mijn kijk op

Zonnepanelen, wat levert het op?

Misschien zijn er mensen die graag willen weten wat zonnepanelen nu echt opbrengen. Ik heb nu vijf jaar ervaring met een eenvoudige set van vier zonnepanelen, geplaatst op het dak van een rijtjeshuis in het midden van het land. Hieraan heb ik met huis- tuin en keukenapparatuur metingen gedaan. Dit artikel gaat over de weersomstandigheden die de productie bepalen, de vraag of de productiecapaciteit meetbaar achteruit gaat in vijf jaar en wat het oplevert in geldwaarde. Wat zijn de belangrijkste factoren die de opbrengst bepalen?

• Zon en seizoen
• Temperatuur en seizoen
• Aftakeling na vijf jaar merkbaar?
• Opbrengst uitgedrukt in geld

Wat zijn de huis-tuin-en-keuken middelen die je kunt gebruiken?

• Technische gegevens

Zon en seizoen

Mijn panelen liggen vast opgesteld op een dak met een hoek van vijfenveertig graden, pal op het zuiden. Toch kan ook dan de straling van de zon niet maximaal benut worden. Het meeste licht valt op de panelen als de zon in het zuiden staat onder een hoek van vijfenveertig graden boven de horizon. Dat is niet op een mooie zomerse dag, maar in april, om precies te zijn, op 25 april omstreeks half twee (zomertijd). In 2003 heb ik op diverse momenten van de dag en bij verschillende weersomstandigheden metingen gedaan aan de opbrengst over een korte tijdsperiode. Dit deed ik met behulp van een stopwatch en de energiemeter. Hoe sneller de meter draaide, hoe hoger het geleverde elektrisch vermogen (zie technische gegevens). Het maximum dat ik zo kon meten was 388 W op 5 april 2003, de zon scheen toen onder een hoek van iets minder dan 45 graden. Omgerekend per vierkante meter paneeloppervlak was dit 111 W/m². De lichtomstandigheden waren ideaal, een opklaring tussen hevige regenbuien, dan is de lucht zuiver.

Temperatuur en seizoen

April is echter niet de maand met de hoogste opbrengst. In april staat de zon 14 uur boven de hemel, maar schijnt onder een kleine hoek, terwijl tijdens de langste dag, rond 21 juni de hoek groter en de dag langer is (16,75 uur). Daardoor zijn de zomermaanden de dagen met de hoogste opbrengst. Echter, de zonnepanelen nemen ook veel warmte op uit de zonnestraling en daarom gaat het rendement achteruit. Verder liggen de panelen voor de zon in juni eigenlijk te steil omhoog. Dankzij de vele metingen in 2003 heb ik een indruk van dit verschil in rendement gekregen en dat verschil is aanzienlijk. Op de topdag in 2003, een buitengewoon heldere julidag (10 juli 2003), was de dagopbrengst 2,5 kWh. Op het moment waarop de zon in het zuiden stond was het vermogen het hoogst: 92 W/m² (dus minder dan in april!). De instraling van kortgolvig licht was op die dag maximaal 810 Watt per vierkante meter, dus het rendement was 11%.

Op 18 december kon ik weer een hele dag metingen doen op een bijzonder heldere winterdag, in de buurt van de kortste dag van het jaar. Tot mijn grote verbazing bleken de zonnepanelen onder deze (helaas uitzonderlijke) omstandigheden nog 1,25 kWh te produceren! Dankzij de lage temperatuur (maximum 4,8° C) was het rendement aanzienlijk hoger. De maximuminstraling van de zon op die dag bedroeg slechts 226 W/m², terwijl het geleverde vermogen toen tot een bijna zomerse waarde van 79 W/m² steeg, een rendement van 35%! In de winter is de dagproductie vooral laag doordat de dagen kort zijn, de zon laag staat en het vaak somber is.

Aftakeling na vijf jaar?

Bij de aanschaf word je duidelijk gemaakt dat de zonnepanelen een beperkte levensduur hebben van 20 tot 25 jaar. Het vermogen tot het leveren van elektriciteit zou ook achteruitgaan. Is er na vijf jaar als sprake van achteruitgang en zo ja, hoe kun je deze achteruitgang nu meten? Als je domweg de opbrengst per jaar in een grafiekje zet, krijg je hierover geen uitsluitsel. Immers, het weer verschilt erg tussen de diverse jaren. Er zijn jaren met veel en jaren met weinig zonneschijn. Dus heb ik gezocht naar een manier van corrigeren voor het aantal uren zonneschijn per jaar.

