Opwekking van energie met zonnepanelen voor billboards: hoe bepalen we de juiste afmeting?

Begin met de energiebehoef, niet met de hoeveelheid zonlicht

De meeste klanten vragen eerst: ‘Hoeveel zonnepanelen hebben we nodig?’ We stellen twee vragen: ‘Hoe veel watt verbruikt het display en hoe lang werkt het per nacht?’

Een statisch billboard dat verlicht wordt met LED-lampen heeft een geringe energiebehoef (meestal enkele honderden watt voor een groot formaat); de exacte waarden vind je in de technische specificaties van de displayfabrikant. Een digitaal billboard met bewegende onderdelen vereist echter veel meer energie (meestal enkele kilowatt) en werkt 24 uur per dag. Als je de afmeting van de zonnepanelen bepaalt op basis van de hoeveelheid zonlicht en niet van de energiebehoef, kan de uiteindelijke prijsverlaging aanzienlijk afwijken van de verwachte.

Waarom is dit belangrijk?

Een onjuiste schatting van de energiebehoef leidt tot onnodig dure of onzuinige oplossingen. Dit kan tot extra kosten of zelfs tot het niet werken van het billboard. Het is dus belangrijk om de energiebehoef nauwkeurig in te schatten voordat je de juiste afmeting van de zonnepanelen bepaalt.

De gebruiksduur is even belangrijk als de wattage. Reclameborden die alleen verlichting bieden zijn actief van zonsondergang tot zonsopkomst, of van zonsondergang tot middernacht als de lokale regelgeving de verlichtingstijd beperkt; digitale schermen zijn 24 uur per dag aan. De dagelijkse energieverbruik (in kWh) wordt berekend door de wattage te vermenigvuldigen met de gebruiksduur. Alles wat daarna nog wordt besloten, hangt af van deze ene cijfer.

Drie cijfers bepalen het systeem

Zodra de dagelijkse energieverbruik is vastgesteld, wordt de keuze voor het juiste systeem bepaald door drie belangrijke factoren:

1. Autonomie van de batterij (in dagen): Op de meeste markten wordt er een autonomie van 3 dagen verondersteld; op monsungebieden of in tropische regio’s, waar het vaak gedurende meerdere dagen bewolkt is, is de autonomie 5 dagen. Dit is een engineeringafsprake, geen wettelijke vereiste. Een koper die zich hard maakt voor een autonomie van 1 dag om kosten te besparen, moet ervoor inleveren op de beschikbare tijd dat het apparaat werkt (display uptime), omdat de batterij dan kleiner moet zijn.

1. Bruikbare batterijcapaciteit: De benodigde energie gedurende de hele autonomieperiode wordt gedeeld door de bruikbare diepte van de batterij (DoD, Depth of Discharge). Voor LiFePO4-batterijen wordt een DoD van ongeveer 80% gebruikt; dit is conservatief gezien de chemische eigenschappen van de batterijen en biedt ook ruimte voor eventuele capaciteitsverlies in de loop der tijd.

1. Panelvermogen (in watt): De dagelijkse energiebehoef wordt gedeeld door het aantal piekzonnuimen op de locatie, waarna er nog eens 25–35% wordt toegevoegd voor echte verliezen: temperatuur van de batterijcellen, vuil op het paneel, kabeling, en de efficiëntie van de controller en omvormers.

Hieronder staat een voorbeeld met ronde cijfers, zodat de berekeningen eenvoudig zijn te begrijpen. Dit is slechts een illustratie; het betreft geen concreet prijsopgave.

• Weergave: Zes 120-watt LED-flutlichten die elke nacht 10 uur aanstaan → 7,2 kWh per dag.
• Accu: 7,2 kWh × 3 dagen ÷ 0,8 (verbruik van de accu in de eerste dagen) → een accu met een capaciteit van 27 kWh.
• Zonnepanelen: 7,2 kWh ÷ 4,5 uur piekzonnigheid ≈ 1,6 kW minimale vermogen; met een afname van 30% wordt een vermogen van ca. 2,1 kW vereist. Hiervoor zouden we zes 400-watt-zonnepanelen gebruiken (in totaal 2,4 kW).

