PV-panelen op platte industriële daken: invloed op de draagstructuur en terugverdientijd
Zonne-energie op industriële daken: het relaas van een bedreigde sector?
Rond zonnepanelen was het voorbije jaar heel wat te doen: terwijl in het parlement en achter de schermen volop werd gediscussieerd over een nieuwe subsidieregeling kregen we van de netwerkbeheerders te horen dat onze jaarlijkse energiefactuur tot 70 € zou verhogen. En dit omwille van de wildgroei aan zonne-energie installaties: de beheerders van het elektriciteitsnetwerk dienen immers een vergoeding te betalen aan iedereen die elektriciteit opwekt uit zonnestralen - de zogenaamde groenestroomcertificaten-. De tarieven bleken zo interessant dat iedereen, zowel bedrijven als particulieren, zo snel en zo goedkoop mogelijk een installatie op hun dak wou. Doordat de premies telkens om de zoveel maanden verlaagden, is er telkens een stormloop om alsnog de volgende deadline te halen. Zo wordt niet alleen het esthetische aspect volledig uit het oog verloren maar ook gaat men onbezonnen te werk om een installatie toch nog op tijd operationeel te krijgen. Tijd en geld voor degelijk onderzoek is er niet en regulerende instanties zoals het WTCB – Wetenschappelijk Technologisch Centrum Bouw die voorschriften voor bouwkundige details uitschrijven-, hinken dramatisch achterop in deze snel evoluerende sector. Schade door omvergewaaide panelen bleef daarom niet uit en tot overmaat van ramp bezweek in de winter van 2009 het dak van een beschutte werkplaats onder de verhoogde last van zonnepanelen en een ophoping van smeltwater. Gelukkig was er toen niemand aan het werk.
Om verder erg te voorkomen dienen zonne-energie installaties veilig ontworpen te worden. Als bouwkundige toepassing kan men hiervoor de Eurocodes consulteren, dit zijn normen waarin beschreven staat hoe men een gebouw of een onderdeel ervan zodanig dient te dimensioneren zodat het een reeks van variërende belastingen kan weerstaan gedurende zijn levensduur. Denk maar aan sterke windvlagen tijdens een storm of enkele tientallen centimeters sneeuw die slechts eens in de zoveel jaar voorkomen. Gezien zonnepanelen op gebouwen enkel de laatste jaren een grote opmars kennen, zijn er in de Eurocodes geen expliciete rekenregels te vinden voor dergelijke toepassingen. Daarom werd een diepgaand literatuuronderzoek verricht en kon hieruit een stel rekenregels opgesteld worden die een veilig ontwerp van zonne-energie installaties toelaten.
Maar naast het bouwtechnisch aspect primeert vooral het kostenplaatje bij dergelijke installaties: de initiële investeringskost is vrij hoog maar doordat de eigenaar voortaan zelf zijn elektriciteit kan opwekken, kan hij fors besparen op zijn energiefactuur. Hier bovenop zal hij in aanmerking komen voor tal van subsidies zodat zijn uiteindelijke kost voor elektriciteit goedkoper wordt dan wanneer hij deze nog van de grote elektriciteitsproducenten zou afnemen. De beslissing om over te stappen naar zonne-energie wordt meestal genomen op basis van de terugverdientijd van de installatie. Deze geeft aan hoe lang het duurt vooraleer men het geld geïnvesteerd in de installatie volledig terugverdiend heeft, na het verstrijken van deze periode draait men op volle winst. Bedrijven zullen zich eerder op de Internal Rate of Return beroepen, een berekeningsmethode die een interest oplevert vergelijkbaar met deze die je zou krijgen wanneer men je het investeringsbedrag op een bankrekening zou plaatsen.
