PVOUT versus Peak Sun Hours
-- Waarom een hoge PSH niet betekent dat de energieopbrengst ook hoog is
PVOUT versus Peak Sun Hours: Waarom een hoge PSH niet betekent dat de energieopbrengst ook hoog is
Kort antwoord: Peak Sun Hours (PSH) geven aan hoe veel zonlicht er beschikbaar is. PVOUT geeft aan hoe veel energie een 1 kWp-systeem daadwerkelijk opwekt, nadat warmte, stof en omzettingsverliezen zijn afgetrokken. De verschillen tussen PSH en PVOUT zijn het grootst in hete woestijnen in juli: de maand met het meeste zonlicht levert juist de minste energie op. Het is belangrijk om de energieopbrengst te bepalen op basis van PVOUT, en niet op basis van PSH.
Twee verschillende metingen, twee verschillende doelen
| Meting | Wat het metert | Eenheden | Waarvoor we het gebruiken |
|---|---|---|---|
| Peak Sun Hours (PSH) | De dagelijkse globale horizontale straling (GHI), gemeten onder standaardtestomstandigheden (STC: 1.000 W/m²) | uur/dag | Voor een eerste beoordeling van de beschikbare zonenergie en een grove schatting van de systeemgrootte |
| PVOUT (photovoltaic power potential) | De netto-energieopbrengst van een 1 kWp-systeem na alle omgevings-, halfgeleider- en elektrische verliezen | kWh/kWp | Voor het voorspellen van de energieopbrengst en het bepalen van de grootte van het systeem |
PSH berekent door de totale dagelijkse straling op een horizontale oppervlak te delen met 1.000 W/m². Een dag in een woestijn met een straling van 7,5 kWh/m² wordt dus beschreven als ‘7,5 peak sun hours’. Dit is een aantaling van de beschikbare zonenergie, geen voorspelling van de daadwerkelijke energieopbrengst.
PVOUT begint bij dezelfde straling en trekt de energie af die het systeem verliest: opwarming van de zonnepanelen, vervuiling, verliezen in de inverter en het elektriciteitskabelsysteem, en onderdrukking van de energieopwekking door andere factoren. PVOUT geeft aan hoe veel energie het metertje daadwerkelijk heeft gemeten. PSH is de theoretische maximale energieopwekking die mogelijk is; PVOUT is de werkelijke energieopwekking.
De anomalie in Douglas, Arizona
In droge gebieden als Douglas, Arizona, laten de maandelijkse energieopwekkingsschijven een patroon zien dat kopers verbaast: de netto-energieopwekking bereikt in juli het minimum van het jaar – middenin de zomer. De jaarlijkse piek vindt echter in de lente plaats (maart tot mei), nog voordat de hitte, stof en andere negatieve factoren hun invloed beginnen te hebben. In juli spelen vier factoren samen een rol bij de lage energieopwekking:
1. Temperatuurverliezen in zonnecellen: Kristallines silicium (c-Si) heeft een negatieve temperatuurcoëfficiënt, meestal tussen -0,3% en -0,5% per graad Celsius. Als de temperatuur van de zonnecel boven de referentiewaarde van 25 °C stijgt, daalt de open-circuit-spanning (Voc); de kortsluitstroom (Isc) stijgt iets, maar kan de veroorzaakte energieverliezen niet compenseren. Hierdoor neemt de maximale vermogen (Pmax) af. Op 65 °C ligt de temperatuur van de zonnecel 40 °C boven de referentiewaarde, waardoor de energieverliezen rond de 12–20% uitkomen.
2. Thermische beperkingen van omvormers: De DC-uitstroom wordt verwerkt door string- of centrale omvormers. De hoge omgevingstemperaturen in juli zetten de koelingsmogelijkheden van de omvormers onder druk. Om te voorkomen dat schakelende componenten (zoals IGBT’s – geïsoleerde gate-bipolaire transistoren) overhitten, activeert het firmware-beheer systeem beperkingsmechanismen en beperkt de uitstroom in de warmste uren – precies op de momenten waarop het maximale vermogen (PSH) het hoogst is.