De controller reguleert het geheel. Wanneer het spanningsverhouding tussen de zonnepanelen en de accu meer dan 1,5 is, gebruiken we een MPPT-controller (Maximum Power Point Tracking); anders is een PWM-controller de beste keuze. Onze calculator voor de keuze van de controller berekent dit op basis van de door u gegeven cijfers, en de energiebalanscalculator bepaalt de dagelijkse energieopwekking.

De vijf onderdelen en wat elk onderdeel moet kunnen doorstaan

Een zonnepanelensysteem bestaat uit vijf functionele onderdelen: de zonnepanelen, de accu, de controller, de weergave en het besturingssysteem. De oorspronkelijke beschrijving op deze pagina noemt deze onderdelen correct. Wat de beschrijving echter niet vermeldt, is wat elk onderdeel moet kunnen doorstaan gedurende een periode van 15 jaar – bijvoorbeeld op de rand van een snelweg of op een dak.

Modulen: Monokristalline siliciumpanelen hebben de hoogste omzettingsefficiëntie per vierkantmeter, wat belangrijk is wanneer de panelen moeten concurreren met andere objecten op dezelfde montagelocatie. Een bepaalde hoek van het paneel ten opzichte van de horizon (tilt) wordt gekozen afhankelijk van de breedtegraad van de locatie; deze hoek optimaliseert de jaarlijks opgebrachte energie. In gebieden met cyclonen wordt de mogelijkheid om het paneel te kantelen beperkt en worden er meer panelen geplaatst, omdat een te groot kantelen ook de oppervlakte van het paneel verkleint. Vervuiling is een ernstig probleem: stof van de snelwegen kan de jaarlijks opgebrachte energie al na enkele weken verminderen, en de kosten van het schoonmaken zijn lager dan de kosten van extra panelen die nodig zijn om de verminderde opbrengst te compenseren.

Accu: Voor het opslaan van energie worden LiFePO4-accu’s gebruikt. Deze accu’s hebben een lange levensduur, vereisen geen onderhoud en vertonen minder risico’s bij hoge temperaturen dan oudere lithium-accu’s. Het batteriemanagementsysteem (BMS) houdt de verschillende cellen in balans en stoppt het opladen wanneer de temperatuur te hoog wordt. Er is ook een reservecapaciteit voorzien voor het geval van aanhoudende regenbuien. De behuizing van de accu’s moet in warme klimaten goed thermisch worden beheerd, aangezien de temperatuur op het dak in de zomer tot boven de 45 °C kan oplopen.

Controller: De controller reguleert het opladen van de batterij en beschermt deze tegen schade. Monteer de controller in een ventilerende, schaduwrijke omgeving; de meest voorkomende fout is dat de controller door de hitte in een afgesloten behuizing op een zuidgerichte muur wordt beschadigd.

Display en bediening: Een lichtsensor schakelt het licht automatisch in en uit op basis van het tijdstip en de omgevingsverlichting. Met afstandsmeting kan de status van het systeem worden bijgehouden via het mobiele netwerk; foutmeldingen worden zo snel mogelijk naar het onderhoudsteam gestuurd, nog voor dat de betreffende billboard het zelf kan aangeven. Bij digitale displays worden ook telemetriegegevens via dezelfde communicatiekanalen overgedragen, zodat de operator kan zien wanneer het scherm om 02:10 uur uit is gegaan – in plaats van pas tijdens de dagelijkse controlebezoek.

Structuur en locatie: deel waar kopers vaak voorbijlopen

Een billboard is in feite een soort ‘zeil’: zowel de panelen als het displayoppervlak worden door de wind beïnvloed. De bevestigingsbracket is het enige onderdeel van de constructie waarvan de kosten pas worden bepaald tijdens de technische beoordeling.

