De invloed van ventilatie op het rendement van zonnepanelen

Dries

Depreeuw

Quinten

De Kooning

Zonnepanelen? Het kan ook zonder die afschuwelijke bak op je dak

Zonnepanelen zijn vandaag hot. In zowat elke straat vind je wel een huis waar recent zonnepanelen werden geïnstalleerd. Het is niet enkel goed voor de portemonnee maar vooral voor het milieu gezien deze panelen elektriciteit kunnen produceren uit zonlicht en dat zonder vervuilende restproducten.

De meeste installaties worden nu op een kader enkele centimeters boven de dakpannen geplaatst, de zogenaamde on-top installatie. Heel eenvoudig te plaatsen maar wordt meestal als vrij lelijk ervaren. Daarom werden systemen bedacht waarbij de zonnecellen rechtstreeks op de pannen worden gekleefd. Resultaat: een mooi vlak dak waarbij je in sommige gevallen zelfs niet eens de zonnepanelen zou herkennen. In Frankrijk is het zelfs zo dat je enkel subsidies van de overheid kan krijgen als je kiest voor een dergelijk geïntegreerd systeem.

Waarom wordt dan tot op vandaag nog zo weinig gekozen voor deze mooiere geïntegreerde systemen? In de eerste plaats omdat zo een on-top installatie op zowat ieder type dak geplaatst kan worden terwijl voor een geïntegreerd systeem toch telkens een andere oplossing gezocht moet worden voor ieder verschillend type dakdichting . Daarnaast zouden zonnecellen (flinterdunne plakjes silicium die zorgen voor de energieproductie in een zonnepaneel) in een geïntegreerde toepassing veel minder elektriciteit opwekken. Maar hoeveel precies is nog veelal een discussiepunt: installateurs spreken van een verlies tot 15% terwijl men het in de literatuur meestal bij 3% houdt.

Om dit energieverlies precies te kunnen bepalen, hebben we in samenwerking met Koramic een testdak gebouwd waarop zowel een geïntegreerd als een on-top systeem geïnstalleerd werd. Vervolgens werden een 20-tal sensoren aangesloten die ons alle info gaven die we nodig hadden om een goede vergelijking te kunnen maken: binnen- en buitentemperatuur, temperatuur van de pannen, zonnecellen, onderdak, hoeveelheid zonlicht, windsnelheid en –richting enz. Iedere seconde werd alles automatisch opgemeten en vervolgens bewaard op een soort boordcomputer.

Na 10 maanden hadden we zo maar liefst 400.000.000 getallen ofwel 3 gigabyte aan meetgegevens verzameld. Om de zaak een beetje overzichtelijk te houden, hebben we zelf een computer programma geschreven dat dan alle resultaten mooi in grafieken en tabellen kon presenteren. Uiteindelijk bleek het rendementsverlies tussen beide installaties slechts 2,4% te bedragen, wat zelfs lager bleek dan de 3% die we her en der hadden teruggevonden tijdens onze uitgebreide literatuurstudie.

Naast dit experimentele onderzoek hebben we ook theoretisch onderzocht wat precies aan de oorsprong ligt van dit verlies. Zonnecellen blijken steeds minder energie te produceren naarmate ze warmer worden en dit terwijl ze nu net meer zonlicht nodig hebben om meer elektriciteit op te wekken. Door de holte tussen het dak en de zonnepanelen kunnen de zonnecellen bij een on-top installatie iets sneller afkoelen dan bij een geïntegreerde installatie, waar een dergelijke holte ontbreekt. Dit verklaart dus waarom geïntegreerde systemen iets minder goed presteren.

Toch is het verschil niet zo groot en kunnen andere factoren belangrijker zijn bij de keuze van een nieuwe installatie. Samen met het feit dat zonnepanelen steeds meer gebruikt worden in en rondom het huis leek het ons belangrijk om eens na te gaan welke toepassingen er bestaan. Heel wat, zo bleek: zo is het bijvoorbeeld reeds mogelijk om zonnecellen in je ramen te plaatsen zonder dat het opvalt of je kan een stalen boom met enkele reusachtige bladeren bedekt met zonnepanelen die meedraaien met de zon installeren in je tuin.

Natuurlijk moet je ook niet onbezonnen te werk gaan bij de keuze van je zonnepanelen. Daarom werden in deze masterproef alle factoren toegelicht die een invloed kunnen hebben op de totale productie. Zo kan bijvoorbeeld een klein streepje schaduw van een paal of een schoorsteen er al voor zorgen dat een volledig paneel geen elektriciteit meer zal op wekken!

Zo zie je maar dat zonnepanelen niet altijd lelijk hoeven te zijn en er ook oplossingen bestaan die een mooi geheel kunnen vormen met je huis. Daarenboven zijn deze oplossingen zeker nog rendabel genoeg om hun uitzicht bij de keuze te laten primeren.

Bibliografie

[1] Publicatie door ODE-Vlaanderen VZW, Warmte uit zonlicht, s.l., s.n., 2007, p. 3. [Online beschikbaar]: http://www2.vlaanderen.be/economie/energiesparen/doc/brochure_zonlicht…

[2] Publicatie door ODE-Vlaanderen VZW, Duurzame energie – wegwijzer 2007, s.l., s.n., 2007, p. 3-4. [Online beschikbaar]: http://www.ond.vlaanderen.be/energie/pdf/Brochure%20Duurzame%20Energi e%202007.pdf

[3] http://www.buildingsolar.com/technology.asp geraadpleegd op 13 februari

[4] http://ode.be/index.php?page=elec-uit-zon-markt geraadpleegd op 15 februari

[5] Publicatie door Europese commissie en Joint Research Centre, JAEGER-WALDAU, A., e.a., PV status report 2009, s.l., s.n., 2009. [Online beschikbaar]: http://re.jrc.ec.europa.eu/refsys/

[6] ALSEMA, E., NIEUWLAAR, E., Environmental Aspects of PV Power Systems, Utrecht, s.n., 1997. [Online beschikbaar]: http://www.nrel.gov/PV/thin_film/docs/environmental_aspects_of_PV_po wer_systems_iea_workshop.pdf

[7] KRIEG, B. Stroom uit de zon – Zonnecel-techniek in theorie en praktijk, Beek, Elektuur BV, 1992, p23, pp. 35-35, pp. 53-54 .

[8] http://www1.eere.energy.gov/solar/pdfs/solar_timeline.pdf geraadpleegd op 6 maart

[9] http://whyfiles.org/041solar/main3.html geraadpleegd op 6 maart

[10] http://www.californiasolarcenter.org/history_PV.html geraadpleegd op 6 maart

[11] http://www.vlaanderen.be/servlet/Satellite?pagename=Infolijn/View&c=Sol… 4409590&cid=1090509354622 geraadpleegd op 6 maart

[12] Belga, Zonnepanelen zonder subsidie verlieslatend, De Morgen, 9 maart 2010

[13] Energieonderzoek centrum Nederland, http://cop15.ecn.nl/uploads/media/factsheet_zon.pdf  geraadpleegd op 10 maart

[14] http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.do?supportId=687503  geraadpleegd op 7 maart

[15] http://www.epia.org/ geraadpleegd op 23 maart

[16] http://ode.be/index.php?page=zonnestroom-tech geraadpleegd op 15 februari

[17] http://www.zonnepanelen-info.nl/zonnecellen/ geraadpleegd op 15 februari

[18] http://www.fontys.nl/lerarenopleiding/sittard/nattech/bel/default.htm geraadpleegd op 7 maart

[19] The German Energy Society, Planning & installing Photovoltaic Systems, Londen, Earthscan, 2008, pp. 10-11, p. 16, pp. 25-28, pp. 38-40, p.42, pp. 44-47, p. 49, p. 51, p. 65, p. 67, pp. 89-90, p. 159, p. 179, p. 181, p. 209, pp. 221-222, p.230, pp. 244-245.

[20] DE VOS, A., Cursus Zonnecellen van de Universiteit Gent, s.l., s.n., s.d., p. 99, pp. 99-101, p. 101.

[21] MARKVART, T. Solar Electricity. West Sussex Engeland, John Wiley & Sons Ltd, 2000, p 47-48, p.7-8.

[22] http://www.stroomwerk.nl/solarbasics.php geraadpleegd op 25 februari

[23] http://www.ayil.hacettepe.edu.tr/pages/Amorphous/Amorphous%20silicon.ht… geraadpleegd op 1 maart

[24] Publicatie door ODE-Vlaanderen VZW, Elektriciteit uit zonlicht, s.l., s.n., 2007, p. 6, p. 10, p. 4,p. 30. [Online beschikbaar]: http://www.ond.vlaanderen.be/energie/pdf/Brochure%202007%20Elektriciteit %20uit%20zonlicht.pdf

[25] http://www.isuppli.com/News/Pages/First-Solar-to-Produce-Twice-as-Much-…; Solar-Module-Suppliers-in-2009.aspx geraadpleegd op 6 maart

[26] http://www.kennislink.nl/publicaties/organische-zonnecellen geraadpleegd op 8 maart

[27] HEREMANS, P., Organische Zonnecellen, Interconnect, nummer 27, juli 2008, p.4-5 [Online beschikbaar]: http://www2.imec.be/content/user/File/InterConnect/Dutch/IC27.pdf

[28] GRAHAM-ROWE, D., Focusing Light on Silicon Beads, 2007, http://www.technologyreview .com/Energy/19696/?a=f geraadpleegd op 10 maart

[29] WINTER, J., Spherical Solar Cells Are Pretty Awesome, 2007, http://www.ecogeek.org/compone nt/content/article/1063 geraadpleegd op 10 maart

[30] http://www.originenergy.com.au/environment/files/factsheet_sliver.pdf &…; geraadpleegd op 10 maart

[31] BLOMJOUS, E., Japan steekt energie in fotovoltaïsche zonnecellen, 2004, http://www.twanet werk.nl/default.ashx?DocumentId=2237 geraadpleegd op 10 maart

[32] Publicatie door ODE Vlaanderen vzw, Bouwen met fotovoltaïsche zonne-energie, Enschede, Van Muysewinkel, s.d. , p. 8, p. 12, p.10. [Online beschikbaar]: http://www.ode.be/images/stories/Brochures/zPV_br_bouwen_met_PV_050120…

[33] http://www.siderea.nl/zonne-energie/info/ geraadpleegd op 13 maart

[34] http://www.zonnepanelen-info.nl/zonnepanelen/  geraadpleegd op 10 maart

[35] http://www.zonnepanelen.wouterlood.com/ geraadpleegd op 15 februari

[36] http://www.newnrg.nl/index.php?menu=20 geraadpleegd op 15 februari

[37] DANCKAERT, D., VAN DEN BROECK, L., Beweging van de zon doorheen de seizoenen, Uitwiskeling, jaargang 22, nummer 4, 2006, p. 11.

[38] http://gratisenergie.be/zonnepanelen_opbrengst.html geraadpleegd op 18 februari

[39] MUENSTER, R.J., Shade happens, 2009, http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/articl e/2009/02/shade-happens-54551 geraadpleegd op 14 februari

[40] http://www.wtcb.be/homepage/index.cfm?cat=publications&sub=bbri-contact…; art=319 geraadpleegd op 14 februari

[41] http://www.zonnestroom.net/PVfaq.html geraadpleegd op 17 maart

[42] http://www.biPV.ch/ geraadpleegd op 20 februari

[43] HAGEMANN, I., Building integrated Photovoltaics, a new design opportunity for architects, 2010, http://www.giPV.de/BIPV_Brochure.pdf.

[44] Duurzaam bouwen met fotovoltaïsche aluminiumoplossingen, Belgian Building Magazine, nr. 67, 23ste jaargang, maart 2010, pp. 18-19.

[45] http://sanyo.com/solarark/en/about/ geraadpleegd op 12 maart

[46] D6.1.1 Current state-of-the-art and best practices of BIPV, Performance of Building Integrated Photovoltaïcs, 2006, pp. 10-18.

[47] Powerpoint van Maarten Van Cleef verkregen op http://www.epia.org/events/past-   events/archives.html geraadpleegd op 14 maart

[48] State of the art, potential, test procedures and requirements for BIPV, Performance of Building Integrated Photovoltaïcs, December 2009, p. 2.

[49] http://www.hollandsolar.nl/ geraadpleegd op 27 maart

[50] http://www.wtcb.be/homepage/index.cfm?cat=publications&sub=bbri- …; contact&pag=Contact22&art=319 geraadpleegd op 1 maart

[51] http://www.zonnepanelen-advies.be/soorten.php  geraadpleegd op 22 maart

[52] http://www.zonnepanelen-energie.be/plat-dak.html geraadpleegd op 22 maart

[53] http://www.airdeck.be/en/index.php?n=152 geraadpleegd op 29 maart

[54] http://PVdatabase.org/products_view_details.php?ID=11 geraadpleegd op 29 maart

[55] http://www.PVresources.com/ geraadpleegd op 24 maart

[56] JIE, J., HUA, Y., e.a., Modeling of a novel Trombe wall with PV cells, Building and Environment 42, 2007,pp. 1544–1552

[ 57] BAHAJ, A.S., Photovoltaic roofing issues of design and integration into buildings, Renewable Energy 28, 2003,pp. 2195–2204

[58] HUANG, B.J., LIN, T.H., e.a., Performance evaluation of solar photovoltaic/thermal systems, Solar Energy Vol. 70, No. 5,2001, pp. 443–448.

[59] ADNAN, I., LI JIN, G., e.a., Hybrid Photovoltaic Thermal (PV/T) Air and Water Based Solar Collectors Suitable for Building Integrated Applications, American journal of environmental sciences 5 (5), 2009, pp. 618-624.

[60] http://www6.cityu.edu.hk/bst/AppliedWork/Research/Hybrid_photovoltaic.p… geraadpleegd op 23 februari

[61] http://www.iea-shc.org/ geraadpleegd op 1 april

[62] http://www.PVtwins.nl/principe.html geraadpleegd op 1 april

[63] CHARALAMBOUS, P.G., MAIDMENT, G.G., e.a., Photovoltaic thermal (PV/T) collectors: A review, Applied Thermal Engineering 27, 2007, pp. 275–286

[64] http://www.sirris.be/uploadedFiles/News/Fotovoltaische%20daksystemen.pdf geraadpleegd op 1 april

[65] SANDNES, B., REKSTAD, J., A photovoltaic/thermal (PV/T) collector with a polymer absorber plate. Experimental study and analytical model, Solar Energy 72 (1), 2002, pp. 63–73.

[66] COX, C.H., RAGHURAMAN, P., Design considerations for flat-plate photovoltaic/thermal collectors, Solar Energy 35 (3), 1985, pp. 227–241.

[67] GARG, H.P., AGARWERL, R.K., Some aspects of a PV/T collector/forced circulation flat plate solar water heater with solar cells, Energy Conversion and Management 36 (2), 1995, pp. 87–99.

[68] ELSWIJK, M.J., STROOTMAN, K.J., e.a., PVT in collectieve zonthermische systemen, 2003, p. 12.

[69] FUJISAWA, T., TANI, T., Annual exergy evaluation on photovoltaic–thermal hybrid collector, Solar Energy Materials and Solar Cells 47 (1–4), 1997, pp. 135–148.

[70] COVENTRY, J.S., LOVEGROVE, K., Development of an approach to compare the ‘value’ of electrical and thermal output from a domestic PV/thermal system, Solar Energy 75 (1), 2003, pp. 63–72.

[71] BAKKER, M., ZONDAG, H.A., Performance and costs of a roof-sized PV/thermal array combined with a ground coupled heat pump, Solar Energy 78, 2005 pp. 331–339

[72] HUANG, B.J., LIN, T.H., e.a., Performance evaluation of solar photovoltaic/thermal, Solar Energy Vol. 70, No. 5, 2001, pp. 443–448.

[73] PALYVOS, J.A., A survey of wind convection coefficient correlations for building envelope energy systems’ modeling. Applied Thermal Engineering, 2008, pp. 801 – 808.

[74] DUFFIE, J.A., BECKMAN, W.A., e.a., Solar engineering of thermal processes, New York :, 1980.

[75] SANDBERG, M., MOSHFEGH, B., e.a., Buoyancy-induced air flow in photovoltaic facades: Effect of geometry of the air gap and location of solar cell modules, Building and Environment 37(3), 2002, pp. 211 – 218.

[76] BRINKWORTH, B.J., Estimation of flow and heat transfer for the design of PV cooling ducts, Solar Energy 69(5), 2000, pp. 413 – 420.

[77] BRINKWORTH, B.J., SANDBERG, M., Design procedure for cooling ducts to minimise efficiency loss due to temperature rise in PV arrays, Solar Energy 80(1), 2006, pp. 89 – 103.

[78] TONUI, J.K., TRIPANAGNOSTOPOULOS, Y., Improved PV/t solar collectors with heat extraction by forced or natural air circulation, Renewable Energy 32(4), 2007, pp. 623 – 637.

[79] FRILING, N., BLOEM, H., e.a., Modelling the heat dynamics of building integrated and ventilated photovoltaic modules, Energy and Buildings 41(10), 2009, pp. 1051 – 1057.

[80] SANDBERG, M., STOBACH, J., Aspects of air and heat flow for roof integrated PV hybrid systems. Proceedings of the Second World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion, 1988, pp. 2598 – 601.

[81] SANDBERG M., MOSHFEGH, B., Flow and heat transfer in the air gap behind photovoltaic panels, Renewable and Sustainable Energy Reviews 2(3), 1998, pp. 287 – 301.

[82] DAVIDSON J.H., MITTELMAN, G., A model and heat transfer correlation for rooftop integrated photovoltaics with a passive air cooling channel, Solar Energy 83(8), 2009, pp. 1150 – 1160.

[83] BRINKWORTH, B.J., Optimum depth for PV cooling ducts, Solar Energy 80(9), 2006, pp.1131 – 1134.

[84] MEI, L., INFIELD, D.G., Equilibrium thermal characteristics of a building integrated photovoltaic tiled roof, Solar Energy 83(10), 2009, pp. 1893 – 1901.

[85] BRINKWORTH, B.J., MARSHALL, R.H., A validated model of naturally ventilated PV cladding, Solar Energy 69(1), 2000, pp. 67 – 81.

[86] BLOEM, J.J., DAMMANN, B., Estimation of non-linear continuous time models for the heat exchange dynamics of building integrated photovoltaic modules, Energy and Buildings 40(2), 2008, pp. 157 – 167.

[87] BRINKWORTH, B.J., A procedure for the routine calculation of laminar free and mixed convection in inclined ducts, International Journal of Heat and Fluid Flow 21(4), 2000, pp. 456 – 462.

[88] SKOPLAKI, E., BOUDOUVIS, A.G., A simple correlation for the operating temperature of photovoltaic modules of arbitrary mounting, Solar Energy Materials and Solar Cells 92(11), 2008, pp. 1393 – 1402.

[89] http://proeffabriek.tripod.com/id10.html geraadpleegd op 14 april

[90] http://www.ronnyrooman.be/meet_regel/pt100.pdf geraadpleegd op 14 april

[91] http://www.ccinv.be/ geraadpleegd op 15 april

[92] MERTENS, J., Niveauregeling voor vloeibaar stikstof, Koeling van een germaniumdetector, 2005, p.17

[93] http://www.mapsofworld.com/referrals/weather/meteorology/stevenson-scre… geraadpleegd 15 april

[94] Commission of the European Communities, Guidelines for the Assessment of Photovoltaic Plants, Document A: Photovoltaic System Monitoring, Issue 4, January 1991

[95] Nederlandse Werkgroep PV Monitoring, C.W.A. Baltus, E.A. Alsema, e.a., aanbevolen werkwijze voor de monitoring van netgekoppelde PV-systemen in Nederland, Utrecht, Novem, 1997, p. 15.

[96] Commission of the European Communities, Joint Research Centre, Guidelines for the Assessment of Photovoltaic Plants, Document B: Analysis and Presentation of Monitoring Data Issue 4.1, June 1993

[97] BALTUS, C.W.A., Evaluatie van rapportages gemonitorde PV-systemen, s.l., s.n., 2001

[98] http://www.PV-monitoring.novem.nl/contents/BL2.html geraadpleegd op 25 april

[99] http://re.jrc.ec.europa.eu/PVgis/apps3/PVest.php geraadpleegd op 11 mei

[100] GOBSCH, G., SCHULZE, D., Untersuchung des thermischen und elektrischen Verhaltens des CSS Solardachsteins im Vergleich zur frei aufgeständerten Variante, 2003, p 26.