Samenvatting

Het klimaat op aarde verandert voortdurend. Door de wetenschap is vastgesteld dat de klimaatveranderingen sinds het pre-industriële (rond 1850) tijdperk met overgrote deel door de mens is veroorzaakt. Om de klimaatveranderingen van de aarde te verminderen is onder andere het zogenaamde klimaatakkoord opgesteld. Hierin staan doelstelling genoemd om de CO2-uitstoot te verminderen; voor Nederland is het doel om in 2050 een zo duurzaam en CO2 neutraal elektriciteitssysteem te realiseren. Om dit te bereiken zal het aandeel hernieuwbare energiebronnen, zoals wind en zon, in 2030 moeten toenemen tot ruim 70 procent van de totale elektriciteitsproductie. Om gezamenlijk deze doelstelling te kunnen behalen zal ENGIE voor zijn of haar klanten kleinschalige of grootschalige zonneweide realiseren om duurzame energie uit de zon op te wekken. Om de productie van zonne-energie te maximaliseren zal een zo optimaal systeem gerealiseerd moeten worden waarin zoveel mogelijk zonne-energie opgewekt kan worden met een zo min mogelijk systeemverlies, hierom staat de volgende vraag centraal in dit rapport: “Hoe kan een zo elektrotechnisch optimaal grond gebonden PV-installatie ontworpen worden om de productie van duurzame elektriciteit te maximaliseren rekening houdend met enkele economische interessante voorwaarden?” waarin het doel van het onderzoek is om het meest geschikte ontwerpoplossingen te vinden rekening houdend met onder andere technische randvoorwoorden en wet- en regelgeving. De gevonden ontwerpoplossingen zullen uitgebreid uitgelegd worden en toegepast worden op een 5,5 hectare stuk grond in het dorp Niedorp.

Om tot een geschikt systeem te kunnen komen zal de afbakening van het project belangrijk zijn, dus welke randvoorwoorden worden er gesteld door belanghebbende partijen, wat zijn de perceel kaders en dus bruikbare grond. Tot slot welke technologieën van zonnepanelen en omvormers zijn er beschikbaar. Met behulp van deze set informatie kan een eerste stap gezet worden naar het optimalisatie proces, hierin zullen verschillende parameters zoals: hellinghoek, oriëntatie, plaatsing, bekabeling en omvormers bepalend worden. Om tot een optimaal zonnepaneel systeem te komen zijn wiskundige formules in combinatie met een simulatie uitgevoerd waaruit een ontwerpoplossing vloeit zoals: het bepalen van het aantal panelen op een omvormer, of welke type kabel geschikt zijn afhankelijk van de lengte of vermogen. Met alle vergaarde oplossingen is een multi-criteria analyse op technisch niveau uitgevoerd om tot een geschikt systeem te komen waarin de energieproductie het hoogst ligt, systeem verliezen het laagst zijn en het materiaal benodigd minimaal is.

Een zonnepark met alleen zonnepanelen en omvormers zal geen energie opwekken hiervoor zal een elektrische installatie benodigd zijn van omvormer tot en met de netaansluiting van de lokale netbeheerder. Hiervoor geldt hoe groter het zonnepark wordt hoe complexer deze installatie zal worden. Afhankelijk van de schaal van het project zal een laagspanning/middenspanningsnet gerealiseerd moeten worden die aan de laatste technische randvoorwaarden voldoet. Om de elektrische installatie op een juiste manier te realiseren zijn er voor verschillende onderdelen zoals: kabelgoten, bekabeling, energie verdelers en kabelaanleg op zowel laagspanning als middenspannings niveau verschillende gedetailleerde uitwerkingen gemaakt inclusief wiskundige formules die toegepast kunnen worden voor elke scenario. Al deze ontwerpoplossingen zijn toegepast op het stuk grond in het dorp Niedorp om een duidelijk beeld te krijgen over het systeem.

Hierom kan geadviseerd worden dat wanneer deze ontwerpoplossingen toegepast worden een systeem gerealiseerd worden waarin de productie van zonne-energie gemaximaliseerd wordt die zowel technisch verantwoord is als economisch competitief voor de concurrentie markt. Zo kan voor het stuk land in Niedorp een 10º oostwest opstelling gerealiseerd met een jaarlijkse energieproductie (na verliezen) van 6,41GWh per jaar. Door de optimalisatie zijn de verliezen voor het gelijkspanningsnet slechts 4,5% zijn en voor het wisselspanningsnet 1,6%. Door de ligging van het zonnepark en de stand van zon zullen enkele verliezen ontstaan door vervuiling en reflecties waardoor de totale performance ratio van het systeem uitkomt op 88,4%. Gemiddeld zal de performance ratio van een grondgebonden zonnepark rond de ~84% liggen, dus door het optimalisatie proces zal per jaar een winst van 4,4% aan extra energiewinst voor dit zonnepark behaald kunnen worden.