Hoe berekent u de productie van een zonnepark?

De productie van een zonnepark is de energie die in een bepaalde periode wordt opgewekt, meestal uitgedrukt in kilowattuur of megawattuur. Het geïnstalleerde PV-vermogen is daarentegen een vermogen en wordt gewoonlijk uitgedrukt in kilowattpiek of megawattpiek. Deze grootheden hangen samen, maar zijn niet onderling uitwisselbaar.

Energie = Geïnstalleerd vermogen × Equivalente zonuren × Prestatiefactor

Als het geïnstalleerde vermogen in kW is uitgedrukt en de equivalente instraling in kWh/m² ten opzichte van de standaard instralingsbasis, wordt de resulterende energie gewoonlijk als kWh gelezen nadat de normalisatie en verliesaannames van het model zijn toegepast. In gedetailleerde opbrengstmodellen worden de instraling in het vlak van de panelen, de moduleeigenschappen, de temperatuur, het gedrag van de omvormer en de verliesposten doorgaans afzonderlijk behandeld in plaats van in één factor samengevat.

Jaarlijkse energie (kWh) = Geïnstalleerd vermogen (kWp) × Specifieke opbrengst (kWh/kWp)

De specifieke opbrengst is de gemodelleerde of gemeten energie per eenheid geïnstalleerd vermogen over de gekozen periode. Het is geen universele constante en verandert met locatie, systeemontwerp, weer, apparatuur en verliezen.

Elke productieberekening moet daarom de periode, de bron van de instralingsgegevens, de basis van het geïnstalleerde vermogen en de verliesaannames vermelden, en aangeven of het resultaat gemodelleerd of gemeten is.

Een park van 1 MW levert niet elk uur van de dag 1 MWh. Megawatt beschrijft het momentane vermogen onder gespecificeerde omstandigheden, terwijl megawattuur de energie beschrijft die zich in de loop van de tijd opstapelt.

Een eenvoudig voorbeeld maakt het verschil duidelijk. Als een PV-systeem van 100 kW gedurende vijf uur gemiddeld 60 kW leverde en in de rest van de voorbeeldperiode geen energie opwekte, zou de energie als volgt zijn:

Dat voorbeeld betekent niet dat een systeem van 100 kW normaal 300 kWh per dag produceert. De werkelijke opbrengst verandert met zoninstraling, moduletemperatuur, oriëntatie, schaduw, systeemverliezen, weer, werking van de omvormer, curtailment en andere omstandigheden.

Het geïnstalleerde piekvermogen is gebaseerd op gespecificeerde testomstandigheden van de modules, niet op gegarandeerde opbrengst in het veld op elk moment. Echte modules werken een groot deel van de tijd buiten die referentieomstandigheden.

Dagproductie moet daarom worden berekend of gemeten als energie over tijd. Het typeplaatvermogen vermenigvuldigen met 24 uur gaat er ten onrechte van uit dat het park dag en nacht continu het nominale vermogen levert.

Het onderscheid tussen kW en kWh begrijpen is essentieel voordat u parkgrootte, productieprognoses, meterdata of opslagbehoeften vergelijkt.

De energie die bij de afrekenmeter of parkmeter beschikbaar is, ligt lager dan de theoretische zonne-energie die op het paneelveld valt, omdat er tussen zonlicht en geleverde wisselstroom meerdere omzettings- en bedrijfseffecten optreden. In een gedetailleerd productiemodel moeten deze effecten expliciet worden meegenomen.

Schaduw vermindert de instraling die de cellen bereikt en kan ook in serie geschakelde modules beïnvloeden via mismatch en bypassgedrag. De invloed hangt af van locatie, duur, geometrie, modulearchitectuur, stringontwerp en omvormerconfiguratie.

Vervuiling vermindert het doorgelaten licht wanneer stof, pollen, vogelpoep, landbouwresten of ander materiaal zich op het moduleoppervlak ophoopt. Het verlies is locatieafhankelijk en verandert met het weer, de helling van de modules, de bron van de vervuiling en de reinigingshistorie.

