8 nr 4 september 2009TeksT en beeld EvErt SjoErdSma En ronald van ZolingEngeloofwaardigheid van het project washet belangrijk dat de rol van het aggre-gaat bescheiden zou blijven.Tegenover een stroomtekort in de winter staateen overschot tijdens de zomerperiode. In hetontwerp van de huisinstallatie zijn twee maat-regelenopgenomenomhetzomerseoverschotzoveel mogelijk nuttig te gebruiken:? Eenabsorptiekoelkastdieinhetzomer-halfjaar op zonnestroom functioneert enin het winterhalfjaar op aardgas.? Eenelektrischewarmwaterboiler,bijgestaan door een gasgestookt warmwater-toestel,diederesterendestroomoverschot-ten nuttig maakt.Met deze twee maatregelen is een zonaanbodvolgend verbruikspatroon gecre?erd.Pv-systeemHetpv-systeemophetdakbestaatuit64zonne-panelenvanelk40Wp,tezamen2,56kWp.Dedakori?ntatieis210gradenzuidzuidwest.Dedakhellingis52graden,gerichtopdewinterzon.Dezonnepanelenvanelk12voltvoeden (twee aan twee in serie geschakeld) viaeencontrollereen24voltDCsysteem,gekop-peld aan een loodaccu met een capaciteit van500amp?reuur.De keuze viel DestijDs op een autonoomsysteem vanwege het uitdagende karakter.Immers,bijeeneventuelestoringzouergeen back-up zijn van het net. Bovendienwarenerin1989noggeennetgekoppeldepv-systemen in Nederland. Om het projectnietnodelooscomplextemaken,werdgekozen voor een warmtehuishouding opgas. Het plan werd toegesneden op eenstandaard rijtjeshuis met een gebruikelijkcomfortniveau voor vier personen en hetmeest voorkomende huishoudelijke stroom-verbruikvanongeveer2.200kWhperjaar(gemiddeld kleinverbruik destijds: ca. 3.000kWh per jaar). Om in Nederland over eenjaarverdeeld2.200kWhmetzonneenergieop te wekken is een pv-installatie nodig meteenvermogenvanongeveer2,8kWpiek.Maarvanwegehetautonomeconcept,geba-seerdopwintercondities,waseenveelgroterpv-vermogen nodig. Gezien de kosten en hetgelimiteerde dakoppervlak moest eerstworden nagedacht over een reductie van destroomvraag,vooralinhetwinterkwartaal.Het dakoppervlak bood bij het toen geldendepaneelrendementvan10,5procentruimtevooreenpvvermogenvanmaximaal2,5kWpiek. Uit een analyse werd duidelijk dathethuishoudelijkstroomverbruikvan2.200kWh/jr zonder comfortverlies naar minderdan1.000kWh/jrkonwordenterugge-bracht.Met een rekenmodel van de Universiteit vanUtrecht werd de over een gemiddeld jaar vari?-rendepvopbrengstberekend,evenalsdecapa-citeit van een accubatterij en de 's wintersoptredende stroomtekorten die aangevuldmoesten worden met een aggregaat. Voor deDe pv-controller bevat twee processors.De eerste regelt de laadstroom op het niveauvan de accuspanning. Wanneer de accuvolgeladenraakt,wordendeinviergroepenverdeelde zonnepanelen stap voor stap omge-schakeld van de accu naar de stookelementenvandewarmwaterboiler.Detweedeprocessorzorgt er daarbij voor dat het beschikbare ver-mogenvanhetarryzooptimaalmogelijkwordtbenut voor de verwarming van de boiler. Deboilerheeftdaartoeeenaantalonafhankelijkestookelementen die door deze processor indi-vidueel in- of uitgeschakeld kunnen worden.Het pv-systeem is uitgebreid met een aggre-gaatvan650W,220VAC,draaiendopaardgas. Het aggregaat dat de installatie voedtZonnehuis Castricum:20 storingvrije jarenHet zonnehuis te Castricum kwam in 1989 tot stand op initiatiefvan het provinciaal bureau energiebesparing van noord-Holland.Voor het eerst in nederland ging een autonoom pv-systeem zijnbetrouwbaarheid bewijzen in een woning. en dat is ruimschootsgelukt. Het systeem werkt al twee decennia storingvrij en vertoontnauwelijks vermogensdegradatie.tabel 1 gemiddelde van de pv-opbrengst en de verdeling daarvan in kWh/jrRefeRenTieopbRengsT 2.500daadweRkelijk gepRoduceeRd 1.800bijdRage aggRegaaT 40accu-in 500accu-uiT 400absoRpTie koelkasT 490boileR 770woning 500De regelapparatuur van het Zonnehuis.Linksboven de regelprocessors en onderin de32 binnenkomende kabels van de 64 zonnepanelen.In het midden 8 elektromagnetischerelais voor schakeling accustroom;tevensomschakeling van de stroom naar de warmwaterboiler.nr 4 september 2009 9viaeenaccuregelaarvan750Wwordthand-matig gestart en automatisch gestopt. Depvinstallatielevert24voltDCaandewoningmaar ten behoeve van enkele apparaten die220voltACnodighebbeniseensinusom-vormer van 600 W ge?nstalleerd.resultaten pv-systeemDe verwachte betrouwbaarheid van het pv-systeemisdeafgelopen20jaargebleken:geen enkele storing deed zich voor en allezonnepanelen functioneren nog steeds naarbehoren. Zoals verwacht moesten de accu'sna acht jaar worden gewisseld. Bij de beoor-deling van deze levensduur moet men zichrealiseren dat de accu's dagelijks geladen enontladen worden en dat in de winter de accu'svaak gedurende lange perioden niet vollediggeladen