Oktober 2015
1
Zonne-energie
3
2
Technische analyse
4
3
Financiële analyse
10
Elektriciteitsverbruik Verrekenprijs Uitgangspunten Resultaten business case
10 10 11 12
4
13
Conclusies en vervolg
Een zonnepaneel zet zonlicht om in elektriciteit. Zonnepanelen zijn er in verschillende soorten en maten; de meeste varianten zijn circa 1,65 meter lang, 1 meter breed en wegen circa 20 kilogram. Om de stroom van zonnepanelen te kunnen gebruiken, moet deze nog wel geschikt worden gemaakt voor het elektriciteitsnet. Dit gebeurt door de omvormer, die de opgewekte gelijkspanning transformeert in bruikbare wisselspanning. Een groot zonneenergie-systeem bestaat meestal uit meerdere omvormers. Zonnepanelen werken zowel op direct licht als op indirect licht. Dit betekent dat zonnepanelen ook functioneren als het bewolkt is, maar zij leveren natuurlijk wel meer elektriciteit als de zon schijnt. Zonnepanelen zijn onderhoudsarm, stil en hebben een lange levensduur (25 jaar). De prijzen van zonnepanelen zijn de afgelopen jaren sterk gedaald, in vijf jaar tijd met maar liefst bijna 75%, zoals figuur 1 laat zien.
Prijsontwikkeling kristallijne zonnepanelen 3,00 2,50
€ / Wp
2,00 1,50
Europa China
1,00 0,50 -
Figuur 1: De prijsontwikkeling van kristallijne zonnepanelen door de jaren heen.
De Opstandingskerk in Arnhem is gelegen aan de Rosendaalseweg 505. Het betreft een rijksmonument waarvan het hoogste dak - direct boven de kerk - in beeld is voor de plaatsing van zonnepanelen; zie figuur 2 hieronder. Doelstelling is het op jaarbasis opwekken van de hoeveelheid stroom die de Opstandingskerk zelf verbruikt (circa 30.500 kWh). In dit hoofdstuk worden de technische mogelijkheden voor een zonnepanelensysteem op het dak in kwestie vastgesteld. Gekeken wordt naar de invloed van schaduwwerking en obstakels, het voorziene legplan, de locatie van de omvormer(s), de geschiktheid van de huidige elektriciteitsmeter en de voorziene kabeltracés (AC en DC).
Figuur 2: Het hoger gelegen dak van de Opstandingskerk is beschikbaar voor zonnepanelen.
Schaduwwerking De zoninstraling is groot op het merendeel van het ovalen dak boven de kerk; zie figuur 3. Duidelijk wordt dat het lagere dak aan de noordoostzijde veel minder geschikt is voor zonnepanelen, doordat het vaak in de schaduw ligt van het hogere dak en de in het oog springende toren. Deze toren werpt ook schaduw op de (noord)oostzijde van het hogere dak, zoals goed te zien is in figuur 3. Het is raadzaam hiermee rekening te houden in het systeemontwerp. Het vermijden van schaduw is zeer belangrijk omdat schaduw op één paneel doorwerkt in de opbrengst van de hele string waarin dat paneel (in serie) geschakeld is.
Figuur 3: De zoninstraling op het dak van de Opstandingskerk Dakmateriaal, obstakels en draagvermogen Het dak in kwestie is gemaakt van bitumen, wat prima is voor de toepassing van zonnepanelen, en verkeert in goede conditie. Behoudens enkele aanzekeringspunten voor de valbeveiliging, een tracé van de bliksemafleiding en een kleine schoorsteen aan de rand zijn er geen obstakels die de fysieke ruimte voor zonnepanelen inperken. 2
Voor zonnepanelen met ballast dient het draagvermogen ten minste 20-25 kg/m te zijn. GAJ/VBW Architecten levert binnenkort informatie aan inzake het vrije draagvermogen van het dak.
Omgevingsvergunningsplicht Aangezien de Opstandingskerk een rijksmonument is, dient de realisatie van zonnepanelen vergund te worden. In dat kader is het belangrijk de zichtbaarheid van de installatie vanaf de openbare weg te reduceren. Een kleine hellingshoek van circa 10° biedt hiervoor uitkomst.
Figuur 4: Voorbeeld van een oost-west-opstelling onder een hoek van 10 graden. Voorziene opstelling Gebruikelijk in Nederland is dat zonnepanelen met een zuidelijke oriëntatie worden gemonteerd, om maximale opbrengst uit een module te halen. Om op een beperkte ruimte zoveel mogelijk duurzame energie te produceren, bieden oost-west-georiënteerde systemen uitkomst (zie figuur 4). De opbrengst is dan circa 10% minder, maar er kunnen wel meer panelen worden gerealiseerd, omdat geen ruimte tussen rijen panelen hoeft te worden vrijgehouden. Concreet zijn drie opties voor het dak van de Opstandingskerk denkbaar, die in de figuren 5 t/m 7 staan afgebeeld.
