Zonnepaneel opstellingen
Er zijn verschillende methoden om de opbrengst en / of het rendement van een PV zonnepanelen installatie te verhogen. Zoals:
- Optimaliseren van het gebruik van de beschikbare oppervlakte
- Gebruik maken van een zon-volg systeem
- Het vermijden van obstructieverliezen / schaduwval
Optimaliseren van het gebruik van de beschikbare oppervlakte
Een gekozen opstelling moet maximaal bijdragen aan de beoogde opbrengst en / of het beoogde rendement. Er is niet altijd de mogelijkheid om voor een afwijkende opstelling te gaan. In het geval van een schuin dak van een woning biedt het legplan vaak niet veel variatie.
Wanneer er meer ruimte is zijn er echter verschillende opstellingen mogelijk. En elke variant heeft een eigen prijskaartje. Welke variant de beste optie is, is dan ook niet te zeggen zonder de wensen en kostenconsequenties te kennen. Daarom in deze geen sluitende adviezen maar een opsomming van opties:
- Portrait of landscape: Panelen kunnen in lengterichting of in de breedte worden geplaatst. Bij polykristallijne panelen is de keuze voor portrait en landscape beperkt van belang. Kristallijne pv-panelen zijn opgebouwd uit rijen zonnecellen, zogeheten substrings. Bij rechthoekige zonnepanelen is er vaak sprake van 3 of 4 substrings die over de lengte van het paneel zijn verdeeld. Wanneer een substring schaduw ondervindt en hierdoor de opbrengst van het paneel nadelig beinvloed zal de substring worden gebypassed. Het kan dus uitmaken of een polykristallijn paneel in portrait of landscape wordt geplaats. De inverter kan ook een belangrijke rol hebben in schaduwmanagement. Zie daarvoor 'De solar inverter'. PV zonnepanelen op basis van dunne film worden bij voorkeur in lengterichting geplaatst in verband met de wijze waarop het electrisch circuit is aangebracht. De opbrengstvermindering door schaduw wordt dan maximaal beperkt.
- Noord-zuid: Bij een plat dak gericht op het zuiden wordt vaak een noord-zuid opstelling gerealiseerd. Dit is een opstelling waarbij de zonnepanelen in rijen gericht zijn op het zuiden (tussen zw en zo). Bij een noord-zuid opstelling kan niet alle oppervlakte gebruikt worden voor zonnepanelen. Tenzij deze volledig vlak worden geplaatst. De eventueel zelfs geringe hellingshoek waaronder de panelen in de regel worden geplaatst leidt tot schaduwval achter de rij zonnepanelen. Er is dan ook een standaard regel voor de minimale afstand tussen rijen zonnepanelen wanneer er gekozen wordt voor een volledig schaduwvrije opstelling: De afstand tussen de rijen panelen is twee keer de hoogte van de voorgaande rij.
- Richtingsonafhankelijk / symmetrisch: Wanneer de wens bestaat een (dak) oppervlakte volledig te benutten is een symmetrische opstelling, ook wel bekend als oost-west opstelling een uitstekende optie. De zonnepanelen worden nek aan nek geplaatst waarbij één paneel bijvoorbeeld op het westen en één paneel op het oosten is gericht. Maar een combinatie zo en nw is ook te maken. Een PV zonnepaneel gericht op het westen of oosten heeft tot een hellingshoek van 30º nog altijd 90% instralingsrendement. De technologie wordt ook steeds beter wat resulteert in hogere opbrengsten bij schuine instralingen Met dit gegeven in het achterhoofd is een oost-west opstelling een voor de hand liggende keuze om te komen tot een hoge opbrengstverhoging per m2.
- Schans: Bij gebruik van een schans worden meer zonnepanelen boven elkaar geplaatst. Met een schans opstelling kan een (optimale) hellingshoek worden nagebouwd. Schansen worden onder meer op kleinere platte daken toegepast. Met een schans wordt als het ware het beschikbare oppervlakte vergroot waardoor er meer panelen kunnen worden geplaatst. Schansopstellingen worden ook gebruikt voor grootschalige installaties. Al dan niet in combinatie met een oost-west zon-volgsysteem. Door gebruik te maken van schansen is minder grondwerk en zijn er minder bevestigingsmaterialen nodig.
- Sokkel of mast: Zonnepanelen op een sokkel hebben meestal een zon-volg systeem voor opbrengst optimalisatie. Er zijn kleine sokkels voor een aantal zonnepanelen maar ook grote sokkels waarop tientallen panelen in een optimale schikking zijn gemonteerd.
- Vlak: Niet alle zonnepanelen worden onder een hellingshoek geplaatst. Panelen kunnen ook vlak geplaatst worden. Dit lijkt logisch in gebieden waarbij de zon voornamelijk hoog aan de hemel staat maar deze opstellingen worden ook in Nederland (beperkt) toegepast. Wanneer er semi-of hoogtransparante zonnepanelen worden toegepast in combinatie met een reflecterende ondergrond wordt weerkaatste zonnestraling opnieuw door de zonnepanelen geleid. Dit zou het rendement moeten verhogen.
Notabene:
- Er zijn verschillende montagesystemen voor zonnepanelen op platte daken. Er zijn kant en klare modules waarbij zonnepaneel en montage één geheel zijn. Het opbouwen van een dergelijke installatie gaat snel en eenvoudig.
- De hellingshoek voor bevestigingssystemen van zonnepanelen op platte daken is meestal beperkt tot 30º. Nogmaals, hoe groter de hellingshoek des te minder panelen er kunnen worden geplaatst in verband met schaduwval. Het nadeel van een zeer geringe hellingshoek is het beperkt zelfreinigend vermogen van de zonnepanelen. Hoe vlakker het paneel ligt des te eerder het paneel vervuilt. Iets vaker de panelen reinigen dus, zeker wanneer er veel begroeing in de omgeving staat.
Zonnepaneel opstellingen op platte daken of vrijstaand hebben een aantal (mogelijke) voordelen:
- Bereikbaarheid. De installatie van de zonnepanelen is eenvoudiger en minder gevaarlijk. Dit geldt ook voor toegang tijdens onderhoud.
- Schoonmaken: Zonnepanelen op platte daken zijn meestal beter bereikbaar en dus eenvoudiger te reinigen.
- Een voordeel van een paneelopstelling op een plat dak of vrijstaand is de mogelijkheid voor de wind om voor ventilatie te zorgen. Fabrikanten van montagesystemen houden hier rekening mee in hun ontwerpen. Naast een goede airflow ten behoeve van koeling wordt ook gekeken naar het beperken van lift en het creeren van neerwaarste winddruk zodat de installatie bij harde wind op zijn plaats blijft. Een koeler paneel heeft een hogere opbrengst. Schuine daken kunnen warmer worden maar dit geldt natuurlijk ook voor donkere platte daken. Het oppervlakte onder een zonnepaneel installatie en daarmee de zonnepanelen blijven koeler wanneer er bijvoorbeeld een reflecterende (witte) onderlaag wordt aangebracht of wanneer de panelen bovenop groene vegetatie worden geplaatst.
Het zon-volg systeem
Voor gefixeerde zonnepanelen in Nederland is de optimale hellingshoek ongeveer 36º waarbij de installatie pal op het zuiden moet zijn gericht.
Zonnepanelen die kunnen meebewegen met de stand van de zon hebben een hogere opbrengst dan gefixeerde panelen. Ook is de opbrengst gedurende de dag gelijkmatiger. Ten aanzien van zonnepanelen die met de zon mee kunnen bewegen zijn er drie varianten:
- Zonnepanelen die kunnen meebewegen met de oost-west richting van de zon. De zonnepanelen staan bij zonsopgang gericht op het oosten en draaien mee naar de zonsondergang in het westen. Het resultaat is 10% meer opbrengst in de winter en 40% meer opbrengst in de zomer. Een geautomatiseerd systeem is verantwoordelijk voor de aansturing. Een dergelijk systeem kan zowel op platte als schuine daken (effectief tot een hellingshoek van 50º) worden geinstalleerd. De jaar-meeropbrengst van een dergelijk systeem bedraagt zo'n 20% tot 35%. Wel dient vooraf een nauwkeurige schaduwplanning plaats te vinden.
- Een 2e variant zijn zonnepanelen die kunnen meebewegen op de noord-zuid richting van de zon. In de zomer staat de zon hoog aan de hemel. Wanneer de panelen dan vlakker liggen ontvangen ze meer straling. In de winter staat de zon laag aan de hemel, de zonnepanelen moet dan rechter op staan om zoveel mogelijk zonlicht te vangen. Veelal zijn nood-zuid systemen manueel te bedienen. Twee keer per jaar de hellingshoek wijzigen (zomer - winter) levert maximaal 5% extra opbrengst. Vier keer per jaar de hellingshoek wijzigen (voor elk seizoen) levert maximaal 6 % extra op op jaarbasis. Dat is 1% extra op jaarbasis. Dat is niet veel. Maar 1% extra op jaarbasis betekent 2% op twee-seizoensbasis. Een 3500Wp installatie bijvoorbeeld levert in de herfst en lente dan 35kWh extra op. Dat is gemiddeld zo'n 3,5 dag stroom. Een nood-zuid opzet is eigenlijk alleen geschikt voor plaatsing op platte daken omdat de optimale hellingshoek in de zomer in Nederland zo'n 27º dient te bedragen. De meeste schuine daken van woningen zijn een stuk steiler dan 27º en kunnen beter geheel volgelegd worden met panelen. Bij plaatsing op platte daken is een schaduwberekening noodzakelijk. In de winter staan de panelen namelijk behoorlijk rechtop en werpen dan lange schaduwen. Voor gerichte informatie over dit onderwerp in het Engels klik hier.
- De 3e variant combineert beide bewegingen. Dit zijn de zogeheten twee-assige volgsystemen. De jaar-opbrengst van een dergelijk systeem valt al snel zo'n 35% hoger uit.
Wat betreft investering, technische complexiteit en opbrengst lijken zonnepanelen die kunnen meebewegen met de oost-west richting van de zon de beste optie te zijn. Zonnepanelen met zonnevolgsystemen worden bij voorkeur op platte daken of vrijstaand geplaatst. Het nadeel van dergelijke systemen is de verminderde zonnepaneel dichtheid (aantal m2 zonnepaneel gerekend naar beschikbaar oppervlakte).
Onderstaand youtube fimpje toont de werking van een single-axis tracker system van Van der Valk Solar systems:
Voor meer video's van Van der Valk klik deze link naar Valksolar YouTube kanaal.
Geschikte daktypen
In principe is elk dak dat voldoende draagkracht heeft geschikt voor de montage van zonnepanelen. Fabrikanten van zonnepaneel montage systemen hebben voor bijna elke daktype en dakmateriaal een geschikte zonnepaneel montage oplossing. Onderstaande gallery biedt een klein overzicht van systemen in combinatie met verschillende dakmaterialen.
Fabrikanten met een uitgebreid portfolio zijn onder meer Schletter, Esdec en Van der Valk Solar Systems.
Het vermijden van obstructieverliezen
Wanneer de hemelkoepel deels wordt afgeschermd door obstakels (gezien vanuit het paneel) zal de ontvangen straling afnemen. Alles wat boven de horizon uitsteekt en 'gezien' wordt door het paneel vermindert de productie van een zonnepaneel. Denk aan omringende bebouwing, schaduw van bomen, schoorstenen, afvoer- en ontluchtingspijpen, dakkappel(len), dakuitbouw(en), maar ook bevuiling en vogelpoep geven ongewenste schaduw en dus vermogensverlies. Bij de plaatsing van zonnepanelen op een vlakke oppervlakte is het natuurlijk ook van belang dat de panelen (bij voorkeur) niet in elkaars schaduw kunnen komen te staan.
Vergunningseisen
Zonnepanelen aan of op gebouwen mogen doorgaans zonder vergunning geplaatst worden. Om een zonnecollector of zonnepaneel vergunningvrij te mogen plaatsen moet voldaan worden aan de volgende voorwaarden:
- De zonnecollector of het zonnepaneel moet op een dak worden geplaatst
- De zonnecollector of het zonnepaneel moet een geheel vormen met de installatie voor het opslaan van het water respectievelijk het opwekken van elektriciteit. Als dat niet het geval is, dan moet de installatie binnen in het betreffende gebouw worden geplaatst
- Komt de zonnecollector of het zonnepaneel op een schuin dak, dan geldt dat:
- De zonnecollector of het zonnepaneel niet mag uitsteken en dus aan alle kanten binnen het vlak van het dak moet blijven
- De zonnecollector of het zonnepaneel in of direct op het dakvlak moet worden geplaatst
- De hellingshoek van de zonnecollector of het zonnepaneel hetzelfde moet zijn als die van het dakvlak waarop het staat
- Komt de zonnecollector of het zonnepaneel op een plat dak, dan geldt dat de collector of het paneel ten minste net zo ver verwijderd moet blijven van de dakrand als de zonnecollector of het zonnepaneel hoog is.
