Mijn zonnestroom installatie is met 21.92 kWp een redelijk omvangrijke installatie. De installatie is vanaf 2008 telkens uitgebreid en telt inmiddels 96 zonnepanelen. Zowel nieuwe 310 Wp panelen als oudere 170 Wp panelen zitten in de configuratie. En de panelen hebben allemaal verschillende oriëntaties en azimut. Dat maakt het leuk om er eens een uitgebreide analyse op los te maken. Hoeveel energie hebben de zonnepanelen opgeleverd en kun je oude PV panelen op het noorden richten in plaats van deze weg te gooien of te recyclen?

In april 2020 heb ik de installatie grondig verbouwd en uitgebreid. De 5 string omvormers zijn vervangen door 2 SolarEdge omvormers met Power Optimizers. Ik vond het noodzakelijk om het systeem eenvoudig, robuust, veilig en goed meetbaar te maken en heb daarom gekozen voor de SolarEdge techniek. De analyse die ik heb gemaakt betreft 1 jaar van 1 juli 2020 tot 1 juli 2021.

Hoeveel energie leveren die zonnepanelen in 1 jaar?

Omvormer 1 omvat 2 strings. De noord-noordoost georiënteerde string bestaat uit 2 velden. Het westelijke gelegen deel zijn 20 stuks 170 Wp Sharp panelen (per 2 op 1 optimizer), het oostelijk gelegen deel zijn 26 stuks 195 Wp Sharp panelen (per 2 op 1 optimizer). De zuid-zuidwestelijke georiënteerde string bestaat uit 32 JA-Solar 310 Wp panelen met elk een eigen optimizer. De panelen liggen op een 35° graden pannendak.

Omvormer 2 omvat 1 string van totaal 11 optimizers. Met uitzondering van de 4 panelen die west-noordwest zijn georiënteerd (270 Wp Canadian Solar) op 10° schuin pannendak, zijn er telkens 2 Solar Frontier CS170 Wp panelen op 1 optimizer aangesloten op een 50° schuin pannendak. De 2 panelen die noord-noordoost zijn georiënteerd zijn 2 stuks Yingli Panda 205 Wp panelen. Er kan dus niet op individueel paneel niveau worden gemeten.

Uitgesplitst per string en per maand zijn dit de opbrengsten:

In grafiek ziet dat er zo uit:

Leuker is het om dan de verhoudingen weer te geven tussen de verschillende strings.

Uit de opbrengst verhouding blijkt dat de zonnepanelen op ons tuinhuis (Inv2) verhoudingsgewijs evenveel energie leveren als de 2 strings opgeteld van de hoofdwoning (Str1.1+1.2). Het onderlinge verschil tussen de 2 strings van de hoofdwoning is gedurende de wintermaanden echter wel significant. De verklaring hiervoor zit in een sterk verminderde opbrengst doordat de noordelijk gelegen panelen in de wintermaanden niet meer direct beschenen worden (<35 ° invalhoek).

Wat is de theoretische opbrengst per paneel?

Hoeveel energie weten wij nu te oogsten in verhouding tot het nominale vermogen (Wp) van het paneel? Ofwel hoeveel wekt een zonnepaneel op aan elektrische energie (kWh) per jaar? Deze vraag kan op twee manieren worden beantwoord: we kunnen het berekenen met formules en we kunnen het vanuit de monitoring in kaart brengen.

De website van Siderea is een goede bron om de formules te bepalen. Een veelgebruikte formule is Opbrengst (kWh) = straling op de zonnepanelen (kWh/m2) x piekvermogen (kWp) x Performance Ratio. De straling is afhankelijk van de plek op de aardbol. De Performance Ratio is van veel factoren afhankelijk zoals hellingshoek, oriëntatie tov het zuiden en nog enkele technische factoren die de opwek in het paneel beïnvloeden. Dit maakt deze formule dus complex. Ik heb hier een tijd op gestoeid maar het is mij niet goed gelukt om eenduidige cijfers te vinden die in de formule moeten passen.

Vuistregel om jaaropbrengst te berekenen

Meestal wordt (werd) er in Nederland gerekend met een vuistregel die werkt met een factor: 0,85 x Wp-paneel. Dus een 310Wp paneel wekt dan 310×0,85= 263,5kWh per jaar op. Inmiddels is die factor al verhoogd naar 0,9 en met een goed geïnstalleerd systeem kun je (zeker in mijn regio in Noord-Holland) rekenen met een factor 1. Dus een 310Wp paneel wekt dan ongeveer 310kWh op in een jaar. Het is maar een vuistregel. Ter illustratie, het aantal zonuren in mijn regio lag in het gemeten kalenderjaar op 1964 terwijl de norm 1754 is. Een overschrijding van maar liefst 12%. Ook de instraling per m2 was in 2020 veel hoger dan gemiddeld, 1.166 W/m2 ipv 1.107W/m2, een stijging van 5,3% die vooral werd veroorzaakt door minder vliegtuigbewegingen als gevolg van Corona. Je kunt je voorstellen dat die vuistregel daarmee ruim wordt overtroffen en dat zonnepanelen in de praktijk veel meer opleveren dan doorgaans wordt berekend.

