Zonnepanelen op zuid, oost en west

Onderwerp: Arbeid en energie, Elektromagnetisch spectrum, Licht

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel over zonnepanelen. Op basis van artikelen in de media maakt Stichting Exaktueel opgaven die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

In de Volkskrant van 21 januari 2023 legt journalist Jasper van Kuijk uit waarom het niet altijd verstandig is om alle zonnepanelen op het zuiden gericht te leggen. De journalist vertelt:
“Ik sprak mijn oude buurman en hij was erg in zijn nopjes met zijn nieuwe zonnepanelen. 'Er liggen er een paar op het oosten, bijna noordoosten', glom hij. Nu ben ik geen zonnepanelenexpert, maar ik dacht dat zonnepanelen altijd op het zuiden gericht moesten liggen, omdat dan de opbrengst het grootst is”.

a) Leg uit waarom de opbrengst van de zonnepanelen het grootst is als deze op het zuiden gericht worden.

Een bundel zonnestraling komt in de ochtend onder lage hoek en schuin op de panelen binnen zodat de opbrengst laag is. Naarmate de ochtend vordert wordt de hoek groter en komt de bundel minder schuin binnen. Rond 12 uur staat de zon het hoogst en is de stand van de panelen ten opzicht van de zon optimaal. Na de middag gaat het net andersom, steeds minder opbrengst.

b) Maak op ruitjespapier of grafiekpapier een schets van de grafiek van de opbrengst van de panelen als functie van de tijd gedurende de dag, wanneer de zonnepanelen allemaal op het zuiden gericht zijn. Gebruik daarbij het volgende:
- de zon komt op en gaat onder, dus de intensiteit van de zonnestraling neemt toe, bereikt een maximum en vermindert weer.
- de panelen hebben een vaste stand, dus in de ochtend en de namiddag als de zonnepanelen een minder gunstige stand hebben ten opzichte van de stralenbundel is de opbrengst extra laag.

Zie antwoord op vraag (e).

Even verderop legt de journalist uit waarom het verstandig is om de zonnepanelen niet alleen op het zuiden te richten, maar ook op het oosten en westen:
“Met de nieuwere generatie efficiëntere panelen lonen oost-westdaken ook al prima. Maar het wordt ook minder gunstig als alle panelen aan de kant met de meeste zonopbrengst liggen wanneer de salderingsregeling (= terugbetaalregeling) afgebouwd gaat worden.  Op dit moment geldt nog de regeling die ervoor zorgt dat zonnepanelenbezitters de elektriciteit die ze hebben teruggeleverd aan het net, mogen aftrekken van de stroom die ze afnamen toen hun panelen juist niet genoeg opleverden.”

c) Schets in de figuur van vraag b het eigen gebruik in de loop van de dag. Bedenk daarbij hoe en wanneer in een doorsnee huishouden gebruik wordt gemaakt van elektrische apparaten.

Zie antwoord op vraag (e).

d) Arceer het deel met grotere opbrengst dan het gebruik.

Zie antwoord op vraag (e).

e) Geef in de figuur aan gedurende welke delen van de dag het saldo tussen gebruik en opbrengst negatief is en er dus elektriciteit afgenomen moet worden van de leverancier.

Kenmerken grafiek
Opbrengst: smalle hoge grafiek, midden op de daag maximale opbrengst.

Eigen verbruik: ’s ochtends en in de namiddag relatief veel verbruik en juist midden op de dag minder eigen verbruik, terwijl de opbrengst groot is: dus terug leveren. Als de opbrengst lager is dan het eigen verbruik: betalen.

In het artikel lezen we verder:
“Als je het eigen gebruik wil aanpassen, kun je bijvoorbeeld de vaatwasser en wasmachine laten draaien en je warmtepomp laten aanslaan op die momenten dat je panelen veel opbrengen en je stroom 'gratis' is. Maar je kunt ook de opwekking spreiden. En dát is waarom niet al de panelen aan één kant van het huis moeten, maar aan verschillende kanten”.

f) Maak op ruitjespapier of grafiekpapier een nieuwe schets van de kromme van de opbrengst waarbij de zonnepanelen naar verschillende windrichtingen zijn gericht.

Zie antwoord op vraag (i).

Dezelfde medewerker zegt: “Als je een stadion helemaal vol zou leggen met onze tegels, heb je theoretisch 20 duizend mensen die erop staan te springen en kun je potentieel met 800 kilowattuur de hele show, die 2 uur duurt, van elektriciteit voorzien”.

g) Schets in deze figuur dezelfde kromme van het eigen gebruik die je in vraag c hebt geschetst.

Zie antwoord op vraag (i).

h) Geef weer in de figuur aan gedurende welke delen van de dag het saldo negatief is en er dus elektriciteit afgenomen moet worden van de leverancier.

Zie antwoord op vraag (i).

i) Arceer het deel dat zal worden teruggeleverd.

Kenmerken grafiek
Opbrengst: bredere lagere grafiek, minder panelen op het zuiden: top lager.
Eigen verbruik hetzelfde als bij vraag c. Terug leveren minder en tijden waarop betaald moet worden door negatief saldo ook minder.

j) Vergelijk de figuur met de situatie dat alle panelen op het zuiden gericht zijn. Wat is je conclusie? 

Als over enkele jaren de salderingsregeling wordt afgeschaft, lijkt dit een goede oplossing om op een economische manier met het gebruik en de productie om te gaan. Bovendien wordt het net minder belast, want een groter deel van de zelf opgewekte energie wordt gebruikt door de consument. De terug geleverde energie is duidelijk minder. Door de spreiding van de opbrengst is de totale afname van de leverancier minder dan bij de situatie dat alle panelen op het zuiden liggen.