Dit demonstratieproject wordt medegefinancierd door de Europese Unie en de Administratie Land- en Tuinbouw van het Ministerie van de Vlaamse gemeenschap
Verslag excursie Zonne-energie 5 april 2006, Groot Hertogdom Luxemburg
Kelly Mermuys, Proclam vzw. Hans Pollaris, Proclam vzw. Geert Dooms, 3E
1 Inleiding Op 5 april trokken we met een 60-tal geïnteresseerde landbouwers en enkele installateurs richting het Groot Hertogdom Luxemburg. We bezochten zowel thermische systemen als PV-systemen. Het Groot Hertogdom Luxemburg is het schoolvoorbeeld in het gebruik van zonne-energie. Landbouwers, particulieren en gemeentes hebben massaal hun daken met zonnepanelen voorzien. Dit is mede veroorzaakt door de investeringssubsidie van 50% die het land voorzag voor het installeren van PV-systemen. Momenteel krijgt men in Luxemburg subsidies voor maximum 4 kWp/persoon. De vergoeding voor de groene stroom ligt op 0,53 /kWh. Voor zon thermische systemen wordt een subsidie gegeven op 40% van de investering (max 3000 ).
De jaarlijkse zonne-instraling ligt daar gemiddeld ook hoger dan in Vlaanderen wat het rendement van de zonnepanelen ten goede komt. De gemiddeld jaarlijkse opbrengst van een PV paneel in Luxemburg kan tot 1150 kWh per jaar en per geïnstalleerd vermogen van 1kWp bedragen.
In
Vlaanderen bedraagt de gemiddelde jaarlijkse opbrengst van eenzelfde PV paneel ongeveer 850 kWh/kWp per jaar en per geïnstalleerd vermogen van 1kWp met uitschieters (meer zonne-instraling) aan de kust en in de Kempen. Ook in Vlaanderen is het gebruik van zonne-energie om in een deel van uw eigen warm waterverbruik of elektriciteitsverbruik te voorzien zeker te overwegen. In volgend verslag overlopen we de 5 verschillende plaatsbezoeken van de excursie. Vooraleer dit door te nemen, doet u er goed aan om de verwachte ‘basiskennis’ rond PV- en zonthermische systemen te lezen in bijgevoegd document. Daarin hebben we ook de steunmaatregelen in Vlaanderen voor zonne-energie in uitgewerkt.
2 Plaatsbezoeken in Luxemburg 2.1 Stal met PV-systeem, Hoscheid-Dickt We bezochten een melkveebedrijf met een 40-tal melkkoeien. Het bedrijf had een PV-systeem met een nominaal vermogen of piekvermogen van 28 kWp op het dak (staalplaten) van de stal geïnstalleerd
(in
2003).
Er
zijn
224
modules
van
elk
125
Wp
geïnstalleerd
(224*125Wp=28000Wp=28kWp). De panelen zijn bevestigd met stokschroeven zodat ze geen druk ondervinden. Deze worden ingedraaid op de plaats waar de staalplaten zijn vastgemaakt wat voorkomt dat de staalplaten worden beschadigd. Bovenop deze schroef wordt een aluminium frame aangebracht waarop horizontale leggers worden bevestigd. Op dit aluminium frame liggen de PV-panelen. Onderaan het 1
frame
worden
beveiliging.