Om tot een realistische IRR te komen, dient men alle kosten en opbrengsten over de volledige levensduur van de installatie te beschouwen. Vele installateurs stellen dit vaak te rooskleurig voor door sommige kosten niet in aanmerking te nemen en de opbrengstprognoses op te kloppen. Wat veel vergeten wordt, is de impact op het gebouw waarop men de installatie wil plaatsen. Daar waar bij kleine installaties op een hellend dak de dakstructuur meestal voldoende sterk is, zullen er toch wat aanpassingen moeten gebeuren bij grote industriële daken: de dakdichting moet dikker uitgevoerd worden dan gewoonlijk om scheuren en bijgevolg vochtproblemen te vermijden, men dient een drukvastere isolatie te gebruiken, de dakstructuur moet sterker gemaakt worden, … Om deze kost in te schatten werd een casus opgebouwd van een klassieke loods waarbij meerdere parameters werden onderzocht. Bouwtechnisch werden er 3 varianten uitgewerkt: zonder de zonnepanelen op het dak, dan eens met een zonne-energie installatie ontworpen met de eerder opgestelde rekenregels en tot slot eens met de aanpassingen die momenteel gangbaar zijn in de sector. Uit nauwe contacten met spelers uit de industrie bleek immers dat berekeningen volgens de Eurocodes veelal tot te veilige en vooral oneconomische ontwerpen leiden. Gezien ook de verhouding tussen eigen verbruik en verkoop van de opgewekte elektriciteit een grote impact heeft op de opbrengsten werd ook hierop gevarieerd. Men krijgt immers een veel lagere vergoeding voor elektriciteit die men verkoopt dan wanneer men deze kan aanwenden om eigen ogenblikkelijk verbruik te compenseren en bijgevolg op de energiefactuur kan besparen.
Uit de casestudy bleek dat een installatie bedoeld om de opgewekte energie op de markt aan te bieden financieel weinig interessant is. Bij de varianten waarbij de opgewekte energie onmiddellijk verbruikt kan worden, werd de vooropgestelde IRR net gehaald. Wanneer men echter de meerkost van het verzwaren van de dakstructuur in rekening bracht, werd een gunstige investeringsbeslissing twijfelachtig. Gezien bouwplannen lang op tafel liggen vooraleer men daadwerkelijk de installatie kan operationeel brengen, werd ook een prognose gemaakt voor nieuw te bouwen constructies. Hieruit bleek dat zonne-energie installaties op industriële daken met de nieuwe tarieven voor groenestroomcertificaten onrendabel worden. Tenzij er een zeer drastische prijsdaling van zonnepanelen zou optreden.
Met het onderscheid in het nieuwe premiestelsel van de groenestroomcertificaten tussen de ‘kleine’ en ‘grote’ installaties werd resoluut gekozen voor kleinschalige installaties. Dit ten goede van de beter gestelde burger die zich als tweeverdiener de hoge investeringskost kan veroorloven maar waarbij de energie opgewekt uit hun installatie eigenlijk vooral op het net terecht komt. Een gemiste kans van onze overheid om zonne-energie te stimuleren in de toepassingen waarvoor ze eigenlijk best geschikt is: lokale energieproductie ter voorziening van industriële processen en kantoornijverheden waarbij er een sterke correlatie is tussen ogenblikkelijke energieopwekking en energieverbruik.
Bibliografie
1. [Online] [Citaat van: 23 05 2011.] http://www.ode.be/images/zonnestroom/pv_markt2006-2010_600p.jpg.
2. VREG. Marktmonitor 2010. 2010.
3. Depreeuw, D. en De Kooning, Q. De invloed van ventilatie op het rendement van zonnepanelen. 2010.
4. [Online] [Citaat van: 29 05 2011.] http://www.zonnepanelen-info.nl/nieuws/duitse-zonnecel-haalt-rendement-…
5. The German Energy Society. Planning & installing Photovoltaic Systems. Londen : Earthscan, 2008.
6. [Online] [Citaat van: 1 06 2011.] http://www.solarstream.nl/index.php?option=com_content&view=article&id=…
7. Publicatie door ODE Vlaanderen vzw. Bouwen met fotovoltaïsche zonne-energie. [Online] http://www.ode.be/images/stories/Brochures/zPV_br_bouwen_met_PV_050120…
8. PV solar electricty industry: Market growth and perspective. Hoffmann, Winfried. 90, sl : Solar energy materials & solar cells, 2005, Vol. 2006.