Ik legde een statistisch verband tussen de opbrengst in kilowatturen per maand en het aantal uren zon. Dit bleek een grove maat, die 89% van de variatie in opbrengst tussen de maanden kon verklaren. Omdat ik de beschikking had over veel meer ter zake doende weergegevens, heb ik ook de instraling van het kortgolvige licht betrokken bij de berekeningen. Na wat spelen met wat statistische technieken, bereikte ik dat 98% van de variatie in de opbrengst per maand verklaard kon worden door een combinatie van zonneduur en instraling. Om precies te zijn: 0,23 maal de wortel uit het aantal zonne-uren opgeteld bij 0,43 maal de wortel uit de opbrengst kleingolvig zonlicht. Nu had ik een hele nauwkeurige manier om na te gaan of de opbrengst achteruit liep door technische oorzaken die verborgen zitten in de panelen en die dus geen verband houden met de variatie waarop de weergoden ons ieder jaar trakteren.

Het resultaat was zeer geruststellend. Ik legde het verband nu tussen de opbrengst per maand gedurende het eerste jaar, tussen april 2003 en maart 2004 en tussen de opbrengsten van de 12 maanden na augustus 2007. Zodoende kreeg ik twee lijnen: 2003/4 en 2007/8, die allebei de relatie leggen tussen de opbrengst per maand en de gecombineerde factor zonne-uren+instraling. Deze lijnen liepen dwars door elkaar heen. Als er sprake zou zijn van een significante afname van het vermogen om elektriciteit te leveren, zou de rode stippellijn van 2007/8 lager moeten liggen dan de doorlopende lijn van 2003/4. Dit is niet het geval!

Opbrengst uitgedrukt in geld

Laat ik allereerst duidelijk zijn: zonnepanelen schaf je niet aan om rijk te worden. Je moet het zien als een beleving. Als je een fototoestel koopt vraag je ook niet af wat dit gaat opleveren. Zonne-energie heeft toekomst en aan de toekomst voor deze groene manier van energieopwekking kun je bijdragen door mee te doen. Voor een andere milieuvriendelijke energie-opwekking, windmolens geldt: de rek in de rendementsverbetering is eruit. Er is al eeuwenlang ervaring met windmolens en honderd jaar vliegtuigindustrie voegde nog een hoop kennis toe aan de mogelijkheden van energieopwekking via molenwieken en wind. Zonne-energie opwekken is betrekkelijk nieuw, er zijn nog doorbraken mogelijk om het rendement te verbeteren. Zo liet ik al zien dat de huis-tuin-en-keuken panelen die ik heb, een rendement hebben van 11% in de zomer. Zo zou een systeem dat meedraait met de zon via listig opgestelde spiegels, een enorme verbetering betekenen ten opzichte van een vaste opstelling. Er wordt gewerkt aan deze manier van zonne-energie opwekken.

Als ik mijn energierekeningen van de afgelopen jaren erbij pak en kijk wat ik moest betalen aan elektriciteit en andere heffingen die gekoppeld waren aan mijn verbruik in kilowatturen, dan kom ik op een besparing die oploopt van 65 naar 80 euro per jaar. Met subsidie kostte de panelen mij duizend euro. Als het gemiddelde van 75 euro de volgende tien jaar blijft, dan zou ik na 13 jaar de panelen hebben terug verdiend. De leverancier gaf hiervoor 15 jaar. Dus toch een beetje geld verdienen!?

Technische gegevens

Het betreft hier een set vier zonnepanelen van Siemens Solar, type SM110. De opgewekte elektriciteit wordt via omvormers (merk Exendis) getransformeerd naar 220 V en geleverd aan het net en meestal opgebruikt in het huishouden. In het circuit van de zonnepanelen staat een traditionele (analoge ferraris-)energiemeter van het merk Pafal, type A52 (gekocht bij de Kijkshop). Hierbij is een kilowattuur 387 omwentelingen, dus 1 omwenteling is 1000/387= 2,58 wattuur. Een omwenteling (met constante snelheid) van 1 uur staat voor een vermogen van 2,58 Watt. Hoe sneller, hoe hoger het vermogen. Een omwenteling in een honderdste deel van een uur (36 seconde) is 258 Watt. Bij iedere omwentelingssnelheid kan dus het vermogen (gedurende deze omwenteling) berekend worden. Zo staat 30 seconde voor 310 Watt.

De tijd in de grafieken is geen zomer- of wintertijd maar UTC, internationale tijd. De weergegevens komen van een naburig weerstation dat de weergegevens via internet gratis ter beschikking stelt. Er bestaat een uitstekende website zonnepanelen in Nederland over dit onderwerp.