Zonnepanelen voor straatlantaarnen onder bomen: De oplossing met gesplitste panelen

Waarom de schaduw meer kost dan het op het eerste gezicht lijkt

Een zonnemodule bestaat uit een reeks zonnecellen, en de stroom die door deze reeks loopt, is gelijk aan de stroom die door de zwakste cel wordt geproduceerd. Als enkele zonnecellen worden bedekt (bijvoorbeeld door bladeren of schaduw), heeft dit invloed op de totale stroomopbrengst van de hele module. De bedekte cellen verbruiken energie in de vorm van warmte, waardoor de module uiteindelijk niet langer werkt. Bypass-dioden kunnen de schade beperken tot de delen van de module die ze beschermen, maar ze herstellen de verloren energie niet. Schaduw op slechts enkele cellen in een drie-diode-module kan tot een verlies van een derde van de totale opbrengst leidden.

Een MPPT-controller (Maximum Power Point Controller) helpt het systeem om de maximale energieopbrengst van de zonnemodule te realiseren. Hij kan echter de bedekte cellen niet opnieuw beschikbaar maken voor de stroomopbrengst. Evergreen-bomen zorgen het hele jaar door voor schaduw, terwijl bladerrijke bomen alleen in de herfst en winter schaduw veroorzaken. De periode waarin de energieopbrengst al beperkt is, is ook de tijd waarin de schade het meest merkbaar is.

Wat een ‘split-installatie’ eigenlijk inhoudt:

Een split-installatie houdt in dat de zonnemodule wordt gescheiden van de bevestigingsconstructie (bijvoorbeeld de muur of het dak). De panelen worden dan op een plek geplaatst waar ze volledig in de zon komen, en een kabel leidt de opgewekte energie naar de gebruiker. De technische keuzes die worden gemaakt bij de installatie kunnen de werking van het systeem drastisch beïnvloeden.

1. Spanningsdaling langs het kabeltraject: De stroom die van de accu wordt gebruikt, verliest energie na het lopen van een bepaalde afstand. Voorbeeld: een 300 W sterke lichtarmatuur die een 24 V accu oplaadt, gebruikt een stroom van ongeveer 13 A. Op een afstand van 20 meter (in totaal 40 meter kabel) is nodig ongeveer 16 mm² koper om de spanningsdaling onder de 0,5 V (ca. 2%) te houden. Op een afstand van 20 meter bij een spanning van 12 V is vier keer zoveel koper nodig om dezelfde spanningsdaling te bereiken, omdat de stroom dan het dubbele is. Het is deze berekening die bepaalt hoe ver de lichtarmatuur van de accu kan zijn geplaatst.

1. Kabelspecificaties: De kabel moet bestand zijn tegen UV-straling en moet worden begraven of geplaatst in een beschermend kanaal. Op plaatsen waar roddieren of maaiers kunnen komen, moet de kabel zijn beveiligd met een pantsering. Een ondergrondse installatie vereist dezelfde aandacht als elke andere begraven kabel: de kabel moet op de juiste diepte worden geplaatst, worden bedekt met een beschermende laag en de route moet gemakkelijk te vinden zijn.

1. Aansluitingen aan beide uiteinden: Hierdoor kunnen split-systeem (systeem waarbij delen van de installatie apart worden gebruikt) in de praktijk niet goed werken – niet vanwege de kabels zelf, maar vanwege de aansluitingen. De aansluitingen moeten voldoen aan de IP67-norm of een hogere standaard; er moet ook ontlastingsmateriaal worden gebruikt bij elke aansluiting. We specificeren deze aansluitingen volgens de vereisten voor buitenluchtinstallaties, omdat dit in feite ook de toepasselijke standaard is voor lichtarmaturen.

1. Aarding en bescherming tegen schokschalen: Zowel de armatuur als de lichtpaal moeten worden aangesloten op de aarding volgens de lokale regelgeving.