9. Koramic. Powerpoint Koramic: opleiding KoraSun 30 december 2009 - nl, slide 11.
10. [Online] [Citaat van: 23 05 2011.] http://www.agoria.be/upload/30.142507001228813773.jpg
11. BelPV. Zonne-energie werkt en is onmisbaar. [Online] [Citaat van: 24 05 2011.] http://ode.be/images/zonnestroom/BelPV/belpv_standpunt_visie_zonne-ener…
12. [Online] [Citaat van: 24 05 2011.] http://www.stichtingmilieunet.nl/andersbekekenblog/wp-content/uploads/2…
13. [Online] [Citaat van: 24 05 2011.] https://www.sparelamp.com/userfiles/zonnepanelen%202.JPG
14. [Online] [Citaat van: 24 05 2011.] http://www.alkorproof.com/images/realisations/343_943_image.jpg
15. Renolit. ALKORSOLAR . [Online] [Citaat van: 24 05 2011.] http://www.alkorproof.com/images/dld/96_86662_file.pdf
16. [Online] [Citaat van: 24 05 2011.] http://www.design-buildsolar.com/images/sized/assets/images/uni-solar_l…
17. [Online] [Citaat van: 24 05 2011.] http://www.hethelewestland.nl/imagemanager/files/Adverteerders/SolarNRG…
18. Joris ide energy. Jorisolar - The Integrated Roof Solution.
19. [Online] [Citaat van: 25 05 2011.] http://static.howstuffworks.com/gif/green-engineering-2.jpg
20. [Online] [Citaat van: 25 05 2011.] http://www.hetportaal.be/img/nieuws/35/thumbs/nr4MIGEON%20ACTUA%20ANTRA…
21. WTCB. Voorstelling. [Online] [Citaat van: 25 05 2011.] http://www.wtcb.be/homepage/index.cfm?cat=bbri&sub=presentation
22. Van Impe, Rudy. Berekenen van bouwkundige constructies II.
23. EN 1991-1-4:2005.
24. WTCB rapport nr. 11. Toepassing van de eurocodes op het ontwerp van buitenschrijnwerk. sl : WTCB, 2009.
25. NBN EN 1991-1-4-ANB:2006.
26. Cook, N. Designers' Guide to EN 1991-1-4. London : Thomas Telford Publishing, 2007.
27. Carpenter, David. Solar modules on flat roofs – why worry about wind? cppwind. [Online] [Citaat van: 30 05 2011.] http://www.cppwind.com/support/papers/papers/windenergy/Solar_on_Roofto…
28. WTCB. TV215: Het platte dak opbouw, materialen, uitvoering, onderhoud. sl : WTCB, 2000.
29. Platte en gewelfde daken. Spehl, Pierre, Raymaekers, Didier en Meert, Etienne. 2001, WTCB, pp. 19-30.
30. De windwerking op hellende daken. Parmentier, B. 2003, WTCB, pp. 3-17.
31. Full scale measurements of wind loads on stand-off photovoltaic systems. Geurts, Chris P.W. en Steenbergen, R. D.J.M. Florence, Italy : sn, 2009. EACWE 5.
32. [Online] [Citaat van: 20 05 2011.] http://wwwm.coventry.ac.uk/SiteCollectionImages/engineering%2520and%252…
33. [Online] [Citaat van: 20 05 2011.] http://www.ifh.uni-karlsruhe.de/science/aerodyn/Defaultenglish.htm
34. CUR. CUR aanbeveling 103 - Windtunnelonderzoek voor de bepaling van ontwerp-windbelastingen op (hoge) gebouwen en onderdelen ervan.
35. [Online] [Citaat van: 28 05 2011.] http://www.cfd-online.com/Wiki/Turbulence_modeling
36. Wind effects on roof-mounted solar photovoltaic arrays: CFD and wind-tunnel evaluation. Meroney, Robert N. en Neff, David E. Chapel Hill, North Carolina, USA : sn, 2010. The Fifth International Symposium on Computational Wind Engineering (CWE2010).
37. Prediction of the pressure distribution on a cubical building with implicit LES. Köse, D. A. en Dick, E. 98, sl : Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2010, Vol. 2010.
38. Department of Energy. Ballast-Mounted PV Arrays: Phase 2.
39. Wind Loading on Solar Panels at Different Inclination Angles. Shademan, Mehrdad en Hangan, Horia. San Juan, Puerto Rico : sn, 2009. 11th Americas Conference on wind Engineering -San Juan, Puerto Rico.
40. Wind loads on roof-based photovoltaic systems(BRE DIGEST 489). Blackmore, Paul. 2004, BRE.
41. Wind loads on solar energy roofs. Geurts, Chris P.W. en van Benthum, A. 2007, HERON Vol. 52 No. 3, pp. 201-222.
42. EUR ACTIVE ROOFer. Project Details. www.euractiveroofer.org. [Online] [Citaat van: 03 05 2011.] http://www.euractiveroofer.org/projectdetails.htm
43. Geurts, Chris P.W. en van Bentum, C. A. Windbelasting op Zonne-energiedaken. Delft,Nederland : TNO, 2005.
44. Aandachtspunten bij de plaatsing van zonnesystemen op platte daken. Mahieu, A. 4, sl : WTCB-Dossiers, 2010.
45. NBN EN 1991-1-3-ANB:2006.
46. NBN EN 1991-1-1-ANB:2005.
47. Ontwerp en dimensionering van constructies volgens Eurocode 0. Parmentier, B. en Delincé, D. winter, sl : WTCB, Vol. 2003.
