Zonnepanelen op een woning met meerdere dakvlakken: optimalisatie per vlak

Wat is het?

Zonnepanelen op een woning met meerdere dakvlakken betekent dat je niet één groot, uniform dak hebt, maar verschillende dakdelen met elk een eigen oriëntatie en hellingshoek.

Denk aan een schilddak met vier zijden, een woning met een dakkapel of een uitbouw. Elk van deze vlakken vangt de zon op een ander moment van de dag en met een andere intensiteit. De kunst is om de panelen per vlak zo te plaatsen en aan te sluiten dat je de totale energieopbrengst maximaliseert.

Dit noemen we optimalisatie per dakvlak. Het is geen standaard installatie waarbij alle panelen in serie worden geschakeld.

In plaats daarvan wordt elk dakvlak als een apart systeem behandeld. Dit vereist een specifiek ontwerp en vaak slimme apparatuur zoals micro-omvormers of power optimizers.

Het doel is om de zwakste schakel, zoals een paneel in de schaduw, de rest van het systeem niet te laten beïnvloeden.

Hoe werkt het precies?

Bij een traditioneel systeem met één string worden alle panelen achter elkaar geschakeld. De opbrengst wordt dan beperkt door het minst presterende paneel. Met meerdere dakvlakken is dat funest.

De oplossing is om per vlak een aparte string of een eigen optimizer te gebruiken.

Het proces begint met een gedetailleerde dakscan. Met software wordt de zoninstraling per uur per dakvlak berekend.

Optimalisatie met micro-omvormers

Daarna kies je de beste panelen en omvormers voor elke situatie. Een westelijk dakvlak krijgt bijvoorbeeld panelen die goed presteren bij lage instraling, terwijl op het zuidelijke vlak maximale efficiëntie belangrijk is. Elk paneel krijgt zijn eigen micro-omvormer.

Deze zet gelijkstroom direct om naar wisselstroom op het dak. Het grote voordeel is dat elk paneel onafhankelijk werkt.

Optimalisatie met power optimizers

Schaduw op één paneel heeft geen effect op de rest. Dit is ideaal voor complexe daken met veel verschillende hoeken en schaduwpatronen. Bij dit systeem krijgt elk paneel een optimizer die de spanning en stroom optimaliseert. De gelijkstroom wordt daarna naar een centrale omvormer gestuurd.

De optimizer zorgt ervoor dat elk paneel zijn maximale vermogen levert, ongeacht de prestaties van de buren. Dit is vaak iets voordeliger dan micro-omvormers.

De rol van de omvormer

De omvormer is het hart van het systeem. Bij meerdere dakvlakken kun je kiezen voor één krachtige omvormer met meerdere MPP-trackers (Maximum Power Point trackers).

Elke tracker beheert één dakvlak apart. Zo kan het zuidelijke vlak optimaal presteren zonder last te hebben van het minder gunstige westelijke vlak.

De wetenschap erachter

Zonnepanelen zetten fotonen (lichtdeeltjes) om in elektronen (elektrische stroom). Dit gebeurt in de zonnecellen, meestal gemaakt van silicium.

De hoeveelheid stroom die een paneel levert, hangt direct af van de hoeveelheid zonlicht die erop valt. Dit wordt beïnvloed door drie factoren: oriëntatie (kompasrichting), hellingshoek en schaduw. Een paneel dat perfect op het zuiden is gericht onder een hoek van 35 graden vangt in Nederland de meeste jaarlijkse zonnestraling.

Maar niet elk dakvlak kan deze ideale positie bereiken. De wetenschap van de optimalisatie zit in het managen van deze imperfecties.

Door elk vlak apart te behandelen, voorkom je dat de zwakste schakel de hele groep naar beneden trekt.

Bij schaduw valt de stroomproductie van een cel in serie abrupt weg. Dit creëert een hotspot die het paneel kan beschadigen. De wetenschap achter optimizers en micro-omvormers is het omzeilen van dit probleem. Ze passen de impedantie aan zodat het paneel in de schaduw toch nog stroom kan leveren, zij het verminderd, zonder de rest te hinderen.

Voordelen en nadelen

Het grootste voordeel is een aanzienlijk hogere totale energieopbrengst uit je beschikbare dakoppervlak. Je benut anders onrendabele dakvlakken, zoals noordelijke of sterk afwijkende oriëntaties.

De terugverdientijd wordt korter omdat je meer stroom produceert met dezelfde investering in panelen.

Een ander voordeel is de flexibiliteit in ontwerp. Je kunt bijna elk dakvlak benutten, hoe ongunstig ook. Dit vergroot de mogelijkheden voor huizen met een complexe architectuur.

Bovendien vergroot het de betrouwbaarheid; als één vlak minder presteert door schaduw of vuil, blijven de andere optimaal werken. De nadelen zijn er ook.

De initiële kosten zijn hoger door de extra apparatuur zoals micro-omvormers of optimizers. De installatie is complexer en dus arbeidsintensiever, wat de installatieprijs kan opdrijven. Er zijn ook meer componenten die een storing kunnen hebben, al is de betrouwbaarheid van moderne apparatuur zeer hoog. Je moet ook rekening houden met een iets lager rendement per paneel op de meest ongunstige vlakken.

Een noordelijk dakvlak zal nooit dezelfde opbrengst halen als een zuidelijk vlak.

De kunst is om dit in de berekening mee te nemen en te bepalen of de investering voor dat specifieke vlak nog rendabel is.

Voor wie relevant?

Deze aanpak is relevant voor iedereen met een woning die geen groot, ononderbroken zuidelijk dak heeft, zoals bij zonnepanelen in een bosrijke omgeving.

Heb je een schilddak met zijden op het oosten en westen? Of een zadeldak met een dakkapel die schaduw werpt?

Dan is optimalisatie per dakvlak de sleutel tot een hoog rendement. Het is ook interessant voor huiseigenaren die het maximale uit hun dakoppervlak willen halen. Zelfs op een noordelijk dakvlak of bij schaduw van bomen kunnen moderne panelen met de juiste hoek en optimizers nog een significante bijdrage leveren. Je benut letterlijk elke vierkante meter.

Daarnaast is het relevant voor wie schaduw van bomen, schoorstenen of dakkapellen, of naastgelegen gebouwen heeft.

Door de panelen in de schaduw apart te optimaliseren, minimaliseer je het verlies. Tot slot is het een must voor wie een thuisaccu overweegt. Een zo gelijkmatig mogelijke productie over de dag, door panelen op oost en west, maakt het gebruik van een accu veel efficiënter.

Laat altijd een specialist een schaduwanalyse en opbrengstberekening maken. Zij kunnen exact uitrekenen welke dakvlakken rendabel zijn en welke combinatie van omvormers en panelen het beste resultaat geeft. Zo voorkom je investeringen die zich niet terugverdienen.