Opleiding Duurzaam Gebouw: Hernieuwbare energiesystemen (HEN): ontwerp en afstelling Leefmilieu Brussel Fotovoltaïsche zonne-energie Stéphane Barbier Pulsis
Doelstellingen van de presentatie De fotovoltaïsche technologie begrijpen Potentieel van de technologie in Brussel Een installatie kunnen (pre)dimensioneren en de beschikbare tools kennen Aandachtspunten Follow-up en monitoring van een installatie Financiële steun, vandaag en in de toekomst 2
Plan van de uiteenzetting 1. Zonne-energie 2. Fotovoltaïsche technologie 3. Keuze-elementen 4. Uitvoering 5. Dimensionering 6. EPB 7. Investering 8. Financiële steun (in de toekomst) 9. Bestek 10. Regeling en onderhoud 11. De toekomst 12. Tools, internetsites, 3
kwh Energiestroom (watt per cm² en per micron) 1. Zonne-energie Bron: energieplus-lesite.be Bron: energieplus-lesite.be Zichtbaar spectrum 160 140 120 100 80 60 40 Globale zonnestraling op een oppervlakte van 1 m², met een hellingsgraad van 45, voor een Gemiddeld Standaardjaar in België +/- 1000 kwh/m² Zoninstraling aan het grensgebied van de atmosfeer (zonconstante) Zoninstraling op zeeniveau onder een atmosfeer met een normale gemiddelde vochtigheid Absorptie door de waterdamp Absorptie door koolzuurgas 20 0 Jan Fév Mars Avr Mai Juin Juil Août Sep Oct Nov Déc Golflengtes (micron) Bron: energieplus-lesite.be 4
1. Zonne-energie Bewolkte hemel Verstrooide wolken, zon Vooral diffuse straling Vooral directe straling Zonnestraling W/m² Bron: solarpraxis.com Bron: ecoenergy De jaarlijkse zonnestraling in België bedraagt gemiddeld 1.000 kwh/m 2 De optimale oriëntatie is op het volle zuiden, en de aanbevolen helling is 35. 5
2. Fotovoltaïsche technologie Watt-piek (Wp) Maximaal elektrisch vermogen geleverd in standaard testomstandigheden: - zonnestraling van 1.000 W/m 2 ; - temperatuur van de panelen van 25 C; - een spectrale verdeling van de straling, ofwel AM 1,5 Watt-uur (Wh) 1 Watt-uur energie verbruikt of geleverd door een systeem met een vermogen van 1 Watt gedurende een uur. Polykristallijn silicium 6
2. Fotovoltaïsche technologie Oppervlakte die overeenkomt met 1 kwp Monokristallijnen met hoge prestaties (6 tot 9 m²) Rendement: 12 tot 20% Polykristallijnen (7,5 tot 10 m²) Rendement: 11 tot 15% Amorf silicium (14 tot 20 m²) Rendement 5 tot 7% 7
2. Fotovoltaïsche technologie Monokristallijne panelen Cellen in kristallijn silicium - Monokristallijn PV Een enkel kristal van grote afmeting. Cellen in uniform blauw. - rendement van 12% tot 20% - Wp/m 2 -ratio (~150 Wc/m 2 ) interessante productiedichtheid Bron: energieplus-lesite.be 8
2. Fotovoltaïsche technologie Monokristallijne panelen Cellen in kristallijn silicium - Polykristallijne PV Meerdere kristallen. Mozaïek van kristallen van verschillende grootte, vorm en met verschillende oriëntatie. Vierkante cellen. - rendement, van 11% tot 15% - Wp/m² -ratio (~100 Wp/m²) Bron: energieplus-lesite.be 9
2. Fotovoltaïsche technologie Monokristallijne panelen Cellen in dunne lagen Vacuüm plaatsing op een dunne uniforme laag die bestaat uit een of meer halfgeleidende materialen. - Cel met amorf silicium De halfgeleider is silicium. - werkt met weinig of diffuus licht, integratie op soepele of stijve drager, laag rendement bij volle zon (5% tot 7%), grotere oppervlakken met een productie die vergelijkbaar is met kristallijn silicium - CdTe, CIGS, enz. Nieuwe concepten 10