Windbelasting eerst, overgeven van de structuur pas daarna. Het ontwerp van de brackets moet de windbelasting van de zonnepanelen en het display kunnen dragen; in onze projecten is dit vaak de reden waarom de economische haalbaarheid niet wordt behaald, wanneer dit te laat wordt ontdekt. De bescherming tegen roest is ook belangrijk: op kusten en langs snelwegen komt zout en ontijzingsspuit in contact met de materialen. We gebruiken standaard hot-dip-galvaniseerd staal met een toplaag als bescherming – dit is geen extra optie.

Gronding en bliksembeveiliging. Reclamestructuren zijn hoog en blootgesteld aan weersomstandigheden; een goede grounding-oplossing beschermt de elektronische onderdelen erachter. In onze ervaring wordt de grounding-meeting vaak het eerste onderdeel uit goedkope offertes geschrapt, en dit is ook het eerste onderdeel dat tijdens onweersbuien niet meer werkt.

Bescherming tegen buiteninvloeden. Kabelkasten, controllers en aansluitingen worden jarenlang buiten gebruikt. We accepteren alleen een beschermingsniveau van IP65; een lagere beschermingsniveau vereist een onderhoudscontract.

Schaduwbeveiliging. Een nieuw gebouw, een rij bomen of de mast van de billboard kan urenlang schaduw over de zonnepanelen werpen. Voer eerst een schaduwanalyse uit voordat je het staal bestelt; ons schaduwanalyse-instrument kan dit seizoensgebonden doen.

Redundantie en onderhoud: De belangrijkste onderdelen (controller, BMS, sensoren) worden als reserveonderdelen opgeslagen op verschillende locaties. Een defecte controller op een afgelegen locatie betekent dat er een hele truck met onderdelen moet worden gestuurd om het onderdeel te vervangen. Tweemaal per jaar worden de verbindingen, de draaikracht, de vervuiling en de conditie van de batterijen gecontroleerd; dit zorgt ervoor dat het systeem zijn geplande levensduur van 15 jaar kan halen.

Urbane digitale billboards: een combinatie van zonnenergie en het elektriciteitsnetwerk is beter dan alleen zonnenergie

Voor een 24-uursdurende digitale display in een stad wordt het gebruik van puur onafhankelijke zonnenergie al snel duur: de oppervlakte van de zonnepanelen die nodig is voor continuër gebruik concurreert met de beschikbare ruimte op het dak, en elke storm vormt een risico voor de inkomsten. De configuratie die wij voor urbane locaties aanbevelen, is een hybride systeem dat is verbonden aan het elektriciteitsnetwerk. De zonnepanelen voorzien de energiebehoef tijdens de dag en compenseren de kosten van het elektriciteitsverbruik; de accu zorgt voor een continuïe werking van de display tijdens stroomstoringen. De verbinding met het netwerk garandeert dat de display nooit uitgaat. Een uitgeschakelde digitale billboard betekent verlies van advertentieinkomsten – de verbinding met het netwerk is dus een goede vorm van ‘verzekering’ tegen dit risico.

Op afgelegen locaties langs snelwegen is het anders: de uitbreiding van het elektriciteitsnetwerk kan duurder zijn dan het zonnensysteem zelf; daarom is de onafhankelijke variant economisch gezien de beste keuze. Dit geldt ook voor bushaltes, luchthaventerreinen en parkeergebieden bij tankstations: hier zijn de energiebehoefen relatief laag, de locaties zonnig en er is geen praktisch probleem met de stroomtoevoer via het netwerk.

De applicatiekaart is breder dan de poster op de snelweg. De billboards langs de snelweg zijn geplaatst op afgelegen, zonnige locaties, waar het verlengen van het elektriciteitsnetwerk een duur optie is; daar profiteren ze het meest van de zonnestraling. Busstations combineren een geringe energiebehoef met veel voetverkeer en beperkt ruimte, waardoor compacte, geïntegreerde ontwerpen handig zijn. Vliegvelden en transportcentra hebben naast een energiebehoef ook een vereiste voor betrouwbaarheid; hun grote dakoppervlakken bieden ruimte voor zonnepanelen. Tankstations, buurtwinkels, reclameborden, sportstadions en evenementenlocaties volgen hetzelfde patroon: een geringe energiebehoef, een zonnige locatie en geen mogelijkheid om het elektriciteitsnetwerk te verlengen. In alle gevallen blijft de bepaalde methode voor het bepalen van de grootte van de zonnepanelen hetzelfde; alleen de lijst met de energiebehoeften verandert.

