Wat(t) levert een zonnepaneel op?

Ten eerste spreekt men niet van produceren, want dat is een misvatting er wordt n.l. niets gemaakt. De energie van de zon en ook wind wordt geconverteerd of omgezet naar elektriciteit.

De specificaties van zonnepaneel fabrikanten spreken over de opbrengst van panelen in Watt-piek(Wp), maar bijna overal elders spreekt of leest men over een opbrengst in kilowattuur (kWh). Hoe zit dat?

De opgave in Wp is het resultaat van een meting gedaan door de fabrikant volgens een standaard, onder optimale omstandigheden van temperatuur, licht-instraling en luchtdichte/luchtstroom(wind). Daarmee kan men het maximale vermogen van panelen van verschillende fabrikanten en soorten met elkaar vergelijken.

Het reëel opgewekte vermogen van een paneel op een dak is echter afhankelijk van veel factoren zoals de locatie in Nederland, de positie op de zon (oost-zuid-west) de hellingshoek van de panelen en de opbrengstfactor. Gemiddeld neemt men in Nederland voor het gemak een gezamelijke factor van 0,85.

Het reëel opgewekte vermogen van een paneel is dus het opgegeven Wp x 0,85 uitgedrukt in Watt.

Dat zegt nog steeds niet veel over wat een paneel echt kan leveren, want dat is voor een groot deel afhankelijk van de hoeveelheid licht (niet alleen zon) die er op de panelen valt. Die hoeveelheid varieert natuurlijk gedurende een etmaal, maar ook gedurende het jaar vanwege de seizoenen. Men neemt dus de factor tijd mee in de berekening. Voor zonnepanelen neemt men een heel jaar in de berekening mee om zo tot goed vergelijkmateriaal te komen. Door de tijdfactor drukt men het vermogen daardoor uit in Watt-uur oftewel Wh.

De jaaropbrengst is het reëel opgewekte vermogen x het aantal volle zonuren per jaar. Het aantal zonuren is afhankelijk van de locatie in Nederland, want aan de kust zijn er meer zonuren dan in het oosten.

Bron: KNMI

Ook veranderd het aantal zonuren natuurlijk per maand.

In juni hebben wij 5 volle zon uren per dag, in december maar 0,5. Gemiddeld over een jaar rekent men met 2,73 volle zon uren per dag. Dat komt neer op 1.000 volle zon uren per jaar. Het normale aantal zonuren ligt in Nederland overigens ergens tussen de 1.500 en 1.700 per jaar.  Het aantal echte volle zonuren haalt men uit grafieken die jaarlijks worden bijgehouden.  (bij rekenvoorbeelden gebruikt men echter bijna overal het makkelijke aantal van 1.000)

Het opgewekte vermogen van een zonnepaneel over een jaar gezien is dus Wp x 0,85 x 1.000 en dit drukt men uit in kilo-watt-uur oftewel kWh. (k = kilo = duizend)

Daar komt die factor kWh als indicator voor het opgewekte vermogen van panelen dus vandaan.

 

Wat(t) levert een windturbine in vergelijk dan wel niet op?

Een gemiddelde windturbine heeft een vermogen van twee tot drie MegaWatt (MW), maar er zijn zelfs al molens met een vermogen van 8 MW (M = mega = 1.000.000). Er staat in Nederland momenteel al meer dan 3.000 windturbines die samen voor 3.917 MW aan vermogen door windenergie opwekken. (bron: windstats).

De vier windturbines van het Type Vestas V90 die langs de N11 bij Rijnwoude op de grens met Alphen staan hebben een opwekvermogen van 3MW per turbine. (vergelijk dat met het Wp voor panelen)

Ook hier gebruikt men de tijdfactor, en bij windturbines gaat men uit van het aantal winduren per jaar, en dat is gemeten vanaf windkracht 7. Dus ofschoon de wieken van windmolens altijd wel draaien, leveren ze pas hun volle maximale vermogen als het hard waait. De wieken gaan dan overigens niet steeds harder draaien, ze worden om hun as gekanteld zodat ze minder wind vangen maar daardoor altijd wel met dezelfde maximale snelheid kunnen draaien om maximaal stroom op te kunnen wekken.

Elk van deze 3MW-windturbines produceert volgens opgave jaarlijks 5.750 MWh.  Dat is overigens genoeg elektriciteit voor ruim tweeduizend huishoudens.

 

Het Rijnvicus dak

De gekozen panelen voor het Rijnvicus dak hebben een specificatie van 320Wp.

Het hele dak heeft dus een Wp vermogen van 1.844 x 320 = 590.080 oftewel ruim 590 KWp of 0.59 MWp. Deze installatiewaarde wordt ook vaak gebruikt in diverse opgaven.

