Zonnepanelen met 80 Ampere aansluiting

[Onder review : nog niet alle cijfers zijn door derden gecontroleerd]

Inleiding

De holy grail van het zonnepanelen-leggen in teamverband: de postcoderoos. In Nederland mag je als collectief een groot dak in je omgeving vol leggen met zonnepanelen en dan de opgewekte energie virtueel verdelen onder de deelnemers. Die mogen dan de energie salderen met de energie die ze thuis gebruikt hebben. Vanuit duurzaamheidsoptiek zeer toe te juichen want niet iedereen heeft een geschikt dak en niet elke installatie wordt even efficiënt aangelegd. Dus het is heel mooi als sporthallen en supermarkten vol gelegd kunnen worden door collectieven.

80 Ampere

De meest voorkomende horde/beperking is de hoofdaansluiting van het pand waar de panelen op gelegd gaan worden. Heel vaak is dit een 80 Ampere 400 volt (3-fasen) aansluiting. Deze kost €1800 per jaar aan vastrecht. Daarboven komen de zakelijke aansluitingen en alleen al de kabel laten verzwaren kan je 10.000’den euro’s kosten. Het is dus zaak om de aansluitwaarde onder de 80A x 3 x 240 V = 57 Kilowatt te houden. 57 kilowatt gedeeld door 260 WattPiek van een normaal zonnepaneel levert 220 zonnepanelen. Dat is ongeveer de schaal van een straat, 14 gezinnen met ieder 15 panelen. Het is dus heel erg interessant om te kijken hoe je zo veel mogelijk panelen op zo’n supermarkt of sporthal krijgt, want elke 15 panelen meer is 1 extra deelnemer meer.

Dakoppervlak, daklast en windbelasting 

Als we een geschikt dak gevonden hebben moeten we met de constructeur om tafel om te kijken hoeveel extra daklast er op het dak mag. In de praktijk is zo’n dak berekend op een pak sneeuw waar het op gaat regenen, maar soms is het echt kiele kiele. Maar we gaan er even van uit dat de zonnepanelen er op mogen. Dan moeten we gaan kijken hoeveel ballast er bij moet om de panelen bij storm op hun plek te houden. Dit zou best vaak een spelbreker kunnen zijn als je de panelen op het zuiden wilt richten onder een hoek van 35 graden, de richting waarin een individueel paneel het meeste rendement levert.

Tompoes! Verzin een list

Nu gaan we wiskunde, natuurkunde en economie op een hoop gooien en toveren.

Een paneel dat je onder 35 graden op het zuiden richt werpt in Nederland een schaduw die even lang is als de lengte van het paneel. In die schaduw kan je geen paneel plaatsen. Je verliest dus zomaar de helft van het dakoppervlak aan schaduw als je de panelen individueel wilt optimaliseren. Bovendien moet je een enorme massa ballast plaatsen, iets waar de constructeur niet in mee gaat.

Eerst de natuurkunde: Als we de panelen oost-west tegen elkaar aanleggen onder een hoek van 12 graden dan vangen de panelen (wegens diffuus, door wolken verstrooid licht) 90% van het licht op jaarbasis dat het paneel dat op het zuiden gericht was!

En je hoeft geen ballast meer te plaatsen omdat de wind niet onder de panelen kan komen, alleen een beetje op de hoeken, waar het dak toch al sterk was.

Nu de wiskunde:

Op een voorbeeld-dak van 16 bij 16 meter passen  80 zonnepanelen die naar het zuiden kijken. Deze wekken 80 panelen  * 260 WattPiek = 20,8kWh op (ik reken even 1 op 1).

Leggen we op datzelfde dak de panelen oost-west dan passen er opeens 160 panelen die 90% opwekken van de zuidgericht panelen. Dit is 90% x 160 x 260 = 37,4 kWh op. 80% meer!

