. (version 6.4.7.). [Software]. (2016). Verkrijgbaar via pvsyst.com: http://www.pvsyst.com/en/software/download
Roberto, F.C. & Denizar, C.M. (2012). An Optimized Maximum Power Point Tracking Method Based on PV Surface Temperature Measurement. Gevonden op 19 september 2016 op internet: https://www.intechopen.com/books/sustainable-energy-recent-studies/an-o… Simplified Safety. (s.a.). Risico’s bij daken met zonnepanelen. Gevonden op 3 april 2017 op het internet: http://simplifiedsafety.nl/blog/risicos-bij-daken-met-zonnepanelen/ Slimster B.V. (s.a.). Nieuwe dakkapel laten plaatsen?. Gevonden op 3 april 2017 op het internet: https://dakkapellen.com/ The Pennsylvania State University. (s.a.). Collector Orientation. Gevonden op 27 maart 2017 op het internet: https://www.e-education.psu.edu/eme810/node/576
TRI-KA PC Software (version 1.4.2.0) [Software]. (2013). Verkrijgbaar via tritec-energy.com: http://www.tritec-energy.com/en/service/product-software/
TRITEC. (2010, november). OPERATING INSTRUCTIONS TRI-KA. Gevonden op 19 september 2016 op het internet: http://www.tritec-energy.com/common/pdf/tritec-service/TRI-KA_Operating…
Valentine Software. (s.a.). PV*SOL. Gevonden op 3 april 2017 op het internet: http://www.valentin-software.com/en/products/photovoltaics/57/pvsol-pre…

Van de Zon. (2014, 13 december). FlatFix Fusion: het revolutionaire lichtgewicht plat daksysteem voor zonnepanelen!. Gevonden op 28 maart 2018 op het internet: https://www.youtube.com/watch?v=29jPYRVy6m0
Van Hoolst, G. (2014, 14 maart). Oefeningen schaduw Gregory [mail]. s.i.
Vlaanderen is energie. (2017). Zonnekaart Vlaanderen: hoe geschikt is uw dak voor zonnepanelen of een zonneboiler?. Gevonden op 3 april 2017 op het internet: http://www.energiesparen.be/zonnekaart
Zonnepanelen West-Friesland. (s.a.). Montagesysteem voor plat dak met allerlaagste dakbelasting. Gevonden op 28 maart 2017 op het internet: http://zonnepanelenwestfriesland.weebly.com/plat-dak.html

Universiteit of Hogeschool
Master in de industriële wetenschappen: energie
Publicatiejaar
2017
Promotor(en)
Werner Segers
Kernwoorden
Share this on: