10.5 Zonne-energie

De zon geeft een enorme hoeveelheid energie af in de vorm van straling. Jaarlijks valt er circa 174.000 TW (terawatt) op de aarde, terwijl ons huidige energieverbruik ongeveer 12,5 TW bedraagt. Over Nederland wordt vaak gedacht dat zonne-energie niet efficiënt is, omdat hier te weinig zon schijnt gedurende het hele jaar. Dit is echter een misvatting. In één jaar ontvangt Nederland een energiehoeveelheid van de zon die gelijk staat aan 500 keer onze jaarlijkse elektriciteitsbehoefte en 60 keer onze jaarlijkse energiebehoefte. De producten die zonne-energie opwekken zijn in te delen in twee hoofdrichtingen. Deze tweedeling berust op het type energie dat wordt opgewekt. Met zonnecollectoren kan men warmte opwekken om bijvoorbeeld water te verwarmen. Met behulp van zonnepanelen kan men zonlicht omzetten in elektriciteit. Het grote verschil zit dus in het benutten van de warmte of het benutten van het licht van de zon. Het opwekken van warmte uit zonne-energie wordt ook wel thermische zonne-energie genoemd. Het opwekken van elektriciteit wordt ook wel het fotovoltaïsche proces genoemd. Als zonnepanelen worden geïntegreerd in gebouwen spreekt men over BIPV (Building Integrated Photovoltaics). Hierbij valt te denken aan het toepassen van zonnepanelen als paneelvulling in kunststof kozijnprofielen.

10.5.1 Zonnepanelen

Een zonnepaneel, ook wel een fotovoltaïsch of PV-paneel genoemd, is een elektrische cel die lichtenergie omzet in bruikbare elektrische energie. Hiertoe wordt een groot aantal fotovoltaïsche cellen op een (glas)paneel gemonteerd. Er zijn diverse celtypen ontwikkeld. In onderstaande tabel 10a is een overzicht gegeven van verschillende celtypen en hun eigenschappen.
Zonnecellen kunnen op twee manieren worden gebruikt: autonoom of netgekoppeld. Autonome systemen bestaan uit zonnecellen, accu’s en een laadregelaar. Als de zon schijnt wordt elektriciteit geproduceerd, die wordt verbruikt door apparaten of wordt opgeslagen in accu’s.
Een netgekoppeld PV-systeem bestaat uit de volgende onderdelen:

• PV-panelen die zonlicht omzetten in elektriciteit (gelijkstroom);
• bekabeling en (bij grotere systemen) koppelkasten voor transport van de elektriciteit;
• omvormer of inverter, een apparaat dat de opgewekte gelijkstroom omzet naar wisselstroom.

Bij netgekoppelde systemen produceren de PV-panelen gelijkstroom, die door een omvormer wordt omgezet in bijvoorbeeld 230 V-wisselstroom. De omvormer is gekoppeld aan de normale elektrische installatie van het gebouw.

Tabel 10a

plaatje 10.5.1.jpg

10.5.1.1 Beschaduwing PV-panelen

PV-panelen worden vaak in serie geschakeld. Dit heeft als voordeel dat kabelverliezen gereduceerd kunnen worden. Een nadeel is dat een string van seriegeschakelde panelen maar zo goed presteert als het slechtste paneel in de serie. Indien een paneel beschaduwd wordt door bijvoorbeeld een tegenoverliggend gebouw, een boom of zelfs een ventilatiepijp, dan kan dit al zorgen voor een sterke verlaging van de energieopbrengst. Er zijn echter oplossingen bedacht om dit probleem tegen te gaan. Bijvoorbeeld het omleiden van de stroom die de niet-beschaduwde panelen leveren of het optimaliseren van de gelijkstroomspanning voor de slechtst producerende cel. Als PV-panelen worden gebruikt dient bij het ontwerp gekeken te worden naar het bestemmingsplan om te achterhalen of er in de toekomst wellicht omringende gebouwen worden gebouwd die zorgen voor hinderlijke schaduw.
Het vermogen (product van de stroomsterkte en de spanning) van een zonnecel is daarnaast afhankelijk van de temperatuur. Hoge celtemperaturen leiden tot een laag vermogen en daardoor tot lagere rendementen. We adviseren om ervoor te zorgen dat de temperatuur van de PV-panelen niet te hoog oploopt, bijvoorbeeld door achter de panelen ruimte te laten voor ventilatie, of door koelvoorzieningen te treffen.

10.5.1.2 Wind- en waterdichtheid PV-panelen

Als PV-panelen als gevelvulling worden gebruikt, moeten ze voldoende wind- en waterdicht zijn. Daarnaast dient er ook rekening mee te worden gehouden dat de bekabeling en de kabeldoorvoeren van de PV-panelen de interne waterhuishouding van het profiel niet verstoren.

10.5.1.3 Omvormerruimte

De omvormer dient te worden geplaatst in een droge en geventileerde ruimte, die goed bereikbaar is voor onderhoud en inspectie. De afmetingen en aantallen van de omvormers zijn afhankelijk van de grootte van het systeem. Omvormers met IP65 kunnen eventueel buiten geplaatst worden, maar ze mogen niet volledig beregend worden.

10.5.1.4 Veiligheid

Bij montage, gebruik en vervanging dient men de veiligheid goed in acht te nemen. Hierbij moet onder andere gelet worden op de elektrotechnische voorschriften en gevaar voor elektrische schok. Maar ook moet men denken aan de veiligheid voor werken op hoogte.

10.5.1.5 Onderhoud en reiniging

Schone panelen leveren meer stroom dan vervuilde panelen. De normale reinigingsfrequenties voor kunststof gevels van één tot drie maal per jaar, afhankelijk van de vervuilingsgraad, is voldoende (zie ook onderdeel 11, Reiniging & onderhoud). Het reinigen moet gebeuren met veel water. Bij het verwijderen van vuil mag geen gebruik worden gemaakt van scherpe middelen.

10.5.1.6 Normen en richtlijnen

Er zijn vele normen en richtlijnen van toepassing bij netgekoppelde PV-installaties. De meest gebruikte normen en richtlijnen met betrekking tot elektrische veiligheid staan hieronder verzameld in een overzicht. Belangrijk om te weten is dat de internationale IEC-norm de basis vormt voor Europese en nationale normen en richtlijnen. In Nederland gelden de volgende normen:

Normen met betrekking tot het paneel:

  • NEN-EN-IEC 61215 Kristallijn silicium fotovoltaische modules voor aardse toepassingen - Ontwerpclassificatie en typegoedkeuring.
  • EN-EN-IEC 61646 Dunne-film fotovoltaïsche (PV) modules voor aardse toepassingen - Ontwerpkwalificatie en typegoedkeuring.
  • NEN-EN-IEC 61730-1 Veiligheidskwalificatie van fotovoltaïsche (PV) modules – Deel 1: Eisen voor constructie.

Normen met betrekking tot de omvormer:

  • NEN-EN-IEC 62109-1 Veiligheid van vermogensomzetters gebruikt in foto-elektrische vermogenssystemen - Deel 1: Algemene eisen

Normen met betrekking tot de interface naar het openbare elektriciteitsnet:

  • NEN 11727 Foto-elektrische systemen - Kenmerken van de gebruiksinterface

Normen met betrekking tot de elektrische installatie:

  • NEN 1010 Veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties
  • NTA 8493 Kleine aan het net gekoppelde fotovoltaïsche systemen
  • NPR-IEC/TS 62257-1 Aanbevelingen voor duurzame energie - Deel 1: Algemene introductie voor gedecentraliseerde elektriciteitsnetten
  • NPR-IEC / TS 62257-7-1 Aanbevelingen voor duurzame energie - Deel 7-1: Generatoren - Fotovoltaïsche generatoren

Integratie van PV dient met zorg te gebeuren. Daarom is het raadzaam om al in een vroeg stadium van het ontwerpproces te overleggen met een PV-specialist voor een optimaal resultaat.

10.5.2 Zonnecollectoren

Bij actieve thermische zonne-energiesystemen wordt de energie van de zon omgezet in warmte in een zonnecollector. In Nederland worden zonnecollectoren vooral gebruikt voor het verwarmen van tapwater. Het systeem van collector en opslag wordt een zonneboiler genoemd. Er zijn diverse zonneboilersystemen op de markt die ieder hun eigen opbouw kennen.
Zonnecollectoren voor ruimteverwarming komen veel minder voor, omdat de behoefte aan ruimteverwarming het grootst is in de wintermaanden en de opbrengst dan relatief laag is. De aandacht voor de combinatie van tapwaterverwarming en ruimteverwarming is wel groeiend.

Een zonneboilersysteem bestaat uit de volgende componenten:

• een collector;
• het voorraadvat;
• de naverwarming (tapwater tot een temperatuur van 60° C);
• het warmte afgiftesysteem (bij ruimteverwarming).

Er zijn tal van systemen beschikbaar. Ieder systeem stelt zijn eigen eisen aan de plaatsing en montage van de collector, het voorraadvat en de leidingen. Integratie van zonnecollectoren dient met zorg te gebeuren. Daarom is het raadzaam om al in een vroeg stadium van het ontwerpproces te overleggen met een specialist/leverancier voor een optimaal resultaat.

10.5.2.1 Beschaduwing zonnecollector

De collectoren dienen niet (te veel) te worden beschaduwd. De schaduw kan veroorzaakt worden door bomen in de omgeving (al aanwezig of nog aan te planten), door omliggende gebouwen of dakopbouwen, zoals technische ruimten.

10.5.2.2 Onderhoud en reiniging

Schone collectoren leveren meer thermische zonne-energie dan vervuilde panelen. De normale reinigingsfrequenties voor kunststof gevels van één tot drie maal per jaar, afhankelijk van de vervuilingsgraad, is voldoende (zie ook onderdeel 11. Reiniging & onderhoud). Het reinigen moet gebeuren met veel water. Bij het verwijderen van vuil mag geen gebruik worden gemaakt van scherpe middelen.

10.5.2.3 Normen en richtlijnen

Voor de installatie van een zonneboilersysteem gelden de volgende normen:

NEN 1010 Veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties
NEN 1006 Algemene voorschriften voor leidingwaterinstallaties
NEN 3215 Binnenriolering - Eisen en bepalingsmethoden

Het systeem kan worden getest door een onafhankelijk testinstituut volgens de norm EN 12976 en de collector volgens de norm EN 12975.