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
1. Zonne-energie
Bron: energieplus-lesite.be Zichtbaar spectrum
Bron: energieplus-lesite.be Energiestroom (watt per cm² en per micron)
Globale zonnestraling op een oppervlakte van 1 m², met een hellingsgraad van 45°, voor een Gemiddeld Standaardjaar in België +/- 1000 kWh/m²
160 140
120
kWh
100 80 60
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
40 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
Vooral diffuse straling
Verstrooide wolken, zon
Vooral directe straling
Zonnestraling W/m²
Bron: solarpraxis.com
Bron: ecoenergy
De jaarlijkse zonnestraling in België bedraagt gemiddeld 1.000 kWh/m2
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/m2;
- 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/m2-ratio (~150 Wc/m2) interessante productiedichtheid
8 Bron: energieplus-lesite.be
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 Scheidingsschakelaar gelijkstroom
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 © Energie Facteur 4 vzw
Bestaande elektriciteitsmeters (GRD)
Netwerk 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 19 uitzetting
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
Bron: WTCB
►
Complexe berekeningen -> gebruik dimensioneringstabellen (cfr. www.wtcb.be) 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 HERNIEUWBARE algemeen dalenENERGIEBRONNEN 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
7. Investering 3
Investering [EUR/Wp]
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
Alle formaten
• •
Financiële opbrengst MARKTPRIJS
# GSC/MWh
1 GSC voor de productie van
(GSC voor €85)
2,4 GSC / MWh
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 CO2-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]
Analyse van het gebouw (behoeften, dak, oriëntatie, …)
1.
›
/!\ 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 Bron: sbenergy
►
Hybride systemen › Fotovoltaïsche en thermische › Combinatie met warmtepomp
►
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:
[email protected]
43