De geschatte jaaropbrengst van onze panelen is 320 Wp x 0,85 x 1.000 uur = 272.000 Wattuur (Wh) oftewel 272 kWh per jaar. Dat is echter een vrij simpele berekening.

In de realiteit zijn er nog wat meer factoren die een rol spelen. We zijn er dus nog niet want de opbrengst van panelen degradeert elk jaar een heel klein beetje. Ook dit moet worden meegenomen. Men neemt echter nog een factor mee in de berekening en dat is een kansberekeningsfactor, uitgedrukt in P50, of in P90. Dit geeft de waarschijnlijkheid aan dat met de berekening van al deze factoren en tabellen inderdaad de panelen een bepaald gemiddeld vermogen opwekken over een lange periode, b.v. 15 jaar. P90 als waarschijnlijkheidsfactor is erg hoog en wordt graag door banken (wie anders?) gebruikt, P50 wordt echter het meest gebruikt. Als laatste moet men bij grote installaties ook rekening houden met kabelverliezen. Op het Rijnvicus dak rekent men ondanks de enorme afstanden met niet meer dan 0,6% verlies door het gebruik van een goede kwaliteit kabels en verbindingen. Al met al is het een complexe berekening die normaal gesproken door gespecialiseerde software wordt uitgerekend.

Onze installateur Zon&Co. heeft berekend dat de gemiddelde opbrengst van elk van de 1.844 panelen op het Rijnvicus dak van 320Wp met een factor van P50 over de gehele looptijd van 15 jaar, 273 kWh zou moeten zijn.

In het eerste jaar, als de panelen nog schoon en nieuw zijn, rekent Zon&Co. met een opbrengst van 533.164 kWh oftewel 289 kWh per paneel. Dit is beduidend meer, en betekend natuurlijk dat we een goede safety marge op kunnen bouwen door deze extra opbrengst.

Vermenigvuldig je 273 kWh met 1.844 panelen, dan is de P50 dak-opbrengst 504.047 kWh oftewel ruim 500 MegaWh voor een heel jaar, genoeg stroom voor iets minder dan 200 huishoudens.

Dit is weliswaar heel erg veel energie, maar in vergelijk met één van de windmolens langs de N11 nog geen 1/10e van wat zo’n windturbine per jaar produceert…

Berekening voor het aantal certificaten

Het jaarlijkse P50 vermogen van het dak hebben wij zelf door 250kWh gedeeld om zo tot het aantal van 2.016 certificaten met een gemiddelde opbrengst van 250kWh voor Rijnvicus te komen, dus 1.008 certificaten voor PCR Rijnvicus-Oost en 1.008 certificaten voor PCR Rijnvicus-West.

Van gelijkstroom naar wisselstroom

Zonnepanelen wekken een gelijkstroom op, samen in een string van tot wel 30 panelen in serie is dit een relatief hoog voltage, waar we niet veel mee kunnen doen. Het opgewekte vermogen van elke PCR wordt daarom door z.g. omvormers omgezet in de netspanning van 230V, zodat het weer normaal gebruikt of getransporteerd kan gaan worden.

de 9 omvormers (per 3 gekoppeld) voor Rijnvicus-West. Oost is aan de andere kant

Bij grote installaties gebruikt men omvormers die de spanning in 3-fasen aanlevert, de z.g. sterk- draai- of krachtstroom. Simpel gezegd levert zo’n omvormer 3 x 230V verdeeld over 4 aders in een kabel. Bij een 50Hz 3-fasen aansluiting zijn alle drie de fasen 120 graden ten opzichte van elkaar verschoven. Men kan dan, weer simpel gezegd, 3 x het vermogen over een kabel met 5 aders transporteren.

Hieronder is deze kabel nog net niet aan de omvormer aangesloten: de 5 aders zijn: nul=blauw, 3 x fase(bruin, zwart, grijs), en aarde(groen/geel)

De kast met de koppelingen van de strings naar de 3 omvormers en terug aan het net

Golfclub Zeegersloot

Op het dak van de driving range komen iets andere panelen, omdat die panelen in het volle zicht liggen en optisch beter passen bij de 40 panelen die daar al liggen. Deze 216 panelen hebben elk een gespecificeerd vermogen van 305Wp.

Volgens de berekening van Zon&Co. is het reële vermogen van deze panelen 274kWh per jaar.

In het eerste jaar rekent Zon&Co. met een opbrengst van 290 kWh, ook hier dus een gezonde safety marge.

Dit dak levert in totaal gemiddeld over 15 jaar met zekerheidsfactor P50 per jaar 59.241 kWh op.