Direct en diffuus zonlicht: oogsten bij bewolking

Een van de meest gestelde vragen van nieuwe PV-eigenaren: “Leveren mijn panelen iets als het bewolkt is?” Het antwoord is ja, soms verrassend veel. Om te begrijpen waarom, moet je