2. Fotovoltaïsche technologie Monokristallijne panelen Cellen in dunne lagen Vacuüm plaatsing op een dunne uniforme laag die bestaat uit een of meer halfgeleidende materialen. - Cel met amorf silicium De halfgeleider is silicium. - werkt met weinig of diffuus licht, integratie op soepele of stijve drager, laag rendement bij volle zon (5% tot 7%), grotere oppervlakken met een productie die vergelijkbaar is met kristallijn silicium - CdTe, CIGS, enz. Nieuwe concepten 11
2. Fotovoltaïsche technologie Energetische terugverdientijd van de panelen Aantal jaren (maanden) tot de collector de energie heeft geproduceerd ( terugbetaald ) die nodig is voor zijn productie Variabele hypothesen: Plaats van productie Inclusief energie voor productie? Transport? Ontginning van mineralen? Levensduur Recyclage Variabele resultaten: gemiddelde van de studenten tussen 19 en 40 maanden voor panelen met kristallijne cellen Totale productie over de levensduur van 8 tot 18 keer de energie die nodig is voor de vervaardiging van de panelen Bron: Hespful, Ademe 12
2. Fotovoltaïsche technologie Fotovoltaïsche installatie Gelijkstroom Scheidingsschakelaar gelijkstroom Meter groenestroomcertificaten Wisselstroom Elektrische toepassingen Schakelbord (met differentiaalbescherming) Fotovoltaïsche generator Omzetter Schakelaar wisselstroom Verschillende functies van de omvormer: - Omzetting DC naar AC - Synchronisatiefunctie met het netwerk - Permanent zoeken van het maximale vermogenspunt (MPP) - Ontkoppelingsfunctie van het netwerk Bestaande elektriciteitsmeters (GRD) Netwerk Energie Facteur 4 vzw 13
2. Fotovoltaïsche technologie Fotovoltaïsche installatie TOEKOMST: huishoudelijke bufferbatterij Bron: Tesla 14
2. Fotovoltaïsche technologie Integratie in het dak Hellend dak Plat dak VERANKERING BALLASTEN AANZUIG-/ DEPRESSIESYSTEEM 15
2. Fotovoltaïsche technologie Integratie in het dak Plat dak (flexibele modules) Plaatsing tegen de gevel Verticale plaatsing tegen de gevel 16
3. Keuze-elementen Kwaliteitslabels http://www.questforquality.be/ Een studie betreffende de werkelijke energieproductie van 993 installaties die in 2010 in België geplaatst werden, toont een gemiddelde productie die 15% lager ligt dan die van een referentie-installatie van de beste kwaliteit (perfect ontworpen en aangesloten, en met de zelfde oriëntatie als de bestaande installatie). De beste installaties benaderen de resultaten van de referentie-installatie, de slechtste halen slechts 50% van die resultaten. Die verschillen in productiviteit worden toegeschreven aan de modules, de omvormers en de installateurs (werkelijk vermogen van de panelen beneden het nominale vermogen, slechte bekabeling, schaduw, stof, thermisch verlies, stroomaansluiting, ). Naast suboptimale opbrengsten zijn de voornaamste gesignaleerde kwaliteitsproblemen gekoppeld met waterdichting en dakintegratie. Certificatie van de installateur: http://www.questforquality.be/nrqual-rescert-qualiwatt-comment-syretrouver-3/ (http://www.questforquality.be/nrqual-rescert-qualiwatt-comment-sy-retrouver-3/) Werk altijd met een gecertificeerd installateur! 17
3. Keuze-elementen Kwaliteit van de collectoren Kwaliteitsnormen: IEC 61215 en IEC 61730 testprocedure voor validatie van de weersbestendigheid van de collectoren Kwaliteitslabels: AQPV (France), ElioQual (België),TÜV, PVQual (installateurs) Kwaliteit van de omzetters Paneel beschadigd na een schok, schade zichtbaar gemaakt door elektroluminescentie. Bron: WTCB 18
4. Uitvoering Voorzorgen bij installatie OORSPRONKELIJKE VERPAKKING: laat de modules zo lang mogelijk in hun originele verpakking. De staat van de verpakking kan doorgaans een idee geven van de mogelijke schade aan de panelen TRANSPORT: maak de modules goed vast tijdens het transport, om schokken tussen de panelen onderling en tussen de panelen en de wanden van het voertuig te vermijden. Een transportrek met zachte schuimbodem is zeer nuttig BOUWPLAATS: plaats de panelen goed vlak op de bouwplaats, ver van de werkzaamheden en zorg ervoor dat er niets bovenop wordt geplaatst. Een verticale plaatsing geniet de voorkeur, maar is niet altijd haalbaar MONTAGE: controleer bij plaatsing op het dak of het bevestigingssysteem de panelen niet vervormt. Gebruik bij voorkeur een verstelbaar bevestigingssysteem waarbij de positie van de bevestigingen kan worden aangepast aan de vorm van het dak of aan vlakheidsafwijkingen in het dak, rekening houdend met de thermische uitzetting 19
4. Uitvoering WAT U VOORAL NIET MAG DOEN: lopen over de zonnepanelen of er gereedschap op laten vallen de randen van de kaders van de panelen tegen elkaar laten wrijven de panelen laten vallen de riemen rond de panelen te strak aantrekken 20
5. Dimensionering Analyse van de behoeften (elektriciteit) Residentieel ( <5 kwp) Op dit moment gebaseerd op het jaarlijkse elektriciteitsverbruik (meter die achteruit draait). 1 kwp: ± 900 kwh productie in Brussel (oriëntatie op het zuiden) MAAR: trend van zelfverbruik op middellange termijn Middellange termijn: opslagbatterij en promoten van zelfverbruik Tertiair (grote installaties >5 kwp) Dimensionering gebaseerd op zelfverbruik 21
5. Dimensionering Omvormer Opgelet voor verwarring tussen vermogens: DC, AC, piek, Langs de gelijkstroomkant (DC): momentaan vermogen versus piekvermogen Algemene regel: dimensionering omvormer AC-vermogen = 80% van het DC-piekvermogen (onderdimensionering van maximum 20%). Voor berekeningsmethode zie infofiche dimensionering op de website van het BIM 22
5. Dimensionering Schaduw Een lichte schaduwval op een paneel creëert een stop die alle belendende panelen kan beïnvloeden (seriële aansluiting van de panelen). Bron: Bricozone Vermindering van de impact door de panelen onder te verdelen in aparte strings 23
5. Dimensionering Belang van de verankering NBN EN 1991-1-4 jaar Complexe berekeningen -> gebruik dimensioneringstabellen (cfr. www.wtcb.be) Bron: WTCB 24
5. Dimensionering Stedenbouwkundige vergunning In Brussel, vrijstelling indien: De panelen niet zichtbaar zijn vanuit de openbare ruimte De panelen op het dak liggen, op voorwaarde dat ze ingewerkt zijn in het dakvlak of parallel met het dakvlak op het dak zijn bevestigd. Ze mogen niet meer dan 30 cm uitsteken boven of voorbij de grens van het dak. Bron: BIM 25
6. EPB Impact van hernieuwbare energie op het Ew-peil, energieverbruik van de woning in nieuwbouw of zware renovatie 12 Ew-punten voor 2-, 3-,4-gevelwoningen Tot 20 Ew-punten voor appartementen HERNIEUWBARE ENERGIEBRONNEN Het gebruik van thermische zonne-energie voor SWW (5 m², volle zon, helling van 35 ) doet het Ew-peil voor 2-, 3- of 4-gevelwoningen in het algemeen HERNIEUWBARE dalen ENERGIEBRONNEN met 12 punten. Het gebruik van fotovoltaïsche zonne-energie (2 kwp, ongeveer 16 m², volle zon, helling van 35 ) doet dit peil dalen met 15 punten. In appartementen is de impact nog groter: daling met 20 punten voor thermische zonne-energie en met 30 punten voor fotovoltaïsche zonneenergie. Bron: Waals Gewest Faire mieux que les exigences réglementaires (Beter doen dan reglementair vereist ) 26
Investering [EUR/Wp] 7. Investering 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 1 10 100 1000 Vermogen [kwp] 5 kwp Bron: PV Calc 27
