Iets over capaciteitsberekeningen

Wat bereikt ons aan energie

De zonneconstante is een maat voor de hoeveelheid energie in de vorm van elektromagnetische straling van de zon die de aarde bereikt (Wikipedia). Deze bedraagt gemiddeld 1367 W/m2.
De zonneconstante is gedefinieerd op een bepaalde afstand van de zon.
Nu is de afstand van de aarde tot de zon, waardoor stralingsenergie fluctueert tussen 1412 W/m2 in januari tot 1312 W/m2 in juli, een fluctuatie van bijna 7 %.
Bovendien fluctueert het gemiddelde door een veranderende stralingsenergie van de zon zelf, een cyclische variatie om de 11 jaar.
Het gevolg is een lang niet constante zonneconstante.

Wat levert een paneel

Bij standaardzonnestraling wekt een zonnecel van 10 cm x 10 cm een gelijkstroom van 3 Ampère op of een gelijkspanning van 0,5 Volt. Omdat stroom en spanning in realiteit niet tegelijk maximaal zijn, bedraagt het nominale vermogen ongeveer 1,3 W per cel. Een typisch rendement van commercieel geproduceerde kristallijn silicium zonnecellen varieert van 13% voor polykristallijn silicium tot 15% voor monokristallijn silicium (siliciumschijven, die uit één groot 'monokristal' zijn gezaagd). Een standaard fotovoltaïsche module bestaat typisch uit 36 cellen in serie, waardoor deze een spanning kan leveren van 18V. Dit is een ideale spanning om hiermee 12-V batterijen op te laden.
De prestaties worden uitgedrukt in ‘Vermogen’ ( Watts ). Afhankelijk van de grootte, levert een S-40 40 Watt bij een goede instraling van de zon ( licht ).
Omdat zo’n instraling niet iedere dag voorkomt, wordt bij iedere module ( Paneel ) naast het piekvermogen ook de te verwachten gemiddelde dagopbrengst ( G. D. O. ) vermeld, deze dagopbrengst is een gemiddelde welke is berekend gedurende de zomermaanden.

In Nederland levert een zonne-energiesysteem optimaal rendement als het is gericht op het zuiden en aangebracht onder een hellingshoek van 35 à 40 graden. In de tabel hieronder kunt u zien hoeveel de opbrengst afwijkt bij andere oriëntaties en hellingshoeken

Opbrengst bij verschillende hellingshoeken en oriëntaties
  0° 30° 45° 60° 90°
Zuid (180°) 87% 98% 97% 94% 74%
ZO en ZW (135° en 225°) 87% 95% 94% 85% 70%
O en W (90° en 270°) 87% 84% 78% 73% 56%
Noord (0°) 87% 65% 52% 42% 33%

Wat verbruikt u aan energie

Voor uzelf is het best wel handig om ongeveer te weten wat u moet aanschaffen als zonnepaneel en accu.
Met de volgende twee voorbeelden willen wij een richtlijn te geven voor de berekening van uw benodigdheden.
We gaan ervan uit dat het paneel gemonteerd wordt op uw tuinhuis met voldoende vrije dakoppervlakte.

Gemiddeld verbruik per dag (voorbeeld 1)
Apparaat aantal vermogen uren per dag Totaal vermogen
Regelaar (eigen verbruik) 1 100 mW 24 2.4 W
led lampen 5 3 W 2 30 W
tuinpomp 1 60 2 120 W
diversen ? ? ? ?
Piekverbruik per nacht ca. 300 W

Gemiddeld verbruik per dag (voorbeeld 2)
Apparaat aantal vermogen uren per dag Totaal vermogen
Regelaars (eigen verbruik) 2 100 mW 24 4.8 W
led lampen 5 3 W 2 30 W
tuinpomp 2 60 2 240 W
kaspompen 2 20 0.2 8 W
diversen ? ? ? ?
Piekverbruik per nacht ca. 500 W

Een gedeelte van de verbruikers zal in het donker actief zijn. Dit vermogen wordt volledig uit de accu betrokken. In ons geval zal het grootste aandeel van de pomp en de lampen dus uit de accu moeten komen.
Dit betekent dus dat we eerst de accucapaciteit moeten berekenen en daarna de capaciteit van ons zonnepaneel. We willen de accu niet helemaal ontladen om de levensduur niet te veel te bekorten, bovendien is wat extra capaciteit nodig omdat we de pieken moeten opvangen.

Wat heeft u nodig

Voor een nachtelijk verbruik van 360W (=30A bij 12V) kunnen we een accu nemen van minimaal 60 Ah.
Het zonnepaneel moet dit verbruik kunnen compenseren, maar heeft daar in principe de hele dag de tijd voor. Of dit gebeurt hangt natuurlijk van de weersgesteldheid af. De sproeiregelaar zal de volgende nacht niet gaan sproeien als de accu overdag niet vol is geweest.
Voor de berekening van de gewenste paneelcapaciteit gaan we weer uit van de te verwachten gemiddelde dagopbrengst en het gemiddelde verbruik. Voor compensatie van 150W hebben we een paneel nodig met een G.D.O. van 150W ofwel 40Wp.

De praktijk

Het zal blijken dat in de loop der tijd er steeds meer verbruikers bijkomen (mollen- en muizenverjagers, waterkoker, omvormer naar 230V, radio/TV laptop, een tweede sproeiregelaar voor de kas, bewakingsapparatuur etc.). Ook zult u nu handmatig vaker water geven dan als u dat deed met de gieter. Toekomstige uitbreidingen zijn natuurlijk altijd mogelijk. Het voordeel van automatisch sproeien is dat de sproeicapaciteit min of meer evenredig is met de opgewekte zonenergie, waardoor de accucapaciteit niet onnodig groot behoeft te zijn. Bovendien zorgt uw sproeiregelaar ervoor dat de accu nooit wordt overladen of te diep ontladen.

Conclusie

Uit bovenstaande blijkt dat het niet eenvoudig - zoniet onmogelijk is een deugdelijke capaciteitsberekening uit te voeren.
Hier boven staan wat richtlijnen voor het berekenen van capaciteit. Maar uw energiewensen zijn volgend jaar weer anders en het weer (het licht) is vaak heel variabel.
Kies het zonnepaneel ruimer, de energieafgifte is minder bij ongunstge plaatsing, bovendien gaat u in de toekomst steeds meer gebruiken bv. koelbox,tv/radio, licht, omvormer (inverter) naar 230 V voor nog meer toepassingen.
Spurt Sproeisystemen heeft twee configuraties samengesteld, die in de praktijk goed werken. Deze zijn gebaseerd op tuinregelaar met 2 pompen en een kasregelaar met 1 pompje en 1 waterklep.
Beschikt u over veel apparatuur die overdag wordt gebruikt, kies dan een wat groter zonnepaneel. Gaat u 's-nachts meer gebruiken, kies dan voor een grotere accu (en zonnepaneel).
Terug