Een succesvol zonneproject begint altijd met een goed ontwerp/design. Een goed ontwerp zorgt voor een optimale verhouding tussen de kosten van de installatie en de verwachte output. Echter een goed doordacht ontwerp zorgt ook voor lagere onderhoudskosten. Wij krijgen regelmatig vragen met betrekking tot het ontwerpen van zonneparken. In dit artikel nemen wij u a.d.h.v. deze vragen mee in een aantal keuzes en overwegingen die gemaakt moeten worden bij het ontwerp van een park.
Waar begin ik bij het ontwerp van een zonnepark?
Om tot een goed ontwerp te komen, moeten eerst de uitersten worden verkend. Als eerste wordt bepaald wat het maximaal op te stellen vermogen op een locatie is. Hierbij wordt slechts rekening gehouden met de ‘fysieke’ beperkingen van een locatie. Deze beperkingen kunnen bijvoorbeeld zijn ingegeven door de verleende vergunning (hoogte beperkingen, opstellingsrichting), aan te leggen landschappelijke inrichting, minimale rijafstanden i.v.m. onderhoud, aanwezige sloten etc. Door kleine onderlinge rijafstanden zal deze variant leiden tot een opstelling met veel interne parkschaduw (schaduw van het ene paneel op het andere paneel) en dus een relatief lage productie per paneel. Hier staat tegenover dat in absolute zin de meeste kWh’en worden geproduceerd. De uitvulfactor van deze opstellingsvariant ligt op ongeveer 0,6 tot 0,7 hetgeen betekent dat 60-70% van het oppervlakte wordt gebruikt voor panelen.
Aan de andere kant van het spectrum wordt een opstellingsvariant doorgerekend waarbij de panelen optimaal produceren. Hierdoor zal de rijafstand groter moeten zijn, om zodoende interne parkschaduw te voorkomen. De productie per paneel is dan optimaal, maar er kunnen minder panelen geplaatst worden op de locatie dus de absolute hoeveelheid kWh’en zal significant lager zijn. In deze variant zal de uitvulfactor ongeveer 0,2 – 0,3 zijn.
Wanneer de uitersten bekend zijn kan aan de hand van een aantal iteraties de optimale opstelling bepaald worden. Wat optimaal is zal sterk afhangen van de algemene vaste kosten van de locatie zoals de gebruikskosten van de grond, leges, netinpassing etc. Bij hoge vaste kosten zal meer kWh opgewekt moeten worden om te komen tot de laagste kostprijs per kWh.
Hoe beïnvloedt de SDE+ mijn ontwerp?
Met betrekking tot voornoemde iteraties moet ook goed het subsidiesysteem in beschouwing worden genomen. Nederland heeft met de SDE+ regeling een subsidieregeling die gemaximeerd is in het aantal vollasturen. Bovendien kan binnen de SDE+ regeling forward en backward worden ‘gebankt’ hetgeen betekent dat onder en overproductie tussen jaren gecompenseerd kan worden. Wanneer desondanks na 15 jaar tijd de beschikte subsidie niet volledig gebruikt is, kan het restant worden gebruikt in jaar 16 (het bankingjaar). Voorgaande heeft grote gevolgen voor het ontwerp van een zonnepark. Het kan over het algemeen namelijk financieel niet uit om meer te produceren dan gemiddeld 950 vollasturen. De kosten om deze kWh’en te produceren zijn er wel, echter de compensatie ontbreekt (of slechts de grijze marktprijs). In aanvulling hierop kan het, door toepassing van een optimale configuratie, juist wel lonen om gebruik te maken van het 16e jaar (het banking jaar). De design consequentie is dat panelen veelal platter worden gelegd en dat een extra aantal iteraties nodig is om tot een optimaal design te komen.
Wat is de beste aanpak m.b.t. omvormers?
De omvormer is een van de duurdere en onderhoudsgevoelige onderdelen binnen een zonnepark. Aangezien de zonnepanelen slechts een aantal keer per jaar op volledige capaciteit zullen produceren zal bij het ontwerp getracht worden om zo min mogelijk omvormers te plaatsen. Hierdoor zal de overload factor omhooggaan. De overload factor is de verhouding tussen de capaciteit van de omvormer en het opgestelde vermogen. Door de omvormers te onder dimensioneren kunnen kosten voor omvormers worden bespaard. De consequentie hiervan is dat op momenten van piekproductie, een klein deel van de productie verloren gaat (ca. 1%-3%). Afhankelijke van de exacte kosten van de omvormers en de locatie specifieke energie productie kan op deze wijze het ontwerp verder worden geoptimaliseerd.
Nog een reden om omvormers te onder dimensioneren
Het piekvermogen van een zonnepaneel (kWp) is het vermogen dat tijdens de tests in de fabriek worden gehaald onder Standard Test Conditions (STC). Deze test condities (onder andere een lichtinval van 1.000 W/m2 (bij loodrechte instraling) en een paneel temperatuur van 25⁰ Celsius) worden in de praktijk echter niet gehaald. Het zonlicht In Nederland is vrijwel altijd minder intens dan 1.000 W/m2. Een hogere paneel temperatuur resulteert in een daling van het rendement. De paneel temperatuur ligt al snel op 20⁰ – 30⁰ C hoger (afhankelijk van de hoeveelheid instraling, koeling door luchtstroming en de buitentemperatuur). Een paneel temperatuur van 45⁰ C kan leiden tot een vermogensverlies van 8 – 9 %. Een lagere paneel temperatuur zorgt voor het tegenovergestelde effect. We zien overload factoren van 20% tot 40% Bij een overload factor in Nederland van 20% dient rekening te worden gehouden met een klein productieverlies tijdens hoge instraling. Dit weegt echter niet op tegen de winst tijdens lagere instraling. Want bij onder dimensioneren wordt een omvormer zwaarder belast en heeft daardoor een hogere efficiency.