7. Investering Toegekende groenestroomcertificaten Aantal toegekende groenestroomcertificaten (datum van indienststelling na 2/8/2013) Toekenning van groenestroomcertificaten # GSC/MWh Alle formaten 2,4 GSC / MWh 1 GSC voor de productie van Financiële opbrengst MARKTPRIJS (GSC voor 85) 417 kwh 204/MWh Geldigheid van de GSC: 5 jaar Toekenningsperiode van de GSC: max. 10 jaar na indienststelling (verlengbaar onder bepaalde voorwaarden) 28
7. Investering Voorbeeld voor residentiële sector Installatie 4kWp Jaarlijkse productie: 3.600 kwh Financiële besparing: 3.600 kwh x 0,20 = 720 3,6 GSC toegekend, verkocht voor 82, hetzij 300 Installatiekosten: 8.500 (ongeveer 2/Wp) ETT ongeveer 8,5 jaar Vervolgens: opbrengst GSC van 300/jaar voor nog drie bijkomende jaren en energiebesparing gedurende 13 jaar 29
7. Investering Voorbeeld voor residentiële sector Installatie 4kWp Jaarlijkse productie: 3.600 kwh Financiële besparing: 3.600 kwh x 0,20 = 720 3,6 GSC toegekend, verkocht voor 82, hetzij 300 Installatiekosten: 8.500 (ongeveer 2/Wp) ETT ongeveer 8,5 jaar Vervolgens: opbrengst GSC van 300/jaar voor nog drie bijkomende jaren en energiebesparing gedurende 13 jaar 30
7. Investering Voorbeeld voor residentiële sector (simulator Apere) Installatie 4kWp Jaarlijkse productie: 3.600 kwh Financiële besparing: 3.600 kwh x 0,20 = 720 3,6 GSC toegekend, verkocht voor 82, hetzij 300 Installatiekosten: 9.000 (ongeveer 2,2/Wp) ETT ongeveer 8,5 jaar Vervolgens: opbrengst GSC van 300/jaar voor nog drie bijkomende jaren en energiebesparing gedurende 13 jaar 31
7. Investering Voorbeeld voor residentiële sector Cfr.: financiële simulator fotovoltaïsche zonnepanelen http://www.apere.org/node/164 32
7. Investering PV Calc (simulator grote installaties) Excel-rekentool, te downloaden op de website van LB Functie: predimensionering van fotovoltaïsche installaties Toepassing: Residentieel en tertiair Doelstelling: de haalbaarheid van de installatie op technisch, economisch en milieuvlak beoordelen Resultaten Ordes van grootte oppervlakte van collectoren investeringskosten, energiebesparing vermeden CO 2 -emissies Gebruikers: architect, studiebureau, EPB-adviseur, installateur, gebouwbeheerder, energieverantwoordelijke, bouwheer, syndicus, 33
7. Investering Opbrengstgarantie Opbrengstgarantie met boeteformule Boete = (Opbrengstgarantie (jaar n) * Stralingscoëfficiënt (jaar n) Productie van groene elektriciteit (jaar n) - Verliezen (jaar n) ) * ( GSC + tarief elektriciteit) Controle door een onafhankelijke waarnemer die de reële productie vergelijkt met de verwachte productie. Als een productietekort wordt vastgesteld, krijgt de eigenaar van de installatie een financiële vergoeding. Dit type van contract heeft meerdere voordelen: het biedt de zekerheid van een gegarandeerde opbrengst die niet meer uitsluitend van de zonnestraling afhangt. Bovendien ontstaat tussen klant en installateur meteen een kader dat een hoge kwaliteit van uitvoering van de installatie garandeert. 80% van de problemen met de prestaties van de installaties houdt immers verband met menselijke fouten. 34