48. [Online] [Citaat van: 28 05 2011.] http://www.bbri.be/antenne_norm/eurocodes/nl/normes/eurocodes/tables/ta…
49. NBN EN 1990-ANB:2005.
50. Mise en oeuvre de systèmes photovoltaïques en toitures. Dupont, Eric. 2010. Roofcity 2010.
51. EPIA & Greenpeace. Solar generation 6 . 2011.
52. Test Aankoop. Zonnepanelen. Test Aankoop. juni, 2011.
53. Laird, Joyce. PV's falling costs. Renewable Energy Focus. 2011.
54. Projected costs of a grid-connected domestic PV system under different scenarios in Ireland, using measured data from a trial installation. Ayompe, L. M., et al. 38, sl : Energy Policy, 2010, Vol. 2010, pp. 3731-3743.
55. [Online] [Citaat van: 04 06 2011.] http://database.ul.com/graphics/lisp/ulp183.jpg
56. CREG. Persbericht. [Online] [Citaat van: 23 05 2011.] http://www.creg.info/pdf/Presse/2011/compress08042011nl.pdf.
57. —. ELEKTRICITEITSTARIEVEN: prijsherzieningsparameters definities. [Online] [Citaat van: 23 05 2011.] http://www.creg.be/pdf/Tarifs/E/EP-MC-PARAMDEF-NL.pdf
58. —. Evolutie van de elektriciteitsprijzen op de residentiële markt. 2011.
59. Crapos, P. The PRIMESEnergy System Model Summary Description.
60. Federaal Planbureau. Energievooruitzichten voor belgie tegen 2030 in een tijdperk van klimaat vernadering. 2007.
61. [Online] [Citaat van: 22 05 2011.] http://www.oilnergy.com/hpix/2obrentm.gif
62. [Online] [Citaat van: 04 06 2011.] http://www.vlaanderen.be/servlet/Satellite?c=Solution_C&cid=12478144191…
63. Wetgevend kader ivm zonnepanelen. [Online] [Citaat van: 19 05 2011.] http://www2.vlaanderen.be/economie/energiesparen/reg/doc/dakisolatie.pdf.
64. Reynders, Didier. www.vlaanderen.be. [Online] 25 07 2007. [Citaat van: 19 05 2011.] http://www2.vlaanderen.be/economie/energiesparen/doc/zon_briefreynders…
65. Verhoogde investeringsaftrek voor energiebesparende investeringen. . energiesparen. [Online] [Citaat van: 19 05 2011.] http://www.energiesparen.be/subsidies/subsidieregel_detail?id=1831&vers…
66. Federale overheidsdienst financiën. http://fiscus.fgov.beé. [Online] [Citaat van: 19 05 2011.] http://fiscus.fgov.be/interfaoifnl/Investeringsaftrek/BerichtIA-aj2012…
67. Verhoogde investeringsaftrek. vlaanderen.be. [Online] [Citaat van: 19 05 2011.] http://www2.vlaanderen.be/economie/energiesparen/doc/verhoogde_invester…
68. Steun voor zonnepanelen - premies, belastingvermindering en groenestroomcertificaten. www.vlaanderen.be. [Online] [Citaat van: 09 05 2011.] http://www.vlaanderen.be/servlet/Satellite?pagename=Infolijn/View&c=Sol…. Plaatsing van fotovoltaïsche zonnepanelen. www.energiesparen.be. [Online] [Citaat van: 19 05 2011.] http://www.energiesparen.be/subsidies/belastingvermindering/fotovoltais…
70. Federale overheidsdienst Financiën. Groene lening. http://minfin.fgov.be. [Online] http://minfin.fgov.be/portail2/nl/themes/dwelling/energysaving/green.htm
71. Bruggeman, Werner, Everaert, Patricia en Hoozeé, Sophie. Handboek management accounting. Antwerpen : IOntersentia, 2010. ISBN 978-90-5095-996-4. 72. http://economie.fgov.be. Consumptieprijsindex vanaf 1920. http://economie.fgov.be. [Online] [Citaat van: 20 05 2011.] http://economie.fgov.be/nl/binaries/cpi_hist1920_tcm325-65934.xls
73. ECB. Monetary policy. [Online] [Citaat van: 11 05 2011.] http://www.ecb.int/mopo/html/index.en.html
74. Consumptieprijsindex en inflatie in april 2011. [Online] [Citaat van: 21 05 2011.] http://economie.fgov.be/nl/binaries/Nota%20inflatie%20201104%20website%…
75. [Online] [Citaat van: 05 20 2011.] http://www.rabobank.be/nl/termijnrekening/default.aspx
76. Colruyt werkt volledig op groene stroom. [Online] [Citaat van: 21 05 2011.] http://www.colruytgroup.be/colruytgroup/static/windmolen_be-nl.shtml
77. Invloed van de wind op dakafdichtingen. Dubois, J., Lacroix, Y. en Spehl, P. 1992, WTCB, pp. 3-13.
78. Cost reduction in PV manufacturing Impact on grid-connected and building-integrated markets. Maycock, Paul D. 1997, Solar Energy Materials and Solar Cells 47, pp. 37-45.
79. Luchtbewegingen en hellende daken. Vitse, P. en Dobbels, F. 2002, WTCB, pp. 41-49.
80. Wind loads on solar energy systems, mounted on flat roofs. Geurts, C.P.W., van Benthum, C. en Blackmore, P.
81. Numerical and experimental investigation of wind induced pressures on a photovoltaic solar panel. COŞOIU, COSTIN IOAN, et al. Algarve, Portugal : sn, 2008. 4th IASME/WSEAS International Conference on ENERGY, ENVIRONMENT, ECOSYSTEMS and SUSTAINABLE DEVELOPMENT (EEESD'08). pp. 74-80.
82. Numerical Evaluation of Wind Pressures on Flat Roofs with the k-ξ Model. Stathopoulos, T. en Zhou, Y. S. 1995, Building and Environment, Vol. 30, No. 2, pp. 267-276.
83. Platte daken, ATG, windbelasting en veiligheidscoëfficiënt. Busschaert, Luc, Raymaekers, Didier en Vitse, Piet. 2001, WTCB, pp. 54-56.
84. PV solar electricity industry market growth and perspective. Hoffmann, Winfried. 2006, Solar Energy Materials & Solar Cells 90, pp. 3285–3311.
85. Reduction of wind uplift of a solar collector model. Chung, K., Chang, K. en Liu, Y. 2008, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 96, pp. 1294–1306.
86. Barkaszi, Stephen en O'Brien, Colleen. Wind load calculations for pv arrays. sl : Solar American Board for codes and standards, 2010.
87. CREG. Evolutie van de elektriciteitsprijzen op de residentiële markt. 2010.
88. Windweerstand van platte daken. Busschaert, L., La Grange, G. en Meert, E. 1982, WTCB, pp. 20-24.
89. EN 1990:2002.
90. CREG. Haalbaarhied van de invoering van een progressieve prijszetting van electriciteit in België. [Online] 05 06 2010. [Citaat van: 23 05 2011.] http://www.creg.info/pdf/Studies/F972NL.pdf
91. Van Impe, Rudy. Berekening van bouwkundige constructie I. 2010.
92. [Online] [Citaat van: 01 06 2011.] http://www.zonnepanelen-bedrijven.be/images/instralingsdiagram-zonnepan…
93. [Online] 01 06 2011. http://users.telenet.be/marcelmeermans//foto/zonnepanelen/zonnehoek.gif.
94. [Online] [Citaat van: 20 03 2010.] http://www.appliedsolarwindsolutions.com.au/
96. [Online] [Citaat van: 03 04 2010.] http://www.kyosemi.co.jp/product/pro_ene_sun_e1.html
97. [Online] [Citaat van: 03 04 2010.] http://www.originenergy.com.au/environment/files/factsheet_sliver.pdf.
98. [Online] 04 03 2010. http://www.taxameter.nl/images/paragraph/img_os_stelio_straat.jpg
99. [Online] [Citaat van: 03 04 2010.] http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_tree
100. [Online] [Citaat van: 04 03 2010.] http://www.wapa.gov/newsroom/default.htm
101. [Online] [Citaat van: 03 04 2011.] http://www.solar-constructions.com/transparant01.jpg