Figuur 5: Ontwerpvariant 1 met een oost-west-opstelling (10 graden, 132 panelen).
Figuur 6: Ontwerpvariant 2 met schaduwvrije zuidgerichte opstelling (10 graden, 80 panelen).
Figuur 7: Ontwerpvariant 3 met zuidgerichte opstelling (10 graden, 132 panelen).
De verschillende layout-opties staan in tabel 1 met elkaar vergeleken. Te zien is dat variant 2 qua productie per zonnepaneel het meest voordelig is, maar dat hiermee niet voldoende stroom kan worden opgewekt om - conform de wens van de Opstandingskerk - in de gehele eigen behoefte te kunnen voorzien. Dit is te wijten aan het feit dat minder panelen (schaduwvrij) kunnen worden gerealiseerd. In variant 1 (oost/west) wordt deze doelstelling wel benaderd met 132 panelen in oost-west-opstelling. In variant 3 kunnen ook 132 zonnepanelen gerealiseerd, maar is de invloed van schaduw zeer groot. Variant 1 lijkt voor de kerk dus de beste oplossing te zijn. Uitgangspunt in alle varianten is de keuze voor zonnepanelen met een vermogen van 270 Wp per stuk, omwille van het relatief hoge paneelvermogen in combinatie met de betaalbaarheid. VARIANT 1 (OOST-WEST)
VARIANT 2 (ZUID)
VARIANT 3 (ZUID)
Aantal zonnepanelen
132
80
132
Vermogen per paneel
270
270
270
Vermogen in kWp
35,64
21,60
35,64
Productie in kWh/kWp
850
950
750
Verwachte opbrengst
30.300 kWh
20.500 kWh
26.700 kWh
Aandeel stroombehoefte
Ca. 99%
Ca. 67%
Ca. 88%
Tabel 1: Kenmerken van de verschillende ontwerpvarianten. Locatie omvormers Omvormers zetten de geproduceerde gelijkstroom vanuit de zonnepanelen om in bruikbare wisselstroom. Via een nieuw te realiseren doorvoer in de stenen zijnkant van de toren kunnen de DC-kabels naar binnen worden geleid. In deze toren zijn diverse koele en beschikbare locaties voor de omvormers denkbaar, bijvoorbeeld helemaal op de begane grond (in de voet van de toren), maar eventueel ook hoger in de toren (direct bij de toegang naar het dak). Beneden in de toren hangt een verdeelkast, waar de AC-kabel op kan worden aangesloten, mits deze voldoende doorlaatwaarde heeft voor de variant met 132 panelen (ten minste 3 x 50 Ampère). Zo niet, dan zal alsnog een kabel naar de hoofdverdeler in de meterkast getrokken moeten worden.
Figuur 8: De mogelijke locatie voor de omvormer (links) en de verdeelkast (rechts) in beeld.
Elektriciteitsmeter De bestaande elektriciteitsaansluiting heeft een doorlaatwaarde van 3 x 60 Ampère. Dit is voldoende voor een zonnepanelensysteem bestaande uit 132 zonnepanelen. De meter zelf is echter niet geschikt, aangezien het een analoge teller betreft met slechts twee telwerken. Netbeheerder Liander kan een geschikte meter plaatsen, in de vorm van een slimme meter of een digitale meter met vier telwerken. Dit gebeurt doorgaans kosteloos wanneer wordt aangegeven dat de wens om zonnepanelen te realiseren ten grondslag ligt aan de gewenste aanpassing. Het is raadzaam hiervoor tijdig contact op te nemen met Liander.
Figuur 9: De huidige elektriciteitsmeter kan teruglevering van stroom niet registreren. Samenvatting Technisch gezien is de realisatie van een zonnepanelensysteem op het dak van de Opstandingskerk zeer reëel.
Op het dak, waarvan het draagvermogen nog onbekend is, kunnen 132 zonnepanelen schaduwvrij worden opgesteld via een oost-west-opstelling; Daarmee kan de Opstandingskerk haar eigen stroombehoefte op jaarbasis nagenoeg volledig opwekken; Via de toren kunnen relatief korte en dus efficiënte kabeltracés van en naar de omvormers worden gerealiseerd (DC en AC), wat niet alleen tot weinig kabelverliezen zal leiden, maar ook vanuit het kostenoogpunt gunstig is; De elektriciteitsaansluiting ter plekke is voldoende groot voor de inpassing van het systeem. Aansluiting van de AC-kabel op een vrije drie-fasen-groep in de verdeelkast nabij de toren is het meest voor de hand liggend, mits deze verdeelkast is afgezekerd met voldoende doorlaatwaarde (ten minste 3x50 Ampere); De elektriciteitsmeter zelf dient nog wel te worden vervangen voordat het zonnepanelensysteem wordt opgeleverd.