8. (Toekomstige) financiële steun groenestroomcertificaten tegen 2018 (rtbf) Het huidige systeem van steun aan de Brusselse eigenaars van fotovoltaïsche zonnepanelen gaat veranderen. Dit komt door een beslissing van de Raad van State. De RvS meent dat het hetzelfde voordeel niet twee keer kan worden genoten. Het Brussels Gewest denkt dus na over wijzigingen. Reden genoeg om onrust te wekken. [ ] In de hoofdstad beschikken de opwekkers van groene stroom immers over een dubbele meter, en niet over een meter die achteruit draait, zoals in de twee andere Gewesten het geval is. Vanaf 2018 zal men voor alles moeten betalen [ ] Wij willen de eigenaar van panelen ertoe aanzetten te verbruiken wat hij produceert op het moment waarop hij het produceert. Dit is het principe van het direct of momentaan zelfverbruik. Zoals we weten blijft stroom opslaan niet voordelig. Het is dus beter als particulieren verbruiken wanneer ze produceren [ ] Het systeem zou moeten evolueren om zelfverbruik aan te moedigen. Om het verlies te compenseren, zou het aantal GSC s moeten worden verhoogd. RTBF 28 september 2015 35
9. Bestek Stappenplan (particulieren) Administratieve en technische gids voor de installatie van fotovoltaïsche panelen [BIM] 1. Analyse van het gebouw (behoeften, dak, oriëntatie, ) 2. Keuze van een fabrikant/installateur 3. Plaatsing en aansluiting op het netwerk 4. Aanvraag van groenestroomcertificaten Zelfverbruik? 36
9. Bestek Stappenplan (grote installaties >5 kwp) Administratieve en technische gids voor de installatie van fotovoltaïsche panelen [BIM] 1. Analyse van het gebouw (behoeften, dak, oriëntatie, ) /!\ Evaluatie van het zelfverbruik 2. Keuze van een fabrikant/installateur 3. Stedenbouwkundige vergunning 4. Plaatsing en aansluiting op het netwerk 5. Aanvraag van groenestroomcertificaten 37
10. Regeling en onderhoud Follow-up van de productie (Monitoring) www.bdpv.fr P2P: http://www.apere.org/pvcrops Preventief onderhoud Visuele inspectie Reiniging van de panelen (stof, sneeuw) Regelmatige controle van de omvormer Regelmatige controle van de bedrading en de schakelborden 38
11. De toekomst Elektriciteitsopslag Rendement van de collectoren Hybride systemen Fotovoltaïsche en thermische Combinatie met warmtepomp Bron: sbenergy Intelligent elektriciteitsnetwerk (smart grid) Bron: ecosource.info 39
Interessante tools, websites, enz.: Websites BIM Thermische zonne-energie: http://195.244.174.34/templates/professionnels/informer.aspx?id=32603&langtype=2067 Apere: www.apere.org et www.smartguide.be (gids van hernieuwbare energiebronnen) BIM Gids duurzame gebouwen: http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be G_ENE11 Installaties voor de opwekking van hernieuwbare elektriciteit integreren www.energieplus-lesite.be http://www.solaire-diffusion.eu Tools PVCalc (Grote installaties, cfr. website BIM) http://www.tecsol.fr/st_fr/default.htm (Kleine installaties) http://www.apere.org/node/164 (Simulator Apere voor kleine installaties) WTCB Windberekening van de verankering van de draagconstructies bij zonnepanelen WTCB Contact nr. 40 en 42: Manipulatie en integratie van fotovoltaïsche zonnepanelen Certificatie van de installateurs Qualiwall www.qualiwall.be REScert www.rescert.be 40
Referenties Gids Duurzame Gebouwen en andere bronnen: Gids Duurzame Gebouwen: http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be/ Fiche G_ENE11 Installaties voor de opwekking van hernieuwbare elektriciteit integreren 41
Te onthouden uit de uiteenzetting Fotovoltaïsche zonnepanelen blijven een interessante investering in Brussel Kies performante panelen en een gecertificeerd installateur De juiste dimensionering is belangrijk Kies voor zelfverbruik Follow-up van productie/onderhoud is noodzakelijk 42
Contact Stéphane Barbier Raadgevend ingenieur Gegevens : 0486 82 23 24 E-mail: stephane.barbier@pulsis.be 43