Waarom zonnepanelen niet altijd voldoen aan onze verwachtingen

In Nederland heeft al één op de vijf huishoudens zonnepanelen (PV) op zijn dak liggen. Ons land is daarmee Europees koploper wat betreft geïnstalleerde zonne-energiecapaciteit per hoofd van de bevolking.

Voordat mensen besluiten om zonnepanelen aan te schaffen - een uitgave die al gauw in de duizenden euro’s loopt - willen ze weten hoeveel stroom ze zullen opwekken. Een nauwkeurige schatting van de opbrengst is een goede indicatie hoeveel jaar het zal duren om hun kostbare investering terug te verdienen. Een correcte voorspelling van het rendement is ook van belang voor de fabrikanten van PV-systemen. Zij geven meestal garantie op hun product en willen niet geconfronteerd worden met een stroom aan claims van hun klanten.

In de praktijk zijn opbrengstramingen echter vaak gebaseerd op standaard-testomstandigheden, waarbij geen rekening is gehouden met de precieze situatie ter plekke. De werkelijke prestaties blijven dan ook vaak achter bij de verwachtingen, door variaties in zonnestraling, warmte-effecten, vuil, schaduw en slijtage.

Rendement testen in de praktijk

Om een beter idee te krijgen van het werkelijke rendement van zonnepanelen, nam promovendus Bin Meng van de onderzoeksgroep Building Performance van de faculteit Built Environment contact op met MorgenWonen, een dochter van het Nederlandse bouwbedrijf VolkerWessels.

Morgen Wonen heeft de afgelopen jaren honderden prefab woningen door heel Nederland gebouwd, waarvan een deel is voorzien van zonnepanelen. Omdat zowel de woningen als de panelen gestandaardiseerd zijn, kreeg de onderzoeker een unieke kans om het rendement van 256 identieke residentiële PV-systemen op 19 locaties onder verschillende en gelijke omstandigheden met elkaar te vergelijken.

"Hierdoor kon ik niet alleen het verschil tussen de beloofde en de werkelijke efficiëntie beoordelen, maar ook achterhalen wat precies de oorzaak van dit verschil was", zegt Meng. In totaal keek de onderzoeker naar vijf factoren: locatie, oriëntatie op de zon, seizoensgebonden variaties, helderheid van de hemel en slijtage.

De impact van horizonschaduw

"Het eerste wat ik uit mijn analyse kon opmaken, is dat de werkelijke prestaties achterblijven bij wat doorgaans door simulatiemodellen wordt voorspeld. We vonden maar liefst een verschil van 6 procent met de verwachte prestaties! Dit impliceert dat verkopers van PV-systemen de neiging hebben om de efficiëntie van hun zonnepanelen in typische Nederlandse woonwijken te overschatten."

"Dit is niet alleen slecht nieuws voor de klanten, het kan ook problemen opleveren voor fabrikanten en installateurs, als het niet leveren van verwachte prestaties leidt tot contractbreuk", zegt Meng.

Om erachter te komen wat er aan de hand was, keek de onderzoeker vervolgens naar de afzonderlijke factoren. "We zagen al snel dat standaardschattingen de neiging hebben om de invloed van ‘masking’ op de prestaties over het hoofd te zien. Dit effect, dat ook wel bekend staat als horizonschaduw, heeft betrekking op de hoeveelheid indirect licht die op het PV-systeem valt, en hangt af van de fractie van de hemel die zichtbaar is voor de panelen. Zelfs in buitenwijken, waar niet veel hoogbouw is, kan de blokkering van diffuse straling uit de hemel de PV-efficiëntie danig verminderen."

Betere simulatiemodellen

Wat betekenen deze bevindingen nu voor de toekomstige kopers en verkopers van PV-systemen? Een voor de hand liggende oplossing is om de panelen eerst in het echt te testen, in plaats van alleen te vertrouwen op de schattingen van simulaties in ideale omstandigheden.

"Ik heb gekeken naar de impact van het testen van de panelen gedurende één maand tijdens hoogzomer. Alleen daarmee konden we de relatieve fout van de gebruikelijke simulatiemodellen al bijna halveren, met bijna vijf procentpunt", zegt Meng. 

De onderzoeker erkent dat dit misschien geen praktische oplossing is voor veel nieuwe kopers. Hij hoopt echter dat de tests in de praktijk kunnen helpen om de huidige simulatiemodellen te verbeteren, zodat toekomstige kopers nauwkeuriger schattingen van het masking-effect kunnen maken, zonder de panelen eerst daadwerkelijk te hoeven installeren.

Dit zal ook de fabrikanten helpen, die zeker willen zijn van hun claims. Dit zal deel uitmaken van toekomstig onderzoek.

Oudere systemen

Een andere groep die baat kan hebben bij de tests, zijn de huidige eigenaren van PV-systemen, zegt Roel Loonen, die samen met Jan Hensen Meng begeleidt bij zijn promotie-onderzoek.

"Veel mensen hebben de neiging om hun panelen te vergeten, als ze ze eenmaal hebben geïnstalleerd. Ze verzuimen regelmatig hun app te checken, en zijn zich er niet van bewust of en wanneer panelen niet meer werken. Het doen van regelmatige controles op deze legacy-systemen, met behulp van goedgekeurde benchmarks, zou deze gebruikers kunnen helpen."

"Ze kunnen de gegevens ook gebruiken om te beslissen wanneer ze hun panelen moeten vervangen. De standaardlevensduur van PV-systemen wordt geschat op ongeveer 25 jaar, maar zeker weten we dat niet. Met realtime gegevens over de prestaties kunnen we gebruikers informeren over het optimale moment van vervanging. Niet te laat, maar ook niet te vroeg, gezien de milieu-impact van gebruikte zonnepanelen. Je wil ze natuurlijk gebruiken zolang ze goed werken", zegt Loonen.

Meer informatie

Bin Meng, Roel Loonen, Jan Hensen, Performance variability and implications for yield prediction of rooftop PV systems – Analysis of 246 identical systems, Applied Energy.