Hier wordt de opbrengst van zonnepanelen berekent.
De instraling van de zon op het aardoppervlak kun je exact berekenen. Het weer kun je echter minder goed voorspellen. Daarom heb ik eerst een model gemaakt van het zon-aarde systeem.
1. Berekening van de energie van de zon in de ruimte bij de Aarde. Hierin is de gemiddelde afstand gelijk aan 150 miljoen kilometer en de gemiddelde energie gelijk aan 1360.8 Wh/m2
Doel van deze berekening is om inzicht te krijgen in de basisvoorwaarden.
2. Berekening van de energie van de zon op de Aarde. De Aarde is in dit geval een perfecte bol die altijd dezelfde kant richting de Zon heeft gekeerd.
Doel van deze berekening is om inzicht te krijgen in de invloed van de locatie (de breedtegraad) en de stand (richting en hellingshoek) op de ingevangen energie.
3. Berekening van de energie van de zon op een scheefstaande en draaiende Aarde. Hierbij is de scheefstand per definitie 23,4 graad, de Aarde draait in 24 uur om haar as en in 365 dagen rond de Zon. Hier worden uitsluitend waarden per jaar getoond, omdat anders de waarden teveel varieren.
Doel van deze berekening is om inzicht te krijgen in de energie die een scheefstaande en draaiende Aarde ontvangt, een Aarde met atmosfeer en een Aarde met bewolking. Hierbij is de bewolking specifiek toegesneden op Nederland. De energie op het horizontale vlak wordt getoond, want dit is het meetgegeven dat de NMI verstrekt. Deze waarde wordt gebruikt ter validatie van de berekening.
4. Berekening van de opwekking van energie door een zonnepaneel. Hier komen alle gegevens bij elkaar. Achtereenvolgens wordt de energie berekend voor een vaststaand zonnepaneel, een zonnepaneel dat noord-zuid kan kantelen, een zonnepaneel dat oost-west kan kantelen en een zonnepaneel dat volledige draai-vrijheid heeft en de Zon continu kan volgen, zodat deze continu loodrecht op de stralingsrichting staat.
Doel van deze berekening is om inzicht te krijgen in de opgewekte energie door een vaststaand zonnepaneel ten opzicht van een bewegend zonnepaneel. Uit deze gegevens kun je afleiden heoveel zin het heeft om een redelijk complex systeem te bouwen om de zon in één of twéé kantelrichtingen te volgen.
Door bij de Locatie 0 graden in te vullen, en bij de hellingshoek ook 0 graden, wordt onder 3. voor verschillende situaties de gemiddelde energie berekend. Als eerste wordt er 3637kWh/m2 genoemd. Dit is 30,5% van de jaar-waarde genoemd onder 1.: 11921kWh/m2. Deze waarde ligt vrij ver van de waarde die volgt uit 342Wh/m2 van 1361Wh/m2, dat 25,1% is. Een betere waarde hier zou 2980 zijn (scheelt factor 1,22)
Vul bij Locatie voor breedtegraad de waarde 0 in. De berekening heeft nu betrekking op de evenaar. Vergelijk vervolgens het eerste getal met het vierde getal van groep 3. Hier staat respectievelijk 2980 3637kWh/m2 en 1557kWh/m2. Daaruit volgt dat 53% van de energie die de Aarde bereikt, doordringt op het aardoppervlak. Dit getal is bijna gelijk aan de warmtebalans, die aangeeft dat 51% van de energie doordringt. Dit is voldoende nauwkeurigheid om deze berekening te valideren.
In Nederland bij Eindhoven valt gemiddeld 1085kWh/m2.