Wat de zonnestroom bespaart – en waar dat niet het geval is

Elektriciteit en aansluitingskosten: De gebruik van zonnenergie vermindert of elimineert de behoef om elektriciteit van het netwerk aan te schaffen voor verlichting, en bespaart ook kosten voor het graven van kabels en het plaatsen van transformators op afgelegen locaties. Op een locatie langs een snelweg, op 20 km afstand van de dichtstbijzijnde elektriciteitsbron, kunnen de aansluitingskosten de totale kosten van het zonnensysteem zelfs overtreffen. Koolstofuitstoot: Elke kWh elektriciteit die door zonnenergie wordt geproduceerd, is een kWh die niet door het elektriciteitsnetwerk of een dieselgeneratoren wordt opgewekt. Waar een dieselgeneratoren de standaardoplossing is in plaats van een aansluiting aan het netwerk, geeft onze vergelijking tussen diesel en zonnenergie op het gebied van CO2-uitstoot aan hoe veel brandstof kan worden bespaard. Storingen op de locatie: Er is geen behoef tot graven van kabels of het aanbrengen van transformators; de zonnepanelen en batterijen zijn direct op de betreffende constructie geplaatst. Dit is belangrijk op landschappelijk waardevolle locaties of in ecologisch gevoelige gebieden, waar een aansluiting aan het netwerk extra toestemmingen vereist. Inkomstenbescherming: Voor een reclamebureau is een ononderbroken bedrijfsvoortgang van grotere waarde dan de energiekosten die worden bespaard. De combinatie van zonnenergie en energieopslag zorgt ook voor een betere kwaliteit van het elektriciteitsaanbod.

De terugverdiening hangt af van één vergelijking: de kosten van het uitbreiden van het elektriciteitsnetwerk plus de kosten van elektriciteit over een periode van 15 jaar, versus de installatiekosten van het zonnepanelensysteem. Op plekken waar het elektriciteitsnetwerk dichtbij is en de energieprijs laag is, wordt deze vergelijking eenvoudiger; in deze gevallen spelen factoren als de uitstoot van koolstof en de steun van de overheid een belangrijke rol. Bovendien zijn er extra voordelen, zoals inkomsten van het koolstofhandelssysteem en groene certificaten voor advertentieobjecten uitgerust met zonnepanelen. Op plekken waar het elektriciteitsnetwerk verder weg is, is de zonnepanelentechnologie meestal de beste optie. Onze economische analysecalculator voert deze vergelijking uit op basis van uw tarieven en investeringskosten.

We zeggen ‘nee’ tegen kopers in drie gevallen:

1. Op plekken met weinig zonlicht en geen back-up van het elektriciteitsnetwerk, waar een 24-uursdig digitaal display wordt gebruikt;
2. Op plekken waar schaduwingen niet kunnen worden vermeden;
3. Voor projecten waar de windbelasting nog niet is bekeken door een gekwalificeerde constructieengineer.

De eerste twee redenen zijn van economische aard; de derde reden is veiligheid.

Wat deze pagina niet behandelt:

Deze pagina gaat over de fotovoltaïsche energievoorziening voor billboards: de belasting, opslag, energieopwekking, de constructie en de besturing. Het wordt hier geen aandacht besteed aan de aankoop van displays, de vereisten voor het gebruik van licht tijdens bepaalde uren, de voorwaarden van de grondhuur of de logistiek voor de recycling van batterijen. Bovendien vormt deze pagina geen vervanging voor een specifiek voor het terrein uitgevoerde constructieberekening. Stuur ons de technische gegevens van de display en de coördinaten van het terrein, dan kunnen we samen de benodigde afmetingen bepalen. Voor het licht rondom het terrein (parkeerterreinen, toegangswegen, perimeten) worden onze all-in-one zonnepalen onze all-in-one zonnepalen gebruikt; deze werken volgens dezelfde technische principes, maar op een kleinere schaal.