Technisch gezien lijken er dus geen belemmeringen te zijn voor het realiseren van een zonnestroomsysteem op het dak van de Opstandingskerk. De vervolgvraag is logischerwijs in hoeverre een investering in een dergelijk systeem financieel gezien de moeite waard is. Elektriciteitsverbruik Een belangrijke parameter bij het vaststellen van de juiste omvang van het zonnestroomsysteem is het elektriciteitsverbruik. Het is economisch namelijk niet zinvol meer stroom op te wekken dan het eigen verbruik, vanwege de beperkte terugleververgoeding per kWh. Het stroomverbruik van de kerk is de afgelopen jaren significant teruggedrongen na de toepassing van diverse energiebesparende maatregelen. De verwachting is dat in 2015 (en de jaren daarna) het stroomverbruik neerkomt op circa 30.500 kWh. Dit vormt het uitgangspunt voor de verdere berekeningen in dit hoofdstuk. JAAR
STROOMVERBRUIK
2013
37.300 kWh
2014
33.500 kWh
2015 (prognose op basis van actuele meterstanden)
30.500 kWh
Tabel 2: Ontwikkeling van het stroomverbruik van de Opstandingskerk. Verrekenprijs Op basis van het verbruik kan ook de verrekenprijs worden vastgesteld. Dit is de gemiddelde financiële waarde van een kWh stroom die de zonnepanelen produceren. De verrekenprijs wordt voor een BTW-plichtige kleinverbruiker berekend aan de hand van het leveringstarief, de energiebelasting en de BTW. Aanname is dat energieleverancier Greenchoice de volledige zonnestroomproductie met het verbruik saldeert. Uitgangspunten verrekenprijs Verbruik Verbruik piek Verbruik dal Tarief levering Piektarief Daltarief Energiebelasting incl. Opslag Duurzame Energie 0 - 10.000 kWh 10.000 - 50.000 kWh 50.000 - 10.000.000 kWh Overig Korting energiebelasting BTW-tarief
In kWh 19.500 11.000 Prijs per kWh € 0,0609 € 0,0458 Prijs per kWh € 0,1232 € 0,0515 € 0,0137 Percentage 50% 21%
Tabel 3: Uitgangspunten voor de verrekenprijs. Op basis van de uitgangspunten is de verrekenprijs € 0,1162 inclusief BTW (€ 0,0961 excl. BTW). Dit is de optelsom van de gemiddelde vermeden leveringskosten (€ 0,0566), het gemiddelde energiebelastingvoordeel (€ 0,0395) en de BTW.
Uitgangspunten Voor het berekenen van de financiële haalbaarheid zijn verder de volgende uitgangspunten gehanteerd: Uitgangspunten Aantal panelen Vermogen Prijs per Wp turn-key Totale investering Totale investering Levensduur zonnepanelen Zonuren Productie in jaar 1 Vermogensdegradatie Verrekenprijs per kWh Verrekenprijs per kWh Inflatie Beheer en onderhoud en verzekering Reservering omvormers Rente eigen vermogen
132 35.640 1,12 40.000 48.400 25 850 30.295 0,7% 0,0961 0,1162 2% 1% 1% 2%
Zonnepanelen Wp Euro excl. BTW Euro excl. BTW Euro incl. BTW Jaar Per jaar kWh Per jaar Euro excl. BTW per kWh Euro incl. BTW per kWh Per jaar Van de investering / jaar Van de investering / jaar
Tabel 4: Overige uitgangspunten voor de business case. De turn-key-aanschafprijs betreft een inschatting van Greenspread op basis van ervaring met soortgelijke projecten. In de aanbestedingsfase wordt het exacte bedrag verder geconcretiseerd. Zonnepanelen hebben een minimale levensduur van 25 jaar. Gedurende deze periode degraderen de panelen wel; dit houdt in dat het vermogen daalt. Er wordt echter wel een opbrengstgarantie gegeven. Deze garantie houdt in dat de zonnepanelen na 25 jaar nog een bepaald percentage van hun oorspronkelijke vermogen hebben en ligt bij de meeste aanbieders op 80%. Het aantal zonuren verschilt per jaar, maar gemiddeld zijn er in Nederland ongeveer 900 tot 1.000 vollasturen zon per jaar bij een zuidelijke oriëntatie. Op het dak van de kerk worden de panelen met een oost-west-oriëntatie geplaatst. We gaan daarom uit van 850 vollasturen. Zonnepanelen behoeven nauwelijks onderhoud, het is hooguit nodig de panelen eens per jaar schoon te maken. De levensduur van de omvormer is circa tien tot vijftien jaar. In de exploitatieperiode moet de omvormer daarom één of twee keer worden vervangen. Voor beheer, onderhoud, verzekeringen en de omvormervervanging de wordt jaarlijks een bedrag ter hoogte van 2% van de investering gereserveerd. In de berekeningen is uitgegaan van financiering door de kerk zelf, met eigen vermogen. Het rendement op de investering wordt vergeleken met het rendement dat zij zou kunnen krijgen als het geld op een spaarrekening wordt gezet tegen 2% rente. Uitgangspunt is dat de salderingsregeling van toepassing blijft voor partijen die voor 2020 in zonnepanelen hebben geïnvesteerd. Minister Kamp heeft aangegeven de regeling in 2017 te willen evalueren en mogelijk vanaf 2020 aan te passen.
