Inhoudstafel
De tweede stap is de evaluatie van het potentieel voor fotovoltaïsche productie van het gebouw. Het hangt af van het type beschikbare plaats, de gekozen technologie, de oriëntatie en de helling van de panelen, de schaduw, de temperatuur die de fotovoltaïsche cellen bereiken, het draagvermogen van het dak...
Type beschikbare plaats
Op het gebouw
De traditioneel gebruikte plaatsen voor de installatie van fotovoltaïsche panelen zijn:
- Platte daken
- Hellende daken
Dankzij de BIPV-technologie zijn alle oppervlakken van een gebouw potentiële dragers van een fotovoltaïsche installatie.
In de directe omgeving
Als in de directe omgeving van het gebouw ruimte beschikbaar is, kan de installatie van een zonnevolger (tracker) interessant zijn. Deze technologie oriënteert de zonnepanelen naar de positie van de zon, wat de fotovoltaïsche productie met 10 tot 30% verhoogt (afhankelijk van het gekozen systeem). Er bestaan veel types zonnevolgers, die in prijs, geavanceerde technologie en prestaties verschillen.
Blijvende beschikbaarheid van de plaats
Het is belangrijk om na te gaan of op de plaats waar men de fotovoltaïsche panelen wil installeren later geen werken moeten worden uitgevoerd (bijvoorbeeld voor de vervanging, afdichting of isolatie van het dak).
Keuze van de technologie
De keuze van de technologie kan verschillen naargelang het type plaats en de doelstelling voor de productie. De gangbare types cellen en hun indicatieve rendement zijn:
| Fotovoltaïsche technologie | Rendement | Specifiek vermogen |
|---|---|---|
| monokristallijne siliciumcellen | 16 tot 22 % | 160-220 Wp/m² |
| polykristallijne siliciumcellen | 13 tot 18% | 130 - 180 Wp/m² |
| dunne-filmcellen (amorfe siliciumcellen) | 4 tot 14% | 40 - 140 Wp/m² |
Er bestaan ook andere fotovoltaïsche technologieën: organische cellen, perovskiet, polymeren... maar ze zijn nog niet volledig ontwikkeld.
Efficiëntie van de beste beschikbare zonnecellen in de onderzoeksfase
Bron: NREL National laboratory of the U.S. Department of Energy © Leefmilieu Brussel
Oriëntatie en helling
Op onze breedtegraad is de ideale oriëntatie pal op het zuiden, met een hellingshoek van 35°. Men kan het onderstaande schema, dat de correctiefactoren (FC) toont die op het rendement van de panelen moeten worden toegepast, zonder aanwezigheid van schaduw, gebruiken om voor elke combinatie van oriëntatie en helling het verlies van rendement tegenover de ideale situatie te bepalen.
Rondom het punt dat met de ideale situatie overeenkomt, zien we een vrij grote zone waarin de bestraling niet te sterk door de oriëntatie en de helling wordt beïnvloed: van westelijk/zuidwestelijk tot oostelijk/zuidoostelijk en met hellingshoeken tussen 10° en 55° blijft het energieverlies onder de 10% op jaarbasis. Dit wordt verklaard door het grote belang van de diffuse straling op onze breedtegraad: in België ontvangen we ongeveer 60% van de zonne-energie in de vorm van diffuse straling. Merk ook op dat het rendement onmiddellijk met 30% daalt voor naar het zuiden georiënteerde verticaal geplaatste panelen.
Relatieve straling in Brussel volgens de helling en de oriëntatie (correctiefactoren in %)
Schaduw
Impact van de schaduw
Schaduw op één enkele fotovoltaïsche cel kan de werking van het geheel van de fotovoltaïsche module verstoren.
Onderstaand schema toont voor een paneel bestaande uit 3 parallelle rijen, waarbij elk van de rijen bestaat uit 9 serieel geschakelde cellen, de impact die gedeeltelijke schaduw (grijs weergegeven cellen) kan hebben op de totale productie van ditzelfde paneel.
De impact van eenzelfde schaduw zal echter naargelang de gebruikte technologie groter of kleiner zijn. Kristallijne fotovoltaïsche cellen hebben namelijk een veel grotere daling van het rendement dan amorfe fotovoltaïsche cellen, die veeleer met diffuus licht werken en dus minder afhankelijk zijn van de invalshoek van het zonlicht. Terwijl kristallijne cellen 90% van hun efficiëntie verliezen, is dat voor amorfe cellen slechts 30%.
Schaduw in de stedelijke omgeving
In de stedelijke context vinden we potentiële obstakels die schaduw kunnen afwerpen:
- Naburige gebouwen
- Plantengroei
- Gebouwtechnieken (schoorstenen, ventilatiemonden...)
- Overige (palen, borstweringen...)
Men mag ook niet vergeten dat sommige obstakels in bepaalde delen van het jaar schaduw kunnen veroorzaken en in andere delen niet. In dezelfde zin kan plantengroei opschieten en na enkele jaren schaduw afwerpen. Veel zones zijn bijgevolg niet geschikt voor fotovoltaïsche installaties of vereisen een ontwerp dat rekening houdt met het risico van schaduw.
Schaduw op panelen
Bij een plaatsing op een plat dak moet men ook rekening houden met de schaduw die de eerste rijen panelen op de volgende rijen werpen.
Impact van de schaduw op het ontwerp
Om te grote verliezen op kristallijne panelen te vermijden, zijn ze intern onderverdeeld in een aantal reeksen cellen (vaak drie). Deze reeksen zijn met een by-passdiode uitgerust, zodat elke reeks onafhankelijk kan werken. Een reeks die (geheel of gedeeltelijk)= in de schaduw valt, zal dus niet beletten dat de andere, niet beschaduwde, reeksen elektriciteit produceren. De fabrikanten gebruiken bovendien diverse kunstgrepen, zowel bij de fabricage van de collectoren als voor de wijze waarop ze die onderling en met de ondulator verbinden, om het verlies als gevolg van schaduw te beperken en het effect van serieel geschakelde cellen te minimaliseren. Deze verbeteringen helpen ook oververhitting en dus brandrisico tegen te gaan.
De ontwerpers van fotovoltaïsche installaties moeten erop toezien dat de potentieel door eenzelfde schaduw beïnvloede panelen op dezelfde serie worden aangesloten. De eventuele beschaduwde panelen zullen dan een kleinere negatieve impact op de niet-beschaduwde panelen hebben.
Er bestaan ook technologieën voor een beter beheer van de schaduw: multistring omvormer, micro-omvormer, vermogensoptimalisator...
Door de cellen bereikte temperatuur
Hoe hoger de temperatuur van de fotovoltaïsche cellen, hoe lager hun rendement.
Men moet dus een goede verluchting onder de panelen voorzien. Als de installatie aan de wind blootgesteld is, zal de koeling beter zijn. Dat geldt ook wanneer de installatie boven een groendak wordt geplaatst, aangezien het dak de verwarming van de cellen zal doen afnemen.
Naargelang de technologie is de impact van de temperatuur groter of kleiner: fotovoltaïsche cellen met dunne-filmlaag zijn minder gevoelig voor warmte dan cellen van kristallijn silicium.
In het algemeen variëren de verliezen als gevolg van de temperatuur van de modules van 0,3 tot 0,5% verlies per graad boven 25°C. Deze verliezen worden vermeld in de technische fiches van de fotovoltaïsche modules.
Draagvermogen van het dak
Daken worden gekenmerkt door een gegeven draagvermogen, namelijk hun vermogen om hun eigen gewicht, het gewicht van de sneeuw enz. te dragen. Wanneer men zonnepanelen installeert, is het belangrijk dat men hiermee rekening houdt.
In de praktijk doet het probleem van het draagvermogen zich meestal in de volgende gevallen voor:
- verouderde constructies;
- lichte constructies;
daken met:
- grote traveeën;
- zware lasten die aan het plafond hangen of op het dak geïnstalleerd zijn.
In de andere gevallen: kleinschalige projecten (eengezinswoning), nieuwbouw, doet men meestal alleen bij twijfel een beroep op een stabiliteitsingenieur.
In het algemeen kan men op een dak met een draagvermogen van:
- meer dan 30 kg/m² om het even welke type paneel installeren.
- minder dan 30 kg/m² nog altijd fotovoltaïsche panelen installeren, maar moet men overwegen ze in een hoek van maximaal 15° te plaatsen en ze onderling te verbinden. Dit zal de windweerstand verkleinen en de verankering verbeteren, zodat men minder zware ballast moet gebruiken. Ter informatie, de bijkomende ballast voor amorfe fotovoltaïsche cellen in dakplaten is beperkt tot 4 kg/m².
Vermogenstolerantie
Het productiepotentieel hangt af van het vermogen, waarbij altijd een verschil (tolerantie) bestaat tussen het effectieve en het theoretische vermogen van de panelen. Dit in Wp of percentage uitgedrukte verschil wordt in de fabriek met een 'slash test' gemeten en in de technische fiches van de panelen vermeld.
Vermogenstoleranties kunnen positief en/of negatief zijn. In het geval van een negatieve tolerantie is het mogelijk dat de panelen een lager dan het in de technische fiche vermelde vermogen hebben. Voor een positieve tolerantie geldt het omgekeerde.
Als algemene regel zijn kleine vermogenstoleranties verkieslijk.