Ook de moduletemperatuur beïnvloedt de opbrengst. Bij kristallijn-siliciummodules verlaagt een hogere celtemperatuur bij vergelijkbare instraling doorgaans de spanning en het beschikbare vermogen. Het precieze effect moet worden berekend uit de eigenschappen van de geïnstalleerde module.

Elektrische verliezen ontstaan in gelijkstroomkabels, connectoren, transformatoren, wisselstroomcircuits en andere onderdelen. Omvormers veroorzaken omzettingsverliezen en kunnen de uitvoer ook beperken wanneer bedrijfsgrenzen of het nominale vermogen worden bereikt.

Curtailment of exportbeperking kan de geleverde energie verlagen, ook wanneer het paneelveld zelf meer zou kunnen produceren. Beschikbaarheid, onderhoudsstilstanden, netgebeurtenissen, apparatuurdefecten en regelinstellingen kunnen nog extra verschillen veroorzaken tussen theoretische en gemeten productie.

Zodra het park in bedrijf is, moet de gemodelleerde productie worden vergeleken met de gemeten energie en met de weersomstandigheden die zich daadwerkelijk hebben voorgedaan. Een prognose op basis van langjarig gemiddelde instraling zal niet elke afzonderlijke dag, maand of elk jaar exact overeenkomen.

De vergelijking moet consistente systeemgrenzen hanteren. Als het model de energie bij de omvormeruitgang voorspelt, maar de gemeten waarde van een netmeter komt na transformator- en hulpverliezen, dan beschrijven beide getallen niet hetzelfde punt in het systeem.

Ook weergegevens zijn belangrijk. Een lagere productie in een periode met minder instraling dan verwacht kan wijzen op een normale reactie van het park in plaats van onderpresterende apparatuur. Omgekeerd kan een goede instraling met een onverwachte productie aanleiding zijn om beschikbaarheid, curtailment, temperatuur, vervuiling, werking van de omvormer of de elektrische toestand te onderzoeken.

Gegevens op string- of omvormerniveau kunnen helpen de oorzaak van afwijkingen te beperken. Als één deel afwijkt terwijl nabijgelegen delen onder vergelijkbare omstandigheden normaal werken, is het probleem mogelijk lokaal en niet het gevolg van het weer op de hele locatie.

Inspectie kan vervolgens fysiek bewijs leveren. Visuele controles, thermografie vanuit de lucht en elektrische tests kunnen specifieke delen van het park onderzoeken die uit de bedrijfsgegevens naar voren zijn gekomen.

Gemeten productie moet dus worden gebruikt om het inzicht in het model te verfijnen, en niet om elke afwijking meteen als storing te bestempelen.

De performance ratio, gewoonlijk afgekort tot PR, is een genormaliseerde indicator waarmee de werkelijke of gemodelleerde PV-energieopbrengst wordt vergeleken met een referentie op basis van beschikbare zoninstraling en geïnstalleerd vermogen. Een vereenvoudigde weergave is:

Finale opbrengst = Energieopbrengst (kWh) / Geïnstalleerd vermogen (kWp)

en de referentieopbrengst wordt afgeleid uit de gemeten of gemodelleerde zoninstraling ten opzichte van de referentie-instraling die voor PV-vermogensopgaven wordt gebruikt. PR is dimensieloos en wordt vaak als decimaal getal of percentage uitgedrukt.

PR helpt bepaalde effecten van parkgrootte en instraling te scheiden en is daardoor bruikbaar om de werking over perioden heen te vergelijken, mits de invoergegevens en meetgrenzen consistent zijn. Het bevat nog steeds de gecombineerde invloed van temperatuur, systeemverliezen, beschikbaarheid, vervuiling, gedrag van de omvormer, curtailment en andere factoren die in de berekening zitten.

