Inleiding
De installatie van zonnepanelen is een standaardmaatregel geworden in de Nederlandse bouw- en renovatiesector, gericht op het verduurzamen van woningen en het verlagen van energiekosten. Echter, de daadwerkelijke opbrengst van een zonne-energiesysteem is sterk afhankelijk van externe factoren, waarbij schaduwval een van de meest onderschatte elementen vormt. Schaduw op zonnepanelen leidt niet alleen tot een direct verlies aan elektriciteitsproductie, maar beïnvloedt ook de efficiëntie van het gehele systeem, inclusief de omvormer.
In dit artikel wordt een gedetailleerd overzicht gegeven van de mechanismen achter schaduwimpact, de oorzaken hiervan en de technische oplossingen die beschikbaar zijn om de opbrengst te maximaliseren. De informatie is gebaseerd op technische literatuur en expertise van zonnepaneelspecialisten, specifiek toegespitst op situaties waarin schaduw onvermijdelijk is.
De Oorzaken van Schaduw op Zonnepanelen
Schaduw op zonnepanelen ontstaat door obstakels die het directe zonlicht blokkeren. In de context van residentiële en commerciële daken zijn dit vaak vaste elementen van de bouwstructuur of de directe omgeving.
Volgens bronnen over schaduw op zonnepanelen zijn de meest voorkomende oorzaken: - Schoorstenen: Een schoorsteen werpt een schaduw op het dak die gemiddeld 50 tot 100 cm lang is. Dit gebied is ongeschikt voor zonnepanelen. - Dakkapellen: Panelen geplaatst aan de kant van een dakkapel kunnen gedurende delen van de dag in de schaduw liggen. - Bomen: Hoge bomen in de tuin of nabij de woning kunnen aanzienlijke schaduw werpen, vooral in de vroege ochtend of late avond.
Deze schaduwvorming is niet statisch; door de beweging van de zon verandert de schaduwpositie gedurende de dag en het jaar.
Het Technische Effect van Schaduw: Seriegeschakelde Systemen
Om te begrijpen waarom schaduw zo'n negatieve impact heeft, is inzicht in de bedrading van zonnepanelen nodig. De meeste zonnepanelen zijn in serie geschakeld. Dit betekent dat de gelijkstroom uit het eerste paneel doorloopt naar het tweede, het derde, enzovoort.
De gevolgen van deze schakeling zijn aanzienlijk: - De zwakste schakel: Het systeem presteert slechts zo goed als het minst presterende paneel in de reeks. - Systeembrede impact: Als één paneel minder stroom levert vanwege schaduw, beperkt dit de opbrengst van de gehele serie.
Dit fenomeen wordt verder versterkt door de werking van de omvormer. De omvormer zet de opgevangen zonne-energie om in bruikbare wisselstroom. Wanneer panelen in de schaduw liggen, ontvangt de omvormer minder energie, wat ertoe leidt dat hij minder efficiënt gaat werken. Hierdoor produceert het systeem minder elektriciteit dan het theoretische maximum.
Schaduw en Rendementsverlies
Het rendementsverlies door schaduw is significant. Afhankelijk van de mate van schaduw kan het verlies oplopen: - Lichte bewolking: Dit leidt tot een verlies van 5-15% op het volledige paneel. - Gedeeltelijke schaduw (bijv. door een schoorsteen): Als 10% van één paneel in de schaduw ligt, kan de opbrengst van dat specifieke paneel met 30-40% afnemen. - Volledige schaduw (bijv. door een naastgelegen gebouw): Als één paneel in een string volledig in de schaduw komt te liggen, kan de opbrengst van de gehele string met wel 80% dalen.
Deze cijfers benadrukken de urgentie van een goede planning en het toepassen van mitigerende maatregelen.
Technische Mitigatiestrategieën
Gelukkig zijn er diverse technieken en ontwerpkeuzen om de negatieve effecten van schaduw te beperken of te neutraliseren.
1. By-pass Diodes
By-pass diodes zijn standaard ingebouwd in de meeste zonnepanelen. Deze diodes zorgen ervoor dat de elektriciteit van zonnecellen die in de schaduw liggen, kan worden omzeild. Hierdoor blijft de stroom van de cellen in de zon doorstromen, waardoor tijdelijke schaduw minder impact heeft op de totale opbrengst. Echter, bij langdurige of intensieve schaduw is dit vaak onvoldoende om het verlies volledig te compenseren.
2. Meerdere Strings (Stringverdeling)
In plaats van één lange serie panelen (één string), kunnen panelen worden verdeeld over meerdere strings. Wanneer panelen in de schaduw liggen, beperkt het rendementsverlies zich tot die specifieke string, terwijl de andere string(s) ongehinderd blijven presteren. Dit voorkomt dat één schaduwrijk paneel de opbrengst van het gehele systeem naar beneden trekt.
3. Omvormers met Meerdere MPP-Trackers
Een effectieve oplossing voor schaduwproblemen is het gebruik van een omvormer met meerdere ‘Maximum Power Point Trackers’ (MPP-trackers). Deze technologie, vaak ondersteund door systemen zoals SolarEdge, maakt het mogelijk om de panelen in verschillende groepen in te delen. - Elke groep (of tracker) zoekt onafhankelijk van de andere naar het optimale punt voor energieproductie. - Beschaduwde panelen worden geïsoleerd of ‘genegeerd’. - De resterende panelen die vol in het licht staan, produceren op vol vermogen.
Dit zorgt ervoor dat een enkel beschaduwd paneel de productie van de overige panelen niet belemmert.
4. Optimizers
Naast de keuze voor een specifieke omvormer kunnen optimizers per paneel worden toegepast. Deze apparaten optimaliseren de stroomproductie van elk individueel paneel voordat de stroom naar de omvormer gaat. Dit is een effectieve manier om de impact van schaduw op paneelniveau te minimaliseren.
Ontwerpkeuzes en Installatieadvies
Naast technische componenten speelt het ontwerp van het zonnestroomsysteem een cruciale rol.
Minder Panelen met Hoger Vermogen
Een veelgehoord advies is om het aantal te installeren panelen te verminderen indien schaduw onvermijdelijk is. Als twee van de veertien panelen bijvoorbeeld permanent in de schaduw liggen, kan het voordeliger zijn om deze twee weg te laten. De overige twaalf panelen presteren dan optimaal, zonder dat de twee zwakke schakels de opbrengst drukken. Een alternatief is het kiezen voor panelen met een groter piekvermogen (uitgedrukt in Wattpiek). Hiermee kan het gewenste totale vermogen worden behaald met minder panelen, wat de impact van schaduw op de totaalopbrengst vermindert.
Tijdelijke vs. Langdurige Schaduw
Het is belangrijk onderscheid te maken tussen tijdelijke en langdurige schaduw. - Tijdelijke schaduw: Bijvoorbeeld door een laagstaande zon in de winter of een tijdelijk wolkendek. Dit verlies weegt vaak niet op tegen de meeropbrengst van de rest van de dag. - Langdurige schaduw: Wanneer een boom of schoorsteen structureel zonlicht blokkeert, is actieve mitigatie of aanpassing van het ontwerp noodzakelijk.
Een installateur kan door middel van schaduwanalyse bepalen in hoeverre tijdelijke schaduw acceptabel is.
Conclusie
Schaduw op zonnepanelen is een complex fenomeen dat de efficiëntie van zonne-energiesystemen aanzienlijk kan verminderen. De seriegeschakelde aard van de meeste installaties betekent dat het zwakste paneel de prestaties van het hele systeem bepaalt. Zonder adequate maatregelen kan langdurige schaduw leiden tot een rendementsverlies van 30% tot 80%.
Gelukkig biedt de moderne technologie diverse oplossingen. Door het slim toepassen van by-pass diodes, het verdelen van panelen over meerdere strings, en het gebruik van omvormers met meerdere MPP-trackers of optimizers, kan de impact van schaduw worden geminimaliseerd. Daarnaast is een zorgvuldig ontwerp, zoals het weglaten van panelen op schaduwrijke plekken of het kiezen voor panelen met een hoger vermogen, essentieel voor een optimaal renderend systeem. Voor woningeigenaren en professionals is het raadplegen van een deskundige installateur cruciaal om de juiste keuzes te maken voor elke specifieke situatie.