- Vinden de werkzaamheden plaats aan een monument of in een door het Rijk aangewezen beschermd stads- of dorpsgezicht dan kan in een aantal gevallen toch vergunningvrij gebouwd worden. Neem hiervoor contact op met uw gemeente of doe de online vergunningcheck op www.omgevingsloket.nl
Alleen als voldaan wordt aan alle genoemde voorwaarden mogen de zonnecollector(en) of de zonnepanelen zonder vergunning geplaatst worden. Deze voorwaarden gelden ook als u vergunningvrij iets wilt wijzigen aan een zonnecollector of -paneel. Vergunningvrij bouwen is niet toegestaan op, aan of bij een bouwwerk dat illegaal gebouwd is of gebruikt wordt.
Extra aandachtspunten
Zonnepanelen worden buitenshuis op een plat dak, schuin dak of vrijstaand geplaatst. Er zijn verschillende zaken waarmee rekening gehouden dient te worden. Deze zaken worden door een goede installateur vooraf beoordeeld.
- In het geval van zowel een schuin dak als een plat dak dient de draagkracht van het dak gecontroleerd te worden. Polykristallijn zonnepanelen wegen ongeveer 12 kg per m2 zonder montagemateriaal. Dit is geen hoog extra gewicht voor een dak per m2 maar het gewicht wordt verlegd naar de montage bevestigingspunten. De puntbelasting kan dus beduidend hoger zijn. Er zijn speciale montagesystemen / frames die het gewicht van een zonnepaneel installatie over grotere afstanden kunnen spreiden dan wel kunnen afwentelen op gebouwdelen met een hogere draagkracht, zoals dakbalken en / of wanden.
- Op een plat dak in de regel vaak ballast vereist omdat de bevestigingsframes veelal niet verankerd worden aan het dak. Controleer of het gekozen bevestingsmateriaal ook de rijen onderling koppelt. Dit verbetert de stabiliteit en windbestendigheid
- Leeftijd van de dakbedekking. De leeftijd van de dakbedekking bovenhuids en onderhuids spelen zowel een rol bij platte als schuine daken. Bij montage op een plat, bijvoorbeeld bitumen dak moet er rekening mee gehouden worden dat de zonnepanelen tot wel 40 jaar meegaan. De kans is dus groot dat de panelen er een keer af moeten bij vervanging van het dak. Vraag aan de installateur hier rekening mee te houden. Denk aan het voorkomen van corrosie van bouten en moeren door deze met voldoende smeervet te bevestigen. Ook dient de zonnepaneel installatie eventueel volgens een door de installateur afgegeven procedure veilig te kunnen worden losgekoppeld voor demontage en vice versa hermontage. De kwaliteit van panlatten en tengels op een schuin dak dient eveneens voldoende te zijn voor een goede en veilige montage.
- Veel montagematerialen vereisen het inslijpen van pannen voor een vlakke bevestiging van de dakhaken. De kans dat een pan hierdoor kapot gaat is klein maar zorg in geval van een oud pannendak eventueel voor reserve dakpannen of andersoortige reserve dakdelen.
- Houdt rekening met (toekomstige) schaduwval. Een eigen boom is altijd in te korten, maar dat geldt niet voor een boom op het naburig perceel of de bomen van de gemeente. Houdt hier rekening mee of maak hier eventueel schriftelijke afspraken over.
- Bekabeling. Vanuit de zonnepaneel installatie zullen een aantal kabels worden getrokken naar de inverter, meterkast en naar een aardpunt. Wanneer deze door een dak of muur gaan is het natuurlijk zaak dat de doorgang waterdicht is.
- Aarding. Er kan een potentiaalverschil optreden tussen de zonnepaneel(behuizing) en het dak. Op een hoog dak kan de schok die dit bij mensen teweeg brengt gevaarlijk zijn. De zonnepanelen dienen daarom geaard te worden.
- Kabeldikte. Vraag de installateur de kabeldikte goed af te stemmen op het vermogen van de installatie. Dunne kabels kunnen tot extra vermogensverlies leiden.
- Inverters worden veelal in de buurt van een meterkast geplaatst maar kunnen ook buitenshuis, bij voorkeur onder een afdakje, worden geplaatst. Dit moet een veilige plek zijn.
Onderstaande youtube filmpje toont de installatie van een dakframe op een pannendak:
Voor meer video's van Schletter klik deze link naar het Schletter YouTube kanaal.
