Klimapedia EB

PV-systemen

PV systemen (Photo Voltaic cell)

Introductie

De meest bekende vorm van lokale energieopwekking zijn PV-panelen. Door een fysisch proces wordt in de PV-panelen een gelijkstroom opgewekt uit de opvallende zonnestralen. Deze gelijkstroom wordt omgezet naar wisselstroom geschikt voor gebruik van huishoudelijke apparaten door een omvormer. Het geheel aan PV-panelen, omvormer (ISSO kenniskaart 83), bekabeling en eventueel bouwkundige maatregelen wordt een PV-systeem genoemd. Een uitgebreide omschrijving van PV-systemen is te vinden in het Energievademecum, paragraaf 10.2.1. Voorbeeldprojecten met PV-systemen zijn te vinden op de RVO website (246 projecten).

PV-cellen en zonnecollectoren

PV-panelen worden ook wel zonnepanelen genoemd, maar deze term wordt vaak verward met zonnecollector, die in plaats van elektriciteit warmte uit de zonnestraling wint. Een combinatie van PV-panelen en zonnecollectoren heet een PVT paneel (Photo Voltaic and Thermal). Achter de de zonnecellen wordt een koelvloeistof geleid (bijvoorbeeld glycol) die de door de PV-cellen afgegeven warmte opneemt en elders in het gebouw gebruikt of opslaat. Dit heeft een gunstig effect op het rendement van de zonnecellen aangezien het rendement significant afneemt als de temperatuur van de PV-cellen oploopt. Een voorbeeld van een project met PVT panelen is te vinden op de RVO website (1 project).

Opbrengst, zoninstraling en oriëntatie, Wp (WattPiek)

De belangrijkstefactoren die de opbrengst van een PV-systeem bepalen zijn

Het rendement en vermogen van de PV-panelen;

Het rendement van een PV-paneel is van vele factoren afhankelijk, zoals de temperatuur van het paneel en de opvallende straling. Daarom wordt vaak gesproken van het vermogen van een PV-paneel uitgedrukt in wattpiek per m2 [Wp/m2].  Dit is het vermogen wat een PV-paneel levert onder Standaard Test Condities (STC). Dat betekent een instraling van 1.000 W/m² (stralend blauwe hemel in juni) bij een PV-celtemperatuur van 25 ºC. Het totale vermogen [Wp] van de PV-panelen is dan het totale oppervlakte van de PV panelen [m2] *  vermogen per m2 [Wp/m2]

Het rendement van het systeem als geheel

Een compleet PV-systeem heeft in de praktijk een lager rendement dan het (STC) rendement (zie kader) van de PV-panelen van dat systeem. De verhouding hiertussen wordt wel aangeduid met het begrip ‘opbrengstfactor’ of ‘performance ratio (PR). Bij een netgekoppeld systeem ligt deze factor rond 0,85. Het verlies aan rendement wordt veroorzaakt door o.a. verlies bij de omvormer, door reflectie van de zonnestralen en door opwarming van de panelen.

De hoeveelheid opvallende zonnestraling

De uiteindelijke opbrengst van een PV-systeem is natuurlijk sterk afhankelijk van de opvallende zonnestraling. Dit is afhankelijk van de zonuren, zonintensiteit en de oriëntatie van de panelen. Dit is sterk variabel maar er zijn kengetallen bekend van gemiddelde zoninstraling in Nederland per m2 per jaar op de ideale orientatie (36 graden op het zuiden gericht) en voor de overige orientaties is een fractie van die maximale zoninval bekend (zonne-instralingsdiagram, bijlage 7 energievademecum). In Nederland is deze gemiddelde zoninstraling ongeveer 875 kWh/m2 (kentallen?). Hiermee kan een indicatie berekend worden van de opbrengst in een jaar.

Opslag en teruglevering

De opgewekte elektriciteit zal zoveel mogelijk meteen gebruikt worden op locatie van opwekking. De opbrengst en de vraag sluiten in de tijd echter maar zelden op elkaar aan. Bijvoorbeeld omdat als het buiten donker is er kunstverlichting nodig is maar geen opbrengst van elektriciteit want de zon schijnt immers niet. Opslag van electriciteit is echter zeer kostbaar en belastend voor het milieu en bovendien kost het veel ruimte en er bestaat altijd een risico op ontbranding van de batterijen. Er is wettelijk vastgelegd dat huishoudens en andere kleinverbruikers die op kleine schaal zonnestroom opwekken, kunnen ‘salderen’. Dit betekent dat aan het net (terug)geleverde elektriciteit verrekend wordt met verbruikte elektriciteit voor dezelfde prijs. Meer informatie hierover is te vinden op de website van het RVO.

NOM (19 projecten)

In Nederland is een speciale term voor een woning waarin net zoveel duurzame energie wordt opgewekt als verbruikt een NOM woning, oftewel Nul-op-de-meter (RVO). In het Engels wordt dit onder andere Net-Zero-Energy Building (NZEB) genoemd.

Uitvoering en kosten

Integratie in ontwerp

Er zijn inmiddels heel veel verschillende soorten PV panelen beschikbaar die goed geïntegreerd kunnen worden in het gebouw zonder afbreuk te doen aan het ontwerp en dit soms zelfs kunnen versterken. RVO heeft een rapport gepubliceerd ter inspiratie voor bestaande bouw (Inventarisatie esthetische inpassing zonnepanelen). PV-panelen kunnen worden geïntegreerd worden in;

  • Daken;
  • Gevels;
  • Serres, atria.

Aandachtspunten bij uitvoering

Om een PV-systeem efficiënt toe te kunnen passen zijn er een aantal voorwaarden en aandachtspunten te vinden zijn in het energievademecum (paragraaf 10.2.1). De belangrijkste zijn:

  • Orientatie en hellingshoek (zonne-instralingsdiagram, bijlage 7 energievademecum)
  • Ventilatie van de PV-panelen of plaatsing op een vegetatiedak zorgt voor koeling van de PV cellen en daardoor een verbeterd rendement
  • Voorkom beschaduwing onderling en andere (bouwkundige) onderdelen
  • Bescherming van alle onderdelen van weersinvloeden (vocht, UV-straling op bekabeling, opwarming omvormer)
  • Monitoring voor controle en gebruik
  • Voorkom geluidsoverdracht tussen woningen via panelen en kabeldoorvoeren.

Kosten en subsidies

De kosten voor PV-systemen zijn de laatste jaren enorm gedaald. Anno 2017 bedragen deze €1,00 tot € 1,50 per Wp ofwel € 100,- tot € 150,- per m², afhankelijk van het type PV, inclusief BTW en montage en exclusief subsidies. Mits goed ontworpen zijn de kosten per kWh opgewekt door PV, zijn nu voor een particulier lager dan de kosten voor een kWh die hij moet betalen aan het energiebedrijf. De terugverdientijd van de investeringen kunnen nog wel lang zijn (20-30 jaar). Door verschillende subsidies kan deze terugverdientijd sterk gereduceerd worden. Een landelijke subsidie voor zonnepanelen bestaat er niet meer maar verschillende gemeentes hebben verschillende subsidies voor duurzaam bouwen en soms speciaal voor PV-systemen. Het RVO heeft een energiesubsidiewijzer waarin naar actuele subsidies kunnen worden gezocht op woonplaats.