De noodzaak om over te schakelen op hernieuwbare energiebronnen zoals wind en zon is nog nooit zo urgent geweest. Naarmate de gaskraan langzaam wordt dichtgedraaid, wordt elektriciteit steeds duurder en worden de effecten van het opwarmende klimaat pijnlijk zichtbaar, kopen steeds meer mensen zonnepanelen.

De prestaties van zonnepanelen zijn uitgebreid getest in het laboratorium. Maar leveren deze PV-systemen inderdaad wat ze beloven? Onderzoeker Bin Meng besloot de zonnepanelen in het echt te testen. Hij constateerde dat de prestaties van de geteste PV-systemen gemiddeld 6 procent lager zijn dan verwacht. We hebben met Meng gepraat om erachter te komen wat er aan de hand is.

In Nederland heeft één op de vijf huishoudens al fotovoltaïsche panelen (PV) op hun dak, waardoor dit land een Europese leider is in geïnstalleerde zonne-energiecapaciteit per hoofd van de bevolking.

Voordat mensen besluiten om zonnepanelen op hun dak te installeren, vaak duizenden euro's uitgevend, willen ze weten hoeveel stroom ze zullen opwekken. Een nauwkeurige schatting van het rendement zal hen vertellen hoeveel jaar het zal duren om hun kostbare investeringen terug te verdienen. Correcte voorspellingen zijn ook van belang voor de fabrikanten van de PV-systemen. Ze geven meestal garanties op hun product en willen niet geconfronteerd worden met een veelvoud aan claims van hun klanten.

In de praktijk zijn opbrengstschattingen echter vaak gebaseerd op standaard testomstandigheden die geen rekening houden met de precieze situatie op het terrein. De werkelijke prestaties blijven vaak achter bij wat mensen verwachten, vanwege variaties in zonnestraling, warmte-effecten, vuil, schaduw en degradatie van de module.

Efficiëntie testen op de grond

Om een ​​nauwkeuriger idee te krijgen van de werkelijke PV-efficiëntie, heeft Ph.D. kandidaat Bin Meng van de onderzoeksgroep Building Performance van de faculteit Bouwkunde nam contact op met MorgenWonen, een dochter van het Nederlandse bouwbedrijf VolkerWessels.

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

"Hierdoor kon ik niet alleen het verschil tussen beloofde en werkelijke efficiëntie beoordelen, maar ook achterhalen wat dit verschil precies veroorzaakte", zegt Meng. In totaal keek de onderzoeker naar vijf factoren:locatie, oriëntatie op de zon, seizoensvariaties, helderheid van de lucht en veroudering.

De impact van maskeren

"Het eerste wat ik uit mijn analyse kon zien, is dat de werkelijke prestaties achterblijven bij wat algemeen wordt voorspeld door simulatiemodellen. We hebben zelfs een verschil van 6 procent gevonden met de verwachte prestaties! Dit houdt in dat verkopers van PV-systemen de neiging hebben om de efficiëntie te overschatten van PV-systemen op daken in typisch Nederlandse woongemeenschappen."

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

Om erachter te komen wat er aan de hand was, keek de onderzoeker vervolgens naar de individuele factoren. "We zagen al snel dat standaardschattingen de impact van maskering op de prestaties vaak over het hoofd zien. Dit verwijst naar de hoeveelheid indirect licht die op het PV-systeem valt en hangt af van het deel van de lucht dat zichtbaar is voor de panelen. Zelfs in voorstedelijke gebieden, waar hoogbouw zeldzaam is, heeft het blokkeren van diffuse straling in de lucht de neiging om de PV-efficiëntie aanzienlijk te verminderen."

Simulatiemodellen verbeteren

Dus wat betekenen deze bevindingen voor de potentiële 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 een maand tijdens de hoogzomer. We waren al in staat om de relatieve fout van conventionele PV-simulatiemodellen bijna te halveren, met bijna vijf procentpunten", zegt Meng.

De onderzoeker erkent dat dit voor veel nieuwe kopers wellicht geen praktische oplossing is. Hij hoopt echter dat real-life testen kunnen helpen de huidige simulatiemodellen te verbeteren, zodat toekomstige kopers nauwkeurigere schattingen van het maskeereffect kunnen maken, zonder ze eerst te hoeven installeren.

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

Verouderde systemen

Een andere groep die hiervan kan profiteren, zijn de huidige eigenaren van PV-systemen, zegt Roel Loonen, supervisor van Meng, samen met Jan Hensen.

"Veel mensen hebben de neiging hun panelen te vergeten als ze eenmaal zijn geïnstalleerd. Ze controleren hun app niet regelmatig aan de telefoon en weten niet of en wanneer panelen niet meer werken. Regelmatige controles van deze legacy-systemen, met behulp van goedgekeurde benchmarks, kan help deze gebruikers."

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

Het onderzoek is gepubliceerd in Applied Energy . + Verder verkennen

Kleurrijke zonnepanelen kunnen de technologie aantrekkelijker maken