Resultaten business case Wanneer de Opstandingskerk besluit zelf te investeren in zonnepanelen op de locatie aan de Rosendaalseweg 505 (met eigen vermogen) zijn de financiële resultaten (voor belasting) als volgt: Terugverdientijd: Projectrendement: Netto contante waarde:
15,4 jaar 4,7% € 15.000
De terugverdientijd is relatief lang door de energiebelastingteruggave en het feit dat de kerk als kleinverbruiker geen subsidiemogelijkheden kan benutten. Het systeem heeft echter een levensduur van ten minste 25 jaar en rekening houdend met alle exploitatielasten is het projectrendement circa 5%. Het is dus voor de kerk nog steeds interessanter om het geld in zonnepanelen te investeren dan het op de bank te laten staan. Om die reden is de netto contante waarde van de investering ook ruim positief. Onderstaande afbeelding geeft de totale kasstroomontwikkeling - op basis van alle toegelichte uitgangspunten - grafisch weer.
Kasstroomontwikkeling eigen investering € 60.000 € 40.000 € 20.000 €0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 -€ 20.000 -€ 40.000 -€ 60.000 Kasstroomontwikkeling inclusief BTW
Cumulatieve kasstroom inclusief BTW
NCW | WACC 2%
Figuur 10: De kasstroomontwikkeling (incl. BTW) bij een investering in 132 zonnepanelen.
De Opstandingskerk in Arnhem wil graag met behulp van zonnepanelen voorzien in haar eigen stroombehoefte. Het dak biedt - onder voorbehoud van voldoende draagvermogen voldoende fysieke ruimte om het hiervoor benodigde zonne-energie-vermogen te kunnen realiseren, maar de aanwezigheid van de hoge toren perkt het netto beschikbare schaduwvrije oppervlak significant in. Vastgesteld is dat een oost-west-opstelling van 132 panelen optimaal is. Een dergelijk systeem levert jaarlijks naar verwachting circa 30.300 kWh duurzame elektriciteit op, wat nagenoeg overeenkomt met het eigen verbruik. Via de toren kunnen relatief korte en dus efficiënte kabeltracés van en naar de omvormers worden gerealiseerd (DC en AC), wat niet alleen tot weinig kabelverliezen zal leiden, maar ook vanuit het kostenoogpunt gunstig is. De elektriciteitsaansluiting ter plekke is voldoende groot voor de inpassing van het systeem. Aansluiting van de AC-kabel op een vrije drie-fasen-groep in de verdeelkast nabij de toren is het meest voor de hand liggend, mits deze verdeelkast is afgezekerd met voldoende doorlaatwaarde (ten minste 3x50 Ampere). De elektriciteitsmeter zelf dient nog wel te worden vervangen voordat het zonnepanelensysteem wordt opgeleverd. Wanneer de Opstandingskerk besluit zelf te investeren in zonnepanelen op de locatie aan de Rosendaalseweg 505 (met eigen vermogen) zijn de financiële resultaten (voor belasting) als volgt: Terugverdientijd: Projectrendement: Netto contante waarde:
15,4 jaar 4,7% € 15.000
Naast een groot maatschappelijk rendement is dus ook een financieel rendement mogelijk. Het rendement zal in de praktijk minder gunstig uitkomen wanneer de salderingsregeling wordt aangepast en de nieuwe situatie ook geldt voor partijen die reeds in zonnepanelen hebben geïnvesteerd. Nu duidelijk is wat de technische en financiële mogelijkheden zijn voor de realisatie van een zonnepanelensysteem dient in de eerste plaats informatie over het draagvermogen achterhaald te worden. Vervolgens kan op basis van het voorziene ontwerp een omgevingsvergunningaanvraag worden ingediend. Na het verkrijgen van de vergunning kan een uitvraag voor de turn-key-realisatie van het zonnepanelensysteem worden uitgezet bij marktpartijen. Na de selectie van de partij met de beste prijs-kwaliteit-verhouding kan tot uitvoering worden overgegaan.
Utrechtseweg 310 / H02 6812 AR Arnhem (085) 40 13 470
[email protected] greenspread.nl
realising sustainable connections
