De afgelopen maanden ben ik me werkelijk rot geschrokken over de gevolgen van het kernongeluk in Fukushima, Japan. Met een gerust hart kijk ik naar mijn eigen zonnepanelen en zie tevreden dat er al bijna 3000kWh is opgewekt. Het lijkt eenvoudig: Zonnepanelen op het dak leggen, een omvormer erop en we hebben elektriciteit. Maar hoe werkt dat nu precies?

Op een voorlichtingsavond van Transistion Town Eindhoven in 2010, zijn alle aspecten van zonne-energie op een rij gezet was, waarvan hier een verslag.

Waarom begin je aan zonne-energie?

Op de TTE avond kwamen de volgende redenen naar boven om aan zonnecollectoren en/ of zonnepanelen te beginnen:

1. Voor het milieu
2. Voorbeeldfunctie voor je omgeving
3. Omdat energieprijzen gaan stijgen
4. Omdat je het technisch interessant vindt
5. Omdat je al het maximale aan isolatie en energiebesparing hebt gedaan

Sinds augustus 2009 heb ik een zonnecollector en negen zonnepanelen op het dak. Energie heeft een gezicht gekregen voor mijn kinderen. Het zijn die panelen op het dak die de energie opwekken. Mijn gezin is energiebewuster geworden en tot mijn verbazing is het bruto elektriciteitsverbruik met 14% gedaald. (zie de paarse bruto lijn). Na de bewuste periode komt de onbewust duurzame periode, wat een gedragsbesparing van 4% laat zien.

Figuur 1: Glijdend gemiddelde jaarverbruiksgegevens

De groene netto lijn is de energie die ik uit het net trek. Ik schakel mijn grootverbruikers, waardoor het nachtverbruik hoger ligt dan het dagverbruik.

Het financieel rendement

Ik ben van plan een nieuwe auto te kopen. Een auto van ongeveer € 9000. Na beraad met mijn vrouw staat mijn besluit vast en kijk met mijn jongens naar andere auto’s, die we leuk vinden.

Ik ben van plan zonnepanelen te kopen. Een set van ongeveer € 9000. Na drie weken doorrekenen aan de businesscases, opstellen van verschillende configuraties, bespreken met vrienden collega’s en omgeving, komt er een positief besluit. Mijn vrouw vindt duurzaam leven goed, maar vraagt zich af waar ik allemaal mee bezig ben.

Een auto kopen is blijkbaar een vanzelfsprekendheid, die van zonnepanelen verdient die vanzelfsprekendheid.

De terugverdientijd van zonnepanelen is lang. Het duurt gauw meer dan 8 jaar om je ingelegde geld terug te verdienen. Interessanter is het om naar het rendement te kijken en de vergelijking met obligaties te maken. De Nederlandse tienjarige obligatierente ligt nu op 3,4% en is redelijk waardevast. Het rendement van zonnepanelen is maar liefst 19% over 15 jaar.

Hoe je er ook naar kijkt, naar mijn mening zijn zonnepanelen een goede financiële belegging. Dit geldt door het wegvallen van de duurzame energiesubsidies op zonnecollectoren helaas niet meer. Hier heb je pas na 25 jaar een positief rendement van 4%.

Configuratie van dak

Je hebt een dak en wilt het maximale uit de zonne-energie halen. Dit kan met zonnecollectoren en/ of zonnepanelen. Waar moet je allereerst opletten:

1. Oriëntatie dak tussen WZW en OZO
2. Elevatiehoek tussen 20 en 50 graden
3. Geen schaduw, ook niet gedeeltelijk door schoorstenen, bomen of dakkapel
4. Bij plat dak minimaal 2x hoogte als afstand tussen de paneelrijen.

Voor het huis is aan te raden:

5. Vergunning aanvragen als huis een monumentaal pand is
6. Bij voorkeur eigenaar zijn van dak
7. Doorvoermogelijkheid aanwezig naar meterkast
8. Ruimte in meterkast voor extra meters
9. Een koele plaats voor de omvormer
10. Omvormer dicht bij meterkast voor hoger rendement
11. Ruimte voor boiler bij toepassing van zonnewarmte.

Zonnepanelen of zonnecollector?

Oké, maximaal rendement uit je dak. Willen we maximale euro’s of maximale energiebesparing? Een zonnecollector heeft een warmterendement van 50% ten opzichte van een elektrisch rendement van 14% voor een zonnepaneel. De terugverdientijd van een zonnecollector is langer dan die van een zonnepaneel. In andere woorden een vierkante meter zonnepaneel brengt meer geld op dan een vierkante meter zonnecollector. Echter een zonnepaneelsysteem vraagt een grotere investering dan een zonnecollector. Een collectorsysteem met twee zonnecollectoren geeft een rendementsstijging tot 60%, maar de extra kosten verdien je niet terug.

En dan zijn er nog constructie eisen. De zonnecollector vervangt dakpannen, zodat dit geen extra gewicht geeft. Wel moet hij ruim tussen de dakpannen liggen.

Een zonnepaneel kan op en tussen de dakpannen. Het rendement daalt bij hogere temperatuur en wordt bij voorkeur op het dak gelegd. De daktengels, de houten latten waar de dakpannen op liggen, moeten stevig genoeg zijn.

De PV panelen worden op het dak gemonteerd

Hoeveel Capaciteit is er nodig?

Douchen is in een gemiddeld gezin de grootste post voor warm water. Per minuut wordt 10 l van 40° gebruikt. De zone-boiler temperatuur kan variëren tussen de 10 en 95°. Boven de 60° wordt het water uit de boiler gemengd met koud water, zodat het douchewater maximaal 60° is . Met een vat van 100 l van 95° kan je 100*95/40/10=23 minuten douchen. Op een boiler van 100 l is een collector van ruim 2 m² nodig.

Het aantal zonnepanelen wordt gedreven door een minimum om je vaste kosten te compenseren en een maximum van je eigen elektriciteitsverbruik. Hierboven is de vergoeding niet meer gelijk aan de prijs die je betaalt voor de elektriciteit. Kortom, zoveel mogelijk panelen als je mooi vindt en kan betalen, maar minder dan het jaarlijkse verbruik. Een gezin verbruikt gemiddeld 3400 kWh per jaar. Een paneel van 245 Wp levert per jaar ongeveer 180 kWh uur op, wat overeenkomt met 17 panelen om je jaarverbruik te produceren.

De PV panelen (links) en zonnecollector (rechts) liggen op het dak

Werking zonne-collector

Er zijn heat-pipes en vlakke plaat zonnecollectoren. Een heat-pipe zou in de winter meer energie kunnen leveren. Mijn ervaring met een vlakke plaat collector is dat van november tot en met januari geen warmte van de zon opgepikt wordt.

Daarnaast zijn er druksystemen en terugloopsystemen. Bij een druksysteem kan de collector hoger of lager dan de boiler staan. Bij een terugloopsysteem loopt het water uit de collector terug in de boiler en bij opstarten moet de pomp harder werken om het water rond te pompen, wat meer energie kost. Hier moet de collector altijd boven de boiler staan.

Bij een terugloopsysteem kan het water in de collector niet oververhit raken. Bij een druksysteem kan het glycol in de zomer degenereren door oververhitting, wat stagnatie genoemd wordt. De temperatuur in de collector stijgen kan stijgen tot zo’n 230°. In de winter bestaat het risico op bevriezing van de collector. In de praktijk heb ik de temperatuur niet lager dan -5° zien komen. Bij strenge vorst lag er ook vaak sneeuw en dan blijft de temperatuur constant rond de -5 graden.

In het principe moet de glycol om de twee jaar gecontroleerd worden . De regelaar in een zonnecollector systeem geeft aan of hij in stagnatie geweest is. Ook zal hij stagnatie proberen te voorkomen door de boiler in de nacht af te koelen om zo een buffer voor de volgende zonnige dag te creëren.

De pomp in een zonnecollector systeem gebruikt tussen de 10 en 15 Watt. De pomp snelheid hangt van het temperatuurverschil af. Bij 7° verschil start de pomp en bij 20° verschil draait hij maximaal.

Uiteraard springt de HR ketel bij als de temperatuur uit de zonneboiler te laag wordt. Mijn Nefit HR ketel stopt met branden als naar een bepaalde wachttijd geen warmte nodig is en blijft dan ook uit. Ook als de temperatuur van het water tot zelfs 40° zakt. Met een thermostaatkraan regel ik een constante douchetemperatuur.

Werking zonnepanelen

Zonnepanelen bestaan uit meerdere zonnecellen, die in serie staan. Als een cel door schaduw afgedekt wordt dan leidt dat tot een onderbreking in de serieschakeling, wat vermogensverlies betekent. Een diode in het paneel zal de stroom wegleiden om oververhitting te voorkomen.

De zonnepanelen staan in strings, in serie geschakeld. Het liefst zijn de strings zo lang mogelijk om met een zo hoog mogelijke spanning naar de omvormer te gaan, wat lagere verliezen geeft. Als de panelen in meerdere strings gesplitst worden moeten deze in balans zijn, dat wil zeggen gelijk in aantal.

Wat de gevolgen van bliksem op panelen kunnen zijn is mij onduidelijk. Of een eventuele aarding noodzakelijk is, kan ik nergens vinden.

De panelen worden aangesloten op de omvormer om de gelijkspanning om te zetten in een wisselspanning. De omvormer heeft een werkgebied, die bepaald wordt door de buitentemperatuur, de zon, type panelen en het aantal panelen. In de praktijk schijnt de zon niet op maximale kracht en blijf je bij voorkeur boven in dat gebied door meer Wp te installeren dan de omvormer nominaal nodig heeft. Bijvoorbeeld een Mastervolt XS2000 zet nominaal 1590 W om in 1500 W uitgangsvermogen, maar op de omvormer kan tot 2000 Wp aan zonnepanelen aangesloten worden.

De karakteristiek van de omvormer

De omvormer moeten op de koele plaats geïnstalleerd worden, omdat hij energie weggooit als het warmer dan 45° wordt. De gelijkspanningsverliezen zijn gelijk aan de wisselspanningsverliezen als de panelenspanning rond de 200 V ligt. Het liefst leg je de omvormer dan het dichtst bij meterkast, omdat deze meestal koeler is dan een plek op de zolder en je toch energie overhebt bij maximale zoninstraling voor een extra lange DC kabel. Denk er wel aan dat de DC kabel dik en stug is. (2x4mm²)

De mastervolt omvormer (onder de gasmeter)

De mastervolt omvormer is duidelijk hoorbaar door de ventilator. Het geluid is in de kamer ernaast nog te horen als de zon goed schijnt.

De meterkast is een verhaal apart. De zonnepanelen zijn aangesloten op een aparte zekering (grijze doos bovenste foto). In Eindhoven eist de Endinet dat de bruto meter, netto meter, meterbord en zekeringkast direct tegen elkaar aan liggen. Endinet was kritisch en behulpzaam en op de dag na de installatie van de panelen werden de watt-jes geteld.

De aansluitingen in de meterkast

Installatie

De zonnecollector wordt mijn inziens onterecht door de installatiebranche aangeboden. Het is een specifiek product, waarvoor je beter naar een specialist kan. Uiteindelijk heeft HRSolar me aan een installateur weten te helpen.
Nadat ik mijn panelen gekozen had, suntech 210 Wp, kwam ik op verschillende leveranciers uit en tot mijn verbazing bleek er een kloon Suntech op de markt te zijn die me voor een veel lagere prijs aangeboden werd. Uiteindelijk een leverancier uit de buurt gekozen, Resource Solar, die actief met me meegedacht over de meest optimale constructie.

Resultaat

In het jaar na de informatieavond hebben drie van de 10 bezoekers zonnepanelen en of zonnecollectoren aangeschaft. Voor de informatieavond heb ik ook in de straat gefolderd en twee gezinnen zijn in het afgelopen jaar naar mij toegekomen voor meer informatie.

Zelf heb ik geen omkijken naar de panelen en collector. Mijn enige actie is 1 keer per jaar de bruto jaarproductie voor de SDE door te geven.