‘lipjes’
bevestigd
ter
De installatietijd (met twee
personen) bedroeg hier anderhalve week. 5 omvormers (voorzien van koelvinnen) waren gekoppeld aan de modules die in serie geschakeld liggen en parallel per omvormer verdeeld zijn. De afstand tussen de omvormers en de panelen wordt best zo kort mogelijk gehouden. De kostprijs van deze omvormers bedraagt tussen de 10 en 15% van de totale kost van het systeem (PV panelen, installatie, bekabeling, omvormers). De MTBF (mean time between failure) van de omvormer is 1 kans op 25 jaar, dit betekent dat de kans dat een omvormer stuk gaat, gemiddeld ligt tussen 1 en 25 jaar. Dus het is mogelijk dat de omvormer het eerste jaar stuk gaat, of ook pas na 25 jaar. De fabrikanten geven een garantie van 10 jaar. De meeste omvormers worden na ongeveer 12 jaar vervangen. De omvormers zijn beschermd tegen overspanning van het net (veroorzaakt door een fout bij de aansluiting
van
de
distributiecabine
of
door
een
indirecte
blikseminslag)
door
een
overspanningbeveiliging. Om een omvormer te beschermen tegen een directe blikseminslag kan een bliksemafleider geplaatst worden. Het aarden van de PV-modules is niet noodzakelijk indien omvormers toegepast worden met galvanische scheiding. De panelen zijn bestand tegen hagelinslag, maar men raadt af om erop te lopen. Moet u er toch op omdat er bijv. een groep duiven is overgevlogen dan legt u best een ladder op de panelen zodat u de druk verdeeld over meerdere panelen. Met behulp van een tuinslang kan u de panelen zuiver maken. In België en z’n buurlanden regent het voldoende waardoor het fijn stof afregent. In Zuid-Europa blijft het fijne stof op de modules liggen. Hier worden de panelen zuiver gemaakt door speciale reinigingsfirma’s. De vraag kwam of op een dak van een stal bestaande uit eternieten platen ook PV-panelen kunnen gelegd worden. Deze zijn doorlaatbaar voor bijv. amoniakemissies in tegenstelling tot staalplaten. Dit is mogelijk want het actieve deel van de PV-module zit volledig beschermd tussen glas en een isolatielaag. In Duitsland liggen al 10 jaar modules op stallen en heeft men nog geen problemen ondervonden.
2
2.2 Centraal stookhuis met een thermisch systeem en houtverbrander als naverwarming Hier stopten we aan een centraal stookhuis dat instaat voor de verwarming en voorziening van sanitair warm water voor 23 lage energie woningen (verbruik gas of stookolie < 6 l/m²/ jaar). Dit project werd gerealiseerd in 2005 met 50 % steun van de Europese unie. Op het dak van het ketelhuis liggen 180 m² thermische panelen (vlakke plaatcollectoren). De zonne-warmte opgenomen door de collectoren (via buisjes gevuld met glycol) wordt afgegeven aan een geïsoleerde boiler met een inhoud van 23000 liter. Door natuurlijke convectie is het boilervat verdeelt in temperatuurlagen, hoe hoger in de boiler het water zich bevindt, hoe warmer het water zal zijn.. Bovenaan in de boiler bevindt zich het warmste water. Hoe hoger de instraling van de zon, hoe warmer het glycol wordt en hoe hoger de warmte in de boiler wordt afgestaan. (in een bepaalde temperatuurlaag). Door deze temperatuurdifferentiatie in de boiler is er steeds warmte overdracht m.b.v. een warmtewisselaar mogelijk tussen het glycol en het water in de boiler. Op verschillende hoogtes in het boilervat zijn ingangen voorzien voor de warmtewisselaars met het glycol. Van mei tot september wordt met dit thermisch systeem voldoende warmte geproduceerd om al de aangesloten woningen te voorzien van warmte en sanitair warm water. In de winter of in periodes met minder zonne-instraling, is er automatische naverwarming met een houtbrander in het centrale boilervat. Deze ketel (200 kW) wordt automatisch gevoed met hakselhout van de omringende bossen en boomzagerijen. Via een systeem van goed geïsoleerde leidingen wordt het warme water naar de woningen gebracht. De warmte uit het centrale stookhuis komt in elke woning in een boiler terecht die voorziet in sanitair warm water, vloer- en wandverwarming (1 grote kring, iedereen neemt warmte af). Bij vertrek uit het stookhuis bedraagt de temperatuur van het water 75°C en het komt terug op 60°C. Er moet dus weinig energie toegevoegd worden om het water terug op temperatuur te brengen. Het huis dat het verst van de warmtebron verwijderd is, ligt op 300 meter. Het warmteverlies over die 300m bedraagt slechts 3°C. De geïsoleerde transportbuizen hebben een doorsnede van 15 cm. Daarin zitten naast een goede isolatie 2 buizen van 4 cm doorsnede. De ene buis brengt het water naar de huizen, de andere buis staat in voor de retour van het water naar het centrale ketelhuis. 3
Het initiatief voor het centrale stookhuis kwam vanuit de gemeente die ook de installatiekosten draagt. De aangesloten woningen betalen enkel hun verbruik. Ze worden gefactureerd op basis van een calorimeter die in elk huis aanwezig is.