De performance ratio is niet hetzelfde als het modulerendement. Het modulerendement beschrijft hoe effectief invallend zonnevermogen onder gedefinieerde omstandigheden in elektrisch vermogen wordt omgezet, terwijl PR beschrijft hoe het werkende systeem presteert ten opzichte van een genormaliseerde referentie.

Een verandering in PR wijst op zichzelf ook niet de grondoorzaak aan. Verdere analyse is nodig om vast te stellen of de verandering voortkomt uit de kwaliteit van de weergegevens, vervuiling, temperatuur, beschikbaarheid van apparatuur, curtailment, elektrische verliezen, meetfouten of een andere factor.

Een veelgemaakte fout is het geïnstalleerde vermogen behandelen alsof het gegarandeerde productie is. Een park van 10 MWp levert niet elk uur 10 MWh, en het vermogen direct vermenigvuldigen met alle uren van het jaar negeert nacht, weer, temperatuur en systeemverliezen.

Een andere fout is horizontale instraling gebruiken zonder rekening te houden met het werkelijke vlak en de oriëntatie van het paneelveld. Helling, azimut, trackerbeweging, horizonseffecten en schaduw beïnvloeden de instraling die de modules ontvangen.

Ook kunnen verliesaannames inconsistent worden toegepast. Vervuiling, temperatuur, omzetting in de omvormer, bekabeling, beschikbaarheid, curtailment, mismatch en transformatorverliezen mogen niet dubbel worden geteld of verborgen zitten in meerdere elkaar overlappende factoren.

Onrealistische weergegevens vormen een volgend probleem. Een model op basis van langjarige klimaatgegevens beschrijft de verwachte omstandigheden over een statistische periode, terwijl één bedrijfsjaar zonniger of bewolkter kan zijn dan die referentie.

Meetgrenzen worden vaak over het hoofd gezien. Gelijkstroomenergie op moduleniveau, wisselstroomuitvoer van de omvormer, wisselstroomverzameling van het park en energie op de exportmeter van het net zijn niet dezelfde grootheid.

Tot slot kan overdreven precisie een schatting zekerder laten lijken dan de invoer rechtvaardigt. Een productiemodel is slechts zo betrouwbaar als de weergegevens, de aannames over apparatuur, de verliesschattingen, het parkontwerp en de bedrijfsaannames.

Een productieberekening blijft een schatting totdat ze met de gemeten werking is vergeleken. Zelfs een gedetailleerd model kan niet garanderen hoeveel energie een park in een toekomstig jaar zal opwekken, omdat weer, beschikbaarheid, toestand van de apparatuur, curtailment, onderhoud en netomstandigheden kunnen veranderen.

Om dezelfde reden mag energieproductie niet rechtstreeks worden omgezet in een gegarandeerd financieel rendement. Elektriciteitsprijs, tariefstructuur, exploitatiekosten, belastingen, financiering, curtailment, aannames over degradatie, onderhoudsgebeurtenissen en andere commerciële variabelen beïnvloeden de opbrengst.

Ook gemeten gegevens hebben grenzen. Sensoren kunnen afdrijven, meters kunnen verschillende meetgrenzen hanteren, communicatiesystemen kunnen gegevens kwijtraken en weerstations vertegenwoordigen de omstandigheden niet overal even goed in een groot park.

Thermografische inspectie kan helpen bij het onderzoeken van sommige afwijkingen in de werking, maar berekent de productie niet zelf. IEC 62446-3 behandelt thermografische inspectie van werkende PV-systemen in de buitenlucht, inclusief apparatuur, omgevingsomstandigheden, werkwijze, bekwaamheid van het personeel en rapportage. De norm definieert geen algemene berekening van de energieopbrengst en ook geen universele thermische drempel voor productieanalyse.

Het nuttige onderscheid is dat tussen model en meting. Modellen schatten wat het park onder genoemde aannames zou kunnen produceren; meters registreren wat een gedefinieerd meetpunt is gepasseerd. Analyse verklaart waarom die twee waarden verschillen en of het verschil past bij de werkelijke bedrijfsomstandigheden van het park.