Dat de opwekking van zonne-energie omhoog schiet op zonnige zomerdagen, zal niemand verrassen. Datawetenschapper Frank Kreuwel ontdekte met zijn team echter dat gedeeltelijke bewolking energiepieken kan opleveren die nog een stuk hoger zijn dan de pieken bij een strakblauwe lucht.
Hoe kan bewolking pieken in de opwekking van zonne-energie veroorzaken?
‘Dat heeft twee redenen. Ten eerste reflecteren witte wolken extra licht naar de zonnepanelen als het gedeeltelijk bewolkt is. Daarnaast speelt de temperatuur van de panelen een rol. Zonnepanelen werken minder efficiënt als ze warm worden. Op dagen met wolken liggen de panelen af en toe in de schaduw, waardoor ze de kans krijgen om af te koelen. Als de zon dan weer achter de wolk vandaan komt, dan valt er een volle bak zonlicht op een afgekoeld zonnepaneel. Dat zorgt voor een flinke piek in de opwekking van zonne-energie.’
Welk type bewolking zorgt voor de hoogste pieken?
‘Witte wolken die veel licht reflecteren. Dat zijn bijvoorbeeld cumuluswolken – de typische stapelwolken – of cirruswolken: hogere, dunne flarden bewolking. Als er bovendien tussen de wolken door open stukken zijn waardoor de zon direct op de zonnepanelen kan schijnen, dan is het helemaal bingo. Deze pieken kunnen tot 20 procent hoger zijn dan bij een strakblauwe lucht. Daarentegen duren de pieken bij een strakblauwe lucht vaak wel langer.’
Was dit effect van wolken op zonnepanelen al bekend?
‘We hadden wel verwacht dat er een effect zou zijn, maar niet dat de invloed op de temperatuur van de panelen zo groot is. Vanuit de meteorologie wordt er al langer onderzoek gedaan naar de zogeheten instraling: de hoeveelheid en intensiteit van het zonlicht. Maar tot nu toe werd er niet gekeken naar het effect op de opwekking van zonne-energie met zonnepanelen. Het meteorologische onderzoek wordt gedaan met sensoren van een vierkante centimeter groot. Omdat zonnepanelen een veel groter oppervlak hebben, van ongeveer anderhalve vierkante meter, hadden we verwacht dat de pieken zouden uitmiddelen. Dat bleek niet het geval, gedeeltelijk omdat de opwarming van de panelen een grotere rol speelt dan verwacht.’
Zijn deze pieken gunstig voor het opwekken van zonne-energie?
‘Nee, de pieken zijn vervelend voor het elektriciteitsnet. Plotse veranderingen in het net, zoals extra aanbod door zonne-energiepieken, kunnen de balans van vraag en aanbod verstoren. Om de pieken aan te kunnen, zijn er extra dikke elektriciteitskabels en stevige elektrotechnische onderdelen nodig.’
Kunnen we wel iets anders met deze nieuwe kennis?
‘Dankzij dit onderzoek weten netbeheerders wat voor pieken het net te verduren kan krijgen. Met de informatie kunnen we ook gaan zoeken naar oplossingen om het net daartegen te beschermen.
Een mogelijke oplossing is het net verzwaren door dikkere kabels en grotere transformatoren aan te leggen. Daarnaast kun je slimme technieken toepassen om de energiepiekjes weg te leiden. Bijvoorbeeld door elektrische auto’s of een buurtbatterij op te laden op momenten dat er veel zonne-energie is. Tenslotte kun je zonnepanelen zo te ontwerpen dat de hoge pieken niet omgezet worden in energie, maar als het ware worden weggegooid. Dan heeft het net er geen last van. De pieken zijn vaak zo kort dat er weinig energie in zit. De energie weggooien kan daarom financieel rendabeler zijn dan netverzwaring of slimme technieken. De uiteindelijke oplossing wordt waarschijnlijk een combinatie van deze mogelijkheden.’
Dit resultaat is onderdeel van een groter onderzoek naar zonne-energie. Wat is de volgende stap?
‘We hebben nu naar het effect op één zonnepaneel-systeem gekeken, maar zonne-energiepieken leveren vooral problemen op voor het elektriciteitsnet als veel zonnepanelen in een wijk of zonnepark tegelijkertijd pieken. Om het op grotere schaal te onderzoeken, gaan we bij een zonnepark in Wageningen tientallen sensoren plaatsen die de instraling van het zonlicht heel nauwkeurig kunnen meten.’