Het zal duidelijk zijn dat de econoom daar een mooi rapportje over zal schrijven 🙂

 

Jaaropbrengst versus piekproductie

We zijn nog niet klaar met de wiskunde! Want laten we eens kijken naar HOE de stroom opgewekt wordt in de loop van een dag (in rood het vermogen van het systeem)

 

Screen Shot 2016-01-29 at 13.53.49

Een op het zuiden gericht paneel onder 35 graden haalt in Nederland op 21 juni rond 13:00 bij onbewolkt weer zijn maximale output. (eigenlijk in mei als het een dag lekker koud en zonnig is, maar dat terzijde). Alle andere dagen van het jaar levert het paneel minder omdat de zon minder hoog staat. Dus ons virtuele zuidgerichte zonnesysteem zou op 21 juni maximaal 57 kilowatt mogen leveren. Anders klapt de hoofdzekering er uit en dat is DUURRRRR. De grens lag daarom op 220 panelen….vanwege de piek van 21 juni 13:00.

Screen Shot 2016-01-29 at 00.20.00Als we nu onze panelen eens oost west leggen dan pieken die panelen in het oosten om 9:45 en de panelen op het oosten on 16:30. De som van de pieken ligt, tadaaaaa, ook op 13:00 maar is maar 1/3 hoger dan de individuele piek van oost of west. De oost piek was ECHTER maar 90% van de zuidpiek hadden we al gezien. Dus piekt het oost-west systeem van 57 kW op, reken even mee: (57 kilowatt / 2) * 90% * 1,33 = 34 kilowatt!!! Je kan omgerekend dus 57/34 meer panelen neerleggen en toch binnen de 80 Ampere blijven.

57/34 = 67% meer neerleggen bij oost-west dan zuidgericht bij 80 ampere-limiet.

Je kan dus 95 KilowattPiek op het dak leggen en nog steeds veilig zitten met die 80 Ampere,  Dat zijn 365 panelen oftewel 24 gezinnen. Dat schiet op.

We hebben nog een paar azen voordat we het oost-west spelletje gespeeld hebben.

  1. Eigen verbruik van de dakleverancier
  2. Aftoppen en weggooien pieklast
  3. Opslag piek kilowatturen

Als we het rode probleempiekje (ongeveer een kwart van het piekvermogen) ouden gebruiken binnen het gebouw op die zonnige 21 juni dan kunnen we zelfs nog meer panelen kwijt. Bij een supermarkt (koeling) zal dat al snel het geval zijn. Daarmee zou je dus nog een kwart meer panelen kunnen leggen.

Daarnaast kan je er ook voor kiezen om het piekje dat opgewekt zou kunnen worden op 21 juni tussen 10:30 en 16:30 niet om te zetten, maar weg te gooien. Op jaarbasis is dat misschien 1% van de stroom die opgewekt zou kunnen worden. Er zijn omvormers die deze laatste twee punten met software en een meetinstrument automatisch kunnen uitvoeren. Die kijken wat de verbruikte stroom is in het gebouw, hoeveel het PV-systeem staat op te wekken, tellen het bij elkaar op en gooien weg wat boven de 80A komt. Super veilig super efficiënt. Daarmee kan je dus 456 panelen kwijt en 95% of meer van de energie winnen die theoretisch door de zon geleverd kon worden.

En zo doen er opeens 30 huishoudens mee in plaats van 14 op dezelfde 80A aansluiting!

Tenslotte zou je die piek kilowatturen ook nog op kunnen slaan en ‘s avonds terug kunnen leveren. Nu zijn de accu’s nog te duur voor een keiharde businesscase maar dat verandert snel.

Samenvatting

Met de oost-west opstelling met optimalisatie draaien we aan twee knoppen:

  • kilowatturen per vierkante meter beschikbaar dak
  • aantal panelen dat je veilig aan kunt sluiten op 80A

Door panelen oost-west neer te leggen, en slim energiebeheer toe te passen kan je op een 80A aansluiting veilig 118 kWp/456 panelen aansluiten en dan gooi je alleen in juni wat kilowatturen weg.

 

Dit stuk heb ik samen geschreven met Nicolaas van Everdingen (@Plushuis). Nicolaas is in de Regio FoodValley (Ede Wageningen) aanjager bij Energiecoöperatie @ValleiEnergie met de missie “De Vallei Fossielvrij!”  Hij loopt in projecten tegen beperkingen op (technisch of juridisch). Met hem zoek ik naar praktische oplossingen.