Een lange buitenloop dienst doet als ‘antenne’ voor de door bliksem veroorzaakte elektrische schokken; daarom is een bescherming tegen elektrische schokken aan de kant van de controller standaard in onze ontwerpen – dit is geen extra optie die kan worden verkocht.

1. De afstandelijke antennearray vormt een aparte constructie: deze staat op zijn eigen bevestiging en is van een afmeting die is bepaald op basis van dezelfde windberekeningen als voor een gewone paal. Onze windbelastingenrekenaar gebruikt de oppervlakte van de array, de bevestigingshoogte en de lokale windsnelheid om de benodigde belastingen voor de fabricage te bepalen.

De beslissregel die we toepassen

Wanneer een gedeelte van het terrein in de schaduw komt te staan, gaan we de mogelijkheden na in de volgende volgorde:

1. Eerst de vegetatie bijwerken of hierover onderhandelen. Dit is de goedkoopste oplossing. Vraag de toezegging schriftelijk op, want een ongeschreven belofte om de vegetatie te bijwerken kan eenvoudig worden vergeten wanneer de omstandigheden veranderen (bijvoorbeeld bij een nieuwe overeenkomst met de tuinonderhoudsbedrijf).
2. Als de schaduw permanent is, bereken de kosten van beide opties: verplaatsen van de installatie naar een zonnigere plek of splitsen van de installatie in meerdere delen. De optie om de installatie te splitsen is gunstiger wanneer de weggeometrie bepaalt waar de lichtbron moet worden geplaatst en de afstand tussen de verschillende delen van de installatie kort is. De optie om de installatie te verplaatsen is gunstiger wanneer er voldoende open zon is in de buurt en graven duur is.
3. Overweeg eerst de mogelijkheid om een hogere mast te gebruiken voordat u gaat graven. Soms kan een mast van 4–5 meter de panelen helemaal uit de schaduw halen, waardoor de kosten lager uitvallen dan de kosten van een kabelverbinding en de bijhorende civiele werkzaamheden.

Wat het splitsen van de installatie bespaart – eerlijk gezegd…

De voorafgaande kosten omvatten het onderzoek, het graven van kabelgangen, de kabels zelf en de montage van de aansluitingen aan beide uiteinden. De terugverdienning zit niet in het aantal bezoekers of de imago van de organisatie, maar in de langer durende levensduur van de batterijen en de verminderde behoef aan servicebezoekjes. Een LiFePO4-batterij (lithium-ijzerfosfaat) die chronisch onvoldoende is opgeladen, verliest al na enkele jaren zijn bruikbare capaciteit; de kosten voor het vervangen van zo’n batterij zijn zelfs hoger dan de kosten van de kabels. De besparing die hiermee wordt gerealiseerd, maakt de investering de moeite waard, aangezien de levensduur van de batterijen daardoor van twee tot drie jaar wordt verlengd tot meer dan vijf jaar. Dat is het hele businesscase – en dat is voldoende.

Wat deze pagina niet behandelt:

Deze pagina gaat over DC-gekoppelde split-array-schermen voor zonnige straatlantaarnen, waarbij het zonnepaneel de accu van de lantaarn op een speciale DC-verbinding oplaadt. Het gaat hier niet om lichtingssystemen die worden gevoed met AC-stroom, hybride systemen die gebruikmaken van zowel grid-energie als zonneenergie, noch om projecten waarbij de lantaarn zelf kan worden verplaatst; een verplaatsing van de lantaarn vereist in dat geval een nieuwe fotometrische afstelling, geen nieuwe elektrische aansluiting. Voor de keuze van een geschikte controller en accu voor een split-array-systeem kun je onze controller-sizer gebruiken; deze hanteert de gegevens over het zonnepaneel, de lengte van de DC-verbinding en het gewenste autonoomie-niveau. Onze all-in-one-zonnige straatlantaarnen bieden een geïntegreerde oplossing waarbij de prestaties van split-array-systemen worden vergeleken met deze alternatieve oplossingen.