5 november 2018

Onderzoeksresultaten van belang voor beleidsmakers en netbeheerders

Zonnepanelen in de stad: bedenk goed in welke wijk je ze neerlegt

Het merendeel van de wereldbevolking woont in steden, en die zijn weer verantwoordelijk voor 70% van alle broeikasgassen. Zonnepanelen kunnen een flinke bijdrage leveren aan het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen. De energieproductie van zonnepanelen fluctueert echter nogal. Bovendien kun je ze niet zomaar overal installeren. Hoe weet je nu in welke wijken je het beste kunt inzetten op zonne-energie, en waarmee je dan rekening moet houden?

Energiewetenschappers Geert Litjens en Bhavya Kausika samen met hoogleraren Ernst Worrell en Wilfried van Sark onderzochten als eersten alle factoren die van invloed zijn bij de installatie van zonnepanelen op daken in een stad, voor een langere periode. Ze concluderen dat het nogal wat uitmaakt in welke wijk je inzet op zonne-energie. In de ene wijk zijn bijvoorbeeld de ‘dakvoorwaarden’ minder gunstig, een andere wijk zou in theorie een elektriciteitsoverschot kunnen produceren. De productie van zonne-energie stelt bovendien eisen aan het elektriciteitsnetwerk. Ook daar verschilt de situatie per wijk, zo blijkt uit dit onderzoek.

De Utrechtse onderzoekers namen de stad Utrecht als uitgangspunt, maar hun onderzoeksresultaten zijn ook toepasbaar op andere steden. Voor beleidsmakers is dit onderzoek nuttig bij het realiseren van de energietransitie. Netwerkbeheerders zijn ermee gebaat wanneer ze willen weten wat de gevolgen zijn voor de elektriciteitsnetwerken.

Verschillen tussen wijken

Niet alleen het aantal vierkante meters dakoppervlak, maar ook de helling van de daken, de oriëntatie (noord-zuid, oost-west of daar ergens tussen in) en de aanwezigheid van hoge gebouwen in de omgeving heeft invloed op de hoeveelheid zonne-energie die een wijk kan produceren. Deze factoren maken dat het historische centrum minder elektriciteit produceert dan de buitenwijken. Het heeft dan dus ook weinig zin om in het centrum te investeren in systemen voor de opslag van elektriciteit. Centrumbewoners kunnen een eventueel overschot beter leveren aan de buurman met een ‘ongunstiger’ dak, aldus de onderzoekers. Opslagsystemen zijn weer wel zinvol in de buitenwijken, waar de productie hoger ligt. Beleid moet zich voor een maximaal effect bovendien concentreren op wijken waar zonnepanelen ook daadwerkelijk bijdragen aan de vermindering van de broeikasgasuitstoot. Een bungalowwijk is bijvoorbeeld een duidelijk grotere leverancier van zonnestroom dan een wijk met kleine huisjes in de binnenstad.

stroomkast
Onbalans in vraag en aanbod van elektriciteit kan schade toebrengen aan onderdelen van het netwerk, zoals stroomkasten en transformatoren

Netwerk

In buitenwijken is het dakoppervlak groter dan in het centrum, en kan er dus meer energie opgewekt worden. De vraag is echter grosso modo dezelfde als die in het centrum: mensen moeten nu eenmaal toch koken, hun huizen verlichten etc. Per saldo betekent dat een elektriciteitsoverschot in buitenwijken, dat aan andere wijken geleverd kan worden. Een lokaal overschot heeft wel consequenties voor het netwerk. Vraag en aanbod van elektriciteit moeten namelijk in balans zijn, anders kunnen bijvoorbeeld transformatoren uitvallen of apparaten kapot gaan. Netwerkbeheerders kunnen daarop inspelen door de capaciteit van het netwerk te vergroten. De netwerkbeheerders kunnen met de resultaten uit het onderzoek beter inschatten in welke wijken het huidige netwerk aanpassingen nodig heeft bij het volledige gebruik van het potentieel aan zonnepanelen.

Digitale kaart

De onderzoekers keken voor elk van de 88 Utrechtse wijken naar bouwkundige aspecten zoals de hoogte van gebouwen, hellingen en oriëntatie van de daken, maar ook naar sociaal-economische factoren zoals gezinssamenstelling per woning of het aantal auto’s per wijk. Met behulp van de bouwkundige gegevens berekenden ze het potentiële overschot aan zonne-energie dat een wijk zou kunnen produceren, of juist een beperking in de opbrengst. Ook keken ze naar de mogelijkheden voor opslag. Al deze meetgegevens resulteerden in een digitale stadskaart die per wijk de (on)mogelijkheden en de consequenties laat zien van de aanleg van zonnepanelen.

Tekst gaat verder onder kaart

Kaart van de stad Utrecht met eigenverbruik en de zelfvoorzieningsgraad per wijk

Het eigenverbruik (a) en de zelfvoorzieningsgraad (b) per wijk wanneer 50% van de daken van woningen bedekt is met zonnepanelen. Het eigenverbruik is het percentage van zonne-energie dat direct in de woning verbruikt wordt. De zelfvoorzieningsgraad is het percentage elektriciteitsverbruik dat opgewekt wordt uit zonne-energie.

De cijfers laten bijvoorbeeld voor de binnenstad van Utrecht zien dat daar het dakoppervlak te klein is om met zonne-energie te voldoen aan de elektriciteitsvraag. Deze wijk laat een hoog eigenverbruik zien, maar een lage zelfvoorzieningsgraad. Er is dus weinig overschot van zonne-energie en opslag is niet aanbevolen.

Daarentegen is er in een wijk als Leidsche Rijn relatief veel dakoppervlak beschikbaar voor zonnepanelen. In deze wijk kan bijna 40% van het elektriciteitsverbruik direct uit zonnepanelen gehaald worden. Het aandeel eigenverbruik is ook 40%, dus de overige 60% van de opgewekte elektriciteit wordt geëxporteerd naar het netwerk. Dit overschot van zonne-energie kan in de wijk worden opgeslagen om het eigenverbruik en de zelfvoorzieningsgraad te verhogen.
 

Aanvullende energiebronnen

In onze steden is niet genoeg dakoppervlak om aan de particuliere energiebehoefte te voldoen, laat staan voor industrie en transport. Aanvullende bronnen, zoals windparken op zee en zonnepanelen buiten de stad, zijn daarom onontbeerlijk bij de energietransitie.Een ‘klimaatneutrale’ stad is dus een lastige opgave. Maar, zo benadrukken de onderzoekers, we moeten vooral de aanschaf van zonnepanelen blijven stimuleren. Bovendien: alle kleine beetjes helpen, ook zonnepanelen op minder gunstig georiënteerde daken, waar de opbrengst 15% lager kan zijn dan op een ‘ideaal’ dak.

De onderzoekers hebben overigens niet gekeken naar de mogelijkheden van elektriciteitsopwekking op gevels. Daar heb je met zoveel extra variabelen te maken, zoals het glasoppervlak, dat een aparte studie vereist is.

Meer lezen?

Dit onderzoek valt onder het strategische thema ‘Pathways to Sustainability’ van de Universiteit Utrecht. Wetenschappers vanuit diverse disciplines werken daarin samen met externe partners. Zo ontwikkelen zij een duurzame samenleving.

G.B.M.A. Litjens, B.B. Kausika, E. Worrell, W.G.J.H.M. van Sark, ‘A spatio-temporal city-scale assessment of residential photovoltaic power integration scenarios’, Solar Energy 174 (2018), pp. 1185 - 1197. Zie https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X18309496.