Relatie tussen Ontwerp en Onderhoud
Onderhoudskosten worden in hoge mate bepaald door twee zaken: 1. de keuze voor het materiaal gebruik en 2. het ontwerp van het zonnepark. Dat de keuze voor het materiaal meeweegt in de onderhoudskosten spreekt voor zich (zie ook onze voorgaande artikelen). Bij het ontwerp dient daarnaast goed nagedacht te worden over het onderhoud van het operationele park, zoals bijvoorbeeld de aanleg van onderhoudswegen, de bereikbaarheid van panelen en de omvormers, de inrichting van het terrein, het plaatsen kabeltracés, de keuze voor de groenvoorziening, gebruik van grassoorten, plaatsing van de hekken/afrasteringen, afstanden tot sloten etc. De keuzes die hier gemaakt worden bepalen in hoge mate het aantal onderhoudsuren dat nodig is op locatie.
Een veel vergeten voorbeeld om het park te optimaliseren is de tussenafstand tussen panelen. Deze wordt vaak gesteld op circa 2 meter om zodoende voldoende ruimte te laten voor machines voor onderhoud. Vaak kan deze tussen rijafstand kleiner gemaakt worden als er rekening mee wordt gehouden dat de machines aan de ene zijde kunnen manoeuvreren onder de hoge zijde van de panelen. Bij een tafel van 3 panelen in portrait en een hoek van 20 graden is het hoogste punt als snel 2,40 meter. Hetgeen ongeveer een halve meter extra ruimte biedt voor de machines. Op een groot perceel kunnen dan weer 1 of 2 rijen extra panelen worden geplaatst. Het loont dus om goed na te denken over het onderhoud en hier in het ontwerp al reeds rekening mee te houden.
Is het zinvol om met trackers te werken?
We krijgen in onze praktijk ook veel vragen over het nut van zogenoemde solar-trackers (single of multi-axle). Een zonnepaneel presteert optimaal onder een hoek van 34⁰-36⁰ graden en een azimuth van 0⁰ graden (zuiden). Wanneer de panelen niet 100% op zuid georiënteerd staan, maar bijvoorbeeld 5⁰ graden afwijken dan leidt dat tot mindere prestaties. Dit effect kan worden voorkomen door de panelen met de zon te laten meedraaien en dus continue optimaal op de zon gericht te houden. Door de zon te volgen kan in Nederland, in theorie ongeveer 25% meer productie worden gehaald zonder rekening te houden met additionele verliezen (zoals schaduw). Trackers verhogen echter de installatie kosten en leiden tot hogere onderhoudskosten door meer draaiende delen. Bovendien is het geïnstalleerd vermogen kleiner door de benodigde ruimte voor de tracker tafels. Er moet rekening worden gehouden met 10-12% hogere aanschafkosten en 3-4% hogere operationele kosten. In de Nederlandse praktijk, een klimaat met veel diffuus licht, hebben wij nog geen voorbeelden gezien waarbij de winst van het gebruik van trackers opweegt tegen de hogere kosten.
Oost-West een zinvol alternatief ontwerp?
Bij een zogenaamde Oost-West opstelling liggen de panelen niet op het zuiden georiënteerd, maar richting het Oosten en het Westen, de panelen liggen onder een kleinere hoek (8⁰ – 15⁰ graden). Een zonnepark met een zuid opstelling heeft een typische energieopbrengst met een steile piek rond de middag. In de ochtend en in de avond is er weinig tot geen energieopbrengst. Een Oost-West opstelling daarentegen heeft een minder steile piek rond de middag maar meer opbrengst in de ochtend en de avond, hetgeen ook gevolgen heeft voor het aantal omvormers en de overload factor. Door de kleinere hoek van de panelen, is er minder schaduw van de panelen onderling. Het geïnstalleerd vermogen (kWp/m2) is daardoor hoger (uitvulfactoren van 0,9 zijn mogelijk) bij een park met Oost -West opstelling. Afhankelijk van de PPA en de ontwikkeling van de elektriciteitsprijs kan dit in de komende jaren lucratief zijn gezien dat op de APX, de elektriciteitsprijs op de dag markt in de ochtend en de avond gemiddeld hoger ligt dan rond de middag. Hoe meer zon er geïnstalleerd zal gaan worden hoe interessanter dit zal worden. Met name in de regio’s in Nederland met relatief hoge zoninstraling (>950 flh) en projecten met hoge algemene kosten adviseren wij om ook een Oost-West opstelling goed door te rekenen.
Greensolver hoopt u door middel van de afgelopen artikelen inzicht te hebben gegeven in een aantal technische aspecten m.b.t. zonneparken. Deze serie van artikelen willen we besluiten met een laatste artikel waarin we ingaan op een ander kennis vlak van Greensolver, namelijk: het Asset Management. Wij zullen u in dit artikel informeren over de meerwaarde van goed Asset management voor een zonnepark en hoe dit in zijn werk gaat.