worden. Daarna is steeds gebruikgemaakt van accubatterijen uit de no-breaksets van verouderde telefooncentrales en isgemiddeld om de vijf jaar gewisseld.Gedurende de eerste vijf jaren zijn meet-gegevens verzameld met een datalogger.Daarover is in het verleden uitgebreid gerap-porteerd. De tabel toont de langjarige gemid-deldenvandegemetenresultaten.Aandehuishoudelijke apparatuur is tussentijdsweinigveranderd,waardoorhetverbruiks-patroon vrijwel ongewijzigd bleef.De referentieopbrengst is de theoretischeopbrengstgebaseerdopdegemeteninstraling,het totale celoppervlak en het celrendementbij25gradenCelsius.Vandezereferentieopbrengstisgemiddeld72procentookdaad-werkelijkgeproduceerdengebruikt.Eenanderopmerkelijkgegevenishetlagehuishoudelijkestroomverbruikvan500kWh/jr,exclusiefdestroom voor de ongebruikelijke absorptiekoelkast. Inclusief een HR compressie-koelkast zou het verbruik 600 kWh/jr zijnvoor een comfortniveau waar zonder degenomenmaatregelen2.200kWh/jrvoornodig zou zijn geweest. Door de lage stroom-behoefte in de winter kon de bijdrage van hetaggregaat beperkt blijven.BetrouwbaarheidDe opmerkelijke betrouwbaarheid van hetsysteem rechtvaardigt een nadere beschou-wing van het ontwerp en de componenten.Uit recent uitgevoerde metingen aan hetarray blijkt dat de elektrische degradatie zogeringis(minderdan5%relatief)datdezeop locatie moeilijk precies is vast te stellen.Het array is opgebouwd uit RSM 4 zonnepa-nelen,geproduceerddoorR&SRenewableEnergySystems.Indezezonnepanelenistransparant siliconenrubber gebruikt voorde encapsulatie van de zonnecellen en wittesiliconenrubber voor de achterzijde. Panelenvandittypestaanalmeerdan20jaarophettestveldvanJRCinIsprainNoordItali?.Skoczek (1)vanJRCrapporteerteenzeergeringe vermogensdegradatie van dit typezonnepanelen: iets minder dan 4 procent in20jaar,ofweleenvermogensdegradatievanslechts0,2procentperjaar.Dezelagedegra-datie komt voort uit een combinatie vanfactoren:? Erwerden20jaargeledenrelatiefdikke(0,4mm)multikristallijnsiliciumcellengebruikt.? Decellenhaddeneennikkelsoldeermetallisatie die relatief ongevoelig bleekte zijn voor vocht.? Devrijforsestressloopsdieindeverbin-dingen tussen de cellen werden gebruikt.? Degunstigethermomechanischeeigenschap-pen van de gebruikte siliconenrubbers.? Devoldoendevochttransparantievandesiliconenrubbers,dieervoorzorgtdaterzich geen vocht kan opbouwen.De gerapporteerde metingen van Skoczektonenaandateengoedzonnepaneelconcept,in combinatie met de keuze van de juistematerialeneneengoedekwaliteitsbeheersing,leidt tot een levensduur van zonnepanelendiewezenlijklangerdan20jaarkanzijn.Vanwegederelatiefhogekostenishetconceptvan de siliconenrubber encapsulatie verlaten.Dit betekent echter niet dat met modernezonnepaneelconcepten en modernere mate-rialen geen vergelijkbare resultaten bereiktkunnen worden.De panelen zijn nog nooit schoongemaakt.Regen en hagelbuien blijken op de locatie inCastricumvoldoendetezijnomdepanelenschoon te houden. Dat de voorzijde van depanelenvanlichtgeribbeld(getextureerd)glasisgemaakt,blijktgeenprobleemtezijn.Decontrollerinhetsysteem,waarvanhetconcept ontwikkeld was voor professioneleautonomesystemen,heeftgoedgewerkt.Datde overlaadbeveiliging nog geheel was uitge-voerdmetelektromagnetischerelaisheeftgeenproblemen gegeven. Geen van de contactpun-ten toont slijtage- of inbrandverschijnselen.SlotopmerkingenHetpvsysteemheeftdeafgelopen20jaarperfect en storingvrij gewerkt. Het Zonne-huis heeft ook aangetoond dat een laagelektriciteitsverbruik kan worden gereali-seerd zonder dat je daarvoor noemens-waardig comfort moet inleveren. De bewo-ners zijn tevreden en zagen nooit aanleidingom over te stappen op een netgekoppeldsysteem. In de daarvoor ingerichte ruimteaanhuiszijnindeeerstetienjaar2.200bezoekers uit alle delen van de wereldontvangen voor een presentatie van de resul-taten. Het Zonnehuis werkte inspirerend enheeft een belangrijke rol gespeeld bij deintroductie van fotovolta?sche zonne-energiein de gebouwde omgeving. n(1) A.Skoczek,T.Sample,E.D.Dunlop,H.A.Ossenbrink,Electricalperformanceresultsfromlongtermoutdoorweatheredmodules,proceedingsofthe22photovoltaicsolarenergyconference,Milan,Italy(2007).Het Zonnehuis te castricumdE autEurSevert sjoerdsma was indertijd beleidsmedewerker van het provinciaal bureau energie-besparing van de provincie noord-Holland en verantwoordelijk voor de realisatie vanhet demonstratieproject. Hij is tevens ??n van de bewoners van het Zonnehuis.prof. Dr. ronald van Zolingen was indertijd hoofd Onderzoek en Ontwikkeling bij r&srenewable energy systems. nu is hij emeritus hoogleraar Duurzame energie aan detechnische Universiteit eindhoven.