3. De monsoon verandert de lichtomstandigheden. Van juli tot augustus komt het zuidwesten van Amerika onder de invloed van de Noord-Amerikaanse monsoon, waardoor de samenstelling van het zonlicht verandert: er is meer diffuus, horizontaal zonlicht (DHI) en minder direct, verticaal zonlicht (DNI). De totale hoeveelheid zonlicht blijft hoog, maar de deel van het zonlicht die direct gebruikt kan worden, niet.
4. Stof plakt zich aan het glas vast. Conventieële winden voorafgaand aan de monzoonregen zorgen voor zware stofstormen (haboobs), waardoor het glas van de zonnepanelen bedekt raakt met fijne deeltjes stof. De eerste regen verandert deze stof in een kleverige laag die de volgende regen niet meer kan wegspoelen. Hierdoor neemt de vervuiling drastisch toe in de maanden waarin de energieopweking het hoogst zou moeten zijn.
Waarom dit belangrijk is voor het ontwerp van off-grid-systeemten
Ons werk draait om off-grid-zonnelichtsystemen, en deze verschillen in de lichtomstandigheden bepalen of een lichtbron ook in de slechtste maanden van het jaar nog werkt.
- Ontwerp gebaseerd op de slechtste maand, niet op het gemiddelde van het jaar: Een batterijopslaginstallatie die is dimensioneerd op basis van het gemiddelde jaarlijks zonneschijnsel (PSH – Peak Solar Hours) wordt de hele winter onvoldoende opgeladen. We berekenen de grootte van de zonnepanelen zo dat de energiebalans ook in de kortste en meest wolkige maand op zichzelf kan worden gecreëerd.
- Toepassen van een temperatuurreductiecoëfficiënt in warme klimaten: Hetzelfde coëfficiënt van -0,3 tot -0,5% per graad Celsius wordt gebruikt voor de berekening van de energieopbrengst in juli; dit coëfficiënt wordt ook toegepast op andere maanden waar de zonnepanelen onder hoge temperaturen werken. In koude klimaten werkt dit effect omgekeerd: de spanning stijgt naarmate de temperatuur daalt, waardoor MPPT-controllers (Maximum Power Point Trackers) hun kosten in de winter terugverdienen.
- Gebruik van PVOUT-daten voor de berekening van de energieopbrengst; PSH voor de screening van locaties: Openbare PVOUT-databases zoals PVGIS en de Global Solar Atlas bieden maandelijkse gegevens over de energieopbrengst (kWh/kWp) voor een specifieke locatie; deze cijfers zijn nodig voor de berekening van de batterijcapaciteit. PSH-mappen geven antwoord op de vraag of zonnenergie op deze plek überhaupt haalbaar is.
- Behandeling van verontreinigingen: In gebieden met veel stof wordt een toeslag voor verontreinigingen van de zonnepanelen gerekend en een regelmatig reinigingsinterval vastgesteld. Op projecten in gebieden met veel verkeer of in woestijnen kan deze toeslag het verschil uitmaken of de autonomie-doelstelling wordt behaald of niet.
Wat deze pagina niet behandelt:
- De specifieke technische details van de verschillende batterijtypen en zonnepanelen.
- De impact van andere factoren op de energieopbrengst, zoals weersomstandigheden en de levensduur van de batterijen.
- De kostenaspecten van het ontwerp en de implementatie van zonnepaneleninstallaties.
Op deze pagina worden de twee belangrijkste metriken voor het beoordelen van energiebronnen uitgelegd, en waarom deze metriken in het hoogseizoen van elkaar verschillen. De pagina behandelt geen onderwerpen als de voorspelling van financiële rendementen (P50/P90), de efficiëntie van bifaciale zonnepanelen, de nauwkeurigheid van de metingen, of het ontwerp van energiesystemen die zijn verbonden aan het elektriciteitsnet. Voor het bepalen van de grootte van een off-grid-verlichtingssysteem gebruikt onze energiebalansrekenaar maandelijkse gegevens over de zonnestraling, de grootte van de zonnepanelen en de batterijen; de rekenaar voor het bepalen van de grootte van zonnepanelen berekent vervolgens de vereiste panelen.