Uit de data die ik van vele installaties bijhoud, blijkt dat ook. De installaties die op een ideale hoek van 30-35° zuidwaarts zijn georiënteerd, halen een 7-12% hogere opbrengst dan vooraf berekend.

Als ik het instralingsdiagram van Siderea volg, kom ik voor mijn zuid-zuidwestelijke georiënteerde panelen (35°) op een instraling van 1007×35°(111%)= 1.107 W/m2 instraling (De Bilt).

De complexiteit van formules

De panelen hebben een STC-vermogen van 310Wp met een module efficiëntie van 18,8% bij een instraling van 1.000 W/m2. Het oppervlak van elk paneel is 1,65m2. Met deze getallen kun je dus berekenen hoeveel energie een zonnepaneel kan opwekken.

1.107*1,65*18,8% = 343,39 Wp. En met de door de Bilt genoteerde instraling zou dat zelfs 1.166*1,65*18,8% = 361,69 Wp zijn. De panelen kunnen dus veel meer energie leveren dan de Wp uit de specificaties. Ter vergelijk; de totale opwek van 10.816 kWh van de nieuwe 310Wp panelen in de meetperiode, gedeeld door het aantal panelen (32) = 338 kWh/paneel/jaar. Dat gaat dus ruim voorbij aan de vuistregel (1 Wp = 1 kWh/jaar) en maakt een factor 1,09!

De hierboven berekende Wp getallen zijn haalbaar bij volle zon. In juni is het aantal volle zonuren gemiddeld 5, in december 0,5. In Noord-Holland was het aantal volle zonuren gemiddeld 1088 over de meetperiode van 1 jaar. Naast volle zonuren wordt ook het aantal normale zonuren gemeten, dus hoeveel uren heeft de zon totaal geschenen in een jaar. Voor mijn regio ligt dat voor de meetperiode ongeveer op 1880. Je kunt de jaaropbrengst delen door deze getallen en deze gebruiken als vergelijking voor andere toekomstige jaren. Dus 10.816 kWh / 1.088 h = 9,94 kW volle zon en 10.816 kWh / 1880 h = 5,75 kWh bij normale zonuren.

Maar rekenen met uren is weer afhankelijk van de oriëntatie van de panelen. Panelen op het zuiden gericht staan meer uren in de zon dan panelen die een noordelijke oriëntatie hebben. En hetzelfde geldt voor de hoek waaronder ze zijn gemonteerd op het dak of aan de muur. Dat blijkt ook uit het instralingsdiagram. De 12 jaar oude Sharp panelen die ik op het NNO heb geplaatst, zullen een instraling hebben van 70%. Dat geeft dan 1.007W/m2 * 70% * 1,3m2 * 13% module efficiency = 119 Wp. De opbrengst was 2.438 kWh / 20 = 122 kWh/paneel. Een factor 1.02

Wat is het effect van veroudering en kun je dat meetbaar maken?

Welke berekening je ook probeert te maken, er zijn gewoon te veel factoren waarmee je rekening dient te houden. Eigenlijk zit dat ook verwerkt in die eerder PR (Performance Ratio) factor. Voor de Sharp panelen is destijds afgegeven dat de opbrengst jaarlijks met 1% zal afnemen. Dus simpel gesteld zou het 170 Wp paneel nu nog een opbrengst van 170Wp-12% = 150Wp moet opbrengen bij een zuidelijke oriëntatie. En zouden we de vuistregels toepassen waarbij een noordelijk dak een 65% rendement behaald ten opzichte van een optimale zuidligging, dan zou de opbrengst 170Wp * 65% = 111 Wp zijn. Met een factor 1.02 komt je dan op 113 kWh/jaar/paneel terwijl ik op 122 kWh kom. Met al die factoren is het dus lastig rekenen.

En hoeveel kWh werd er dan in de praktijk geleverd?

Hoeveel energie leveren die zonnepanelen? Om die vraag te beantwoorden gebruik ik de rapportage van de SolarEdge omvormers die netjes per Optimizer kunnen laten zien wat de opbrengst is, tot op paneel niveau aan toe.

Conclusies

• De factor voor de zuid-zuidwest georienteerde panelen is hoger dan 1.1
• De factor voor de noord-noordoost georienteerde panelen is 0,72 resp 0,68. Dat zou je kunnen verwachten met nieuwe panelen. Maar zelfs de 12 jaar oude panelen doen het nog meer dan uitstekend. Vermoedelijk is de degeneratie veel lager dan de opgegeven 1% per jaar.
• Wat mij betreft is dit een tip voor iedereen: vervang je oude panelen door nieuwe en leg de oude panelen aan de andere kant van je huis. Ze kunnen nog heel lang mee.
• De factor voor de zuid-zuidwest georienteerde CIS dunnefilm panelen is lager. Maar hier zit ook een beperkte schaduwwerking in. En de panelen staan onder een steilere hoek (50°). Dus verklaarbaar dat de factor 1.0 is. De overige panelen kunnen niet als referentie dienen, hooguit voor eigen gebruik om van jaar tot jaar te controleren. Bij de 4 westelijke gerichte panelen is onlangs fors snoeiwerk aan de bomen gedaan. Dat zullen we volgend jaar wel merken.