2.3 Dakgeïntegreerd PV- en thermisch systeem Het huis van Nico Schmit (chauffagist die 2 vorige systemen installeerde) is een gerestaureerde vierkantshoeve waar ook z’n werkatelier ondergebracht is. Op het dak van zijn huis liggen zowel thermische (4) als PV-panelen (44). De PV-panelen hebben een piekvermogen van 14 kWp (rekening houdend met een gemiddelde opbrengst van 850kWh/kWp/jaar zou deze installatie 11 900 kWh elektriciteit opleveren in Vlaanderen per jaar) Het verschil met de vorige systemen is dat het hier om een volledig dakgeïntegreerd systeem gaat waarbij elke paneel tegelijkertijd dakbedekking is. Deze dakgeïntegreerde systemen zijn duurder dan de standaard panelen voor opdakmontage. Het is een esthetische oplossing die in sommige regio’s verplicht is. De panelen sluiten mooi tegen elkaar aan en worden afgewerkt met dakdichting. Ze beslaan een oppervlakte van 2,96 m² waarvan 2,5m² actief gedeelte. De thermische panelen zijn aangesloten op een boiler van 500 liter. De naverwarming gebeurt hier eveneens met een houtverbrander (55kW) die werkt op houtschilfers. Door de dalende opbrengst van PV-modules bij hogere temperaturen en de vragen bij waterdichtheid op lange termijn is deze montage niet aan te raden voor grotere montages in de landbouw.
2.4 PV-systeem op O-W georiënteerd dak, Eppeldorf In Eppeldorf bezochten we landbouwer Koch. Hij heeft een 28 kWp PV-systeem bestaande uit 140 panelen verbonden aan 5 omvormers. Deze panelen zijn naar het zuiden gericht op een dak met een oost-west oriëntatie. Deze oriëntatie
heeft men gerealiseerd door een platdakconstructie (uit
aluminium) onder de panelen te plaatsen.
4
Deze meerkost is verwaarloosbaar omdat de panelen op die manier meer opbrengen Deze platdak-montage zorgt bovendien voor een stijging van het rendement. Als de temperatuur achter de zonnepanelen hoger wordt dan 55°C daalt de elektriciteitsproductie. Door hun oriëntatie naar het zuiden liggen de panelen niet vlak tegen het dak waardoor een betere luchtdoorstroming op gang komt die de warme lucht achter de panelen afvoert. De panelen hebben weinig last van sneeuw door de gemiddelde helling van 35° (sneeuw schuift er gemakkelijk af). Is er toch een hevige sneeuwval dan zal dit sneller smelten omdat de panelen snel opwarmen.
De onderlinge afstand tussen de kepers van het dak bedraagt 1,2 meter. Extra kepers ter versteviging van het dak moeten niet worden toegevoegd omdat de constructie het gewicht van de panelen (18 kg/m²) kan dragen. De afstand tussen de panelen onderling en de afstand van de nok tot de eerste panelen noodzakelijk om geen beschaduwing te hebben, wordt berekend m.b.v. een computerprogramma. De uitgangstoestand bij de berekening is de plaatsingscurve van de zon wanneer zij haar laagste stand heeft bereikt (21 december). Deze
constructie
heeft
in
anderhalf
jaar
tijd
al
60
000
kWh
(normaal
28kWp*1150kWh/kWp/jaar*1.5jaar= 48 300kWh of gemiddeld 32 200 kWh/jaar) elektriciteit geleverd. De kostprijs was ongeveer 150 000 euro. Bij een daling van de hellingshoek met 10 % zal het rendement met 5 % dalen. Het rendement van de panelen neemt elk jaar met 1 % af. In Californië werd een test uitgevoerd waarbij 20 jaar oude panelen van een dak werden gehaald. Deze hebben ze aan de hedendaagse testmachines geplaatst 5
waaruit bleek nog een rendement van 81% hadden. De meeste leveranciers geven een garantie dat de panelen na 20/25 jaar nog 80% van hun nominaal vermogen kunnen opwekken. Het is belangrijk dit na te gaan bij de installatie van een systeem.
2.5 PV-systeem op masten, Mersch In het solarparc te Mersch staan 9 masten opgesteld met een PV-systeem erop die de zon volgt (2003). Elke mast werd gefinancierd door 1 gezin. Het park is goed voor een vermogen
van
18,36
kWp
(108*170=18.360kW) en bestaat uit 108 modules van 170 wattpiek. Elke mast bestaat dus uit 12 panelen (rechthoekig) met een totaal vermogen van 2,04 kWpen In het midden van deze opstelling van 12 panelen is er een opening gelaten (zie ook de foto)Dit omdat elke mast maar een maximum vermogen aankan die overeen komst 16 m² PVpanelen In het park staat een windmeter. Boven een maximale windsterkte gaan de panelen uit de wind liggen. Aan de zijkant van elke complex en bovenaan is er een lichtmeter geplaatst. Deze geeft de noodzakelijke oriëntatie voor een optimale lichtinval door aan de motor. De meerkost om het complex te doen draaien zorgt voor een extra rendement. De montage prijs komt neer op 0,4 /Wattpiek en de kost van de mast zonder PV-module bedraagt 2200 . De totale kost van het hele veld komt neer op 145000 . De opbrengst is 22000 kWh en de specifieke opbrengst komt dus neer op 1200 kWh / kWp / jaar (22000kWh/jaar/18.36kWp). Dit roterend systeem levert dus een meeropbrengst op van ongeveer 50kWh per kWp per jaar als we dit vergelijken met de gemiddelde opbrengst van 1150 kWh/kWp /jaar voor Luxemburg. Theoretisch zou het complex 360 ° rond zijn eigen as kunnen draaien maar in praktijk keert hij ’s avonds (als het donker is) terug naar zijn beginpositie (oosten). Dit is nodig want de elektricitische kabel bevindt zich onderaan de mast en niet op het draaiend gedeelte. Gegevens van de omvormer kunnen via een draagbare telefoon per omvormer doorgestuurd worden naar een computersysteem, die de waarden van het systeem kan volgen. Bij problemen kan het computersysteem de verantwoordelijke per sms waarschuwen. Dit probleem kan dan op de voet opgevolgd worden en opgelost binnen een redelijk termijn. . In plaats van de beurs te volgen, kan u nu uw elektriciteitproductie opvolgen en kijken hoe die rendeert. 6
Masten met zonnepanelen die op de grond zijn gemonteerd, nodigen meer uit tot criminaliteit dan PV-systemen op daken. Dit is ook de reden waarom er een stevige afsluiting rond het park stond.
3 Besluit De Vlaamse situatie verschilt van de situatie in Luxemburg. De zonne-instraling per jaar ligt lager en de subsidies verschillen. Toch is het zinvol om na te denken over eigen energievoorziening op landbouwbedrijfsniveau. In Vlaanderen kan u op bedrijfsniveau best zoveel elektriciteit of warmte produceren met de zon als u zelf nodig hebt. Zo bent u niet afhankelijk van de prijs die anderen voor groene stroom bepalen. Maar een goeie onderhandelaar kan misschien ook tot een goeie prijs komen… Een investering in zonne-energie op uw bedrijf zorgt op termijn voor het drukken van de vaste energiekosten. Kapitaal en de kennis om siliciumschijven te maken is beperkt tot enkele grote firma’s en de vraag naar siliciumschijven stijgt. Dit kan op termijn zorgen voor een tekort aan basismateriaal voor zonnecellen en kan de prijs tijdelijk doen stijgen. De bouw van toeleveringsbedrijven voor siliciumschijven die de capaciteit voor basismateriaal verhogen, duurt namelijk enkele jaren.
7
