Installatiebedrijf Walraven & Zn

Zonnestroom

Zon-instraling

Inleiding

De opbrengst, de hoeveelheid geproduceerde elektriciteit, van een PV-paneel hangt af
van de instraling die het zonnepaneel op kan vangen. Die wordt niet alleen bepaald door
de intensiteit van het invallend licht, maar ook van de hellingshoek, temperatuur en
oriëntatie van een zonnepaneel.

Zonnestraling

De straling die van de zon komt voorziet de aarde van een enorme hoeveelheid energie. Gemiddeld wordt op aarde jaarlijks 1700 kWh per vierkante meter ingestraald. In Nederland is de instraling ongeveer 1015 kW/m² op jaarbasis. Deze straling kan met behulp van zonnepanelen rechtstreeks omgezet worden in elektriciteit. Daglicht bestaat uit direct zonlicht en indirect, diffuus licht. Direct zonlicht heeft meer energie dan indirect licht. Een zonnepaneel geeft dus meer elektriciteit als het optimaal op de zon is gericht. Van belang hierbij zijn de hellingshoek en de oriëntatie. Aangezien de zon en de aarde draaien, verschilt de optimale situering per locatie. In Nederland wordt de maximale opbrengst op jaarbasis gehaald met een paneel dat recht op het zuiden is gericht onder een hoek van 36°. De intensiteit van de zonnestraling verandert met het uur van de dag, de tijd van het jaar en de weersomstandigheden. Om toch gemakkelijk te kunnen rekenen met gegevens over de instraling, kan de totale hoeveelheid zonne-energie worden uitgedrukt in uren volle zon per m². Als standaard wordt aangenomen dat bij 'volle zon' een vermogen van 1000 W per m² op het aardoppervlak wordt ingestraald. Eén uur volle zon levert dan dus als maat 1000 Wh per m² = 1 kWh/m². Een zonaanbod van één uur volle zon (dus 1 kWh/m²) komt ruwweg overeen met de zonne-energie die op een wolkenloze zomerdag op een op de zon gericht vlak valt. Het totale jaarlijkse zonaanbod in Nederland komt overeen met ongeveer 1000 uur volle zon. Met andere woorden: de gemiddelde jaarlijkse zoninstraling in ons land is circa 1000 kWh/m². Voor ontwerp van PV-systemen wordt in Nederland 1000 kWh/m²/jaar als kengetal gehanteerd. In Nederland is het daggemiddelde 2,7 uur volle zon (2,7 kWh/m²). Dit is een gemiddelde over december (0,5 uur) tot juni (5 uur). Het verschil tussen zonne-energie-instraling in zomer en winter is dus een factor 10. Ook binnen Nederland zelf kan de zoninstraling iets variëren. De kustgebieden blijken iets meer zon te ontvangen dan de meer landinwaarts gelegen gebieden. Zie hieronder de instralingskaart.

Hellingshoek

Teneinde de straling effectief op te kunnen vangen, moeten zonnepanelen naar de zon
gericht staan. De opbrengst van een PV systeem hangt af van de oriëntatie en de
hellingshoek. Welke hellingshoek optimaal is voor een PV-systeem hangt af van de toepassing en de plek. Het paneel van een systeem dat de grootste energievraag in de winter heeft kan het best onder een hoek van 70° op het zuiden staan. Bij een systeem dat alleen in de zomer wordt gebruikt, is een wat platter opgesteld paneel (bijvoorbeeld 30°) gunstiger, omdat de zon in de zomer een hogere baan langs de hemelkoepel beschrijft.

Oriëntatie

De optimale oriëntatie van een vrijstaand PV-systeem is meestal goed te realiseren. Bij een zonnestroomsysteem voor een gebouw is het niet altijd mogelijk de panelen op het zuiden te plaatsen. Waar het dan op aankomt is een zo goed mogelijke hellingshoek te zoeken bij de beste oriëntatie. Is de oriëntatie oost of west, dan is met een dakhelling van 20° nog altijd 80 á 85% van het maximum haalbaar. Om zoveel mogelijk van de zon te profiteren in de gebouwde omgeving, is het bij nieuwbouwprojecten dus van belang om rekening te houden met oriëntatie en mogelijke hellingshoeken. Het succes van zonnestroom in de gebouwde omgeving staat of valt met de zonvriendelijke verkaveling van de bouwgrond. De figuren hiernaast geven aan dat ook bij strenge eisen, >90% resp. >95% zoninval, de marges ten aanzien van oriëntatie en hellingshoek nog veel vrijheid laten zien ten aanzien van het ontwerp. Op de instralingsschijf kan worden afgelezen wat de instraling is bij een bepaalde oriëntatie en hellingshoek van de zonnepanelen. Deze wordt uitgedrukt in procenten van de maximaal haalbare instraling, die wordt bereikt wanneer het systeem op het zuiden staat gericht onder een hoek van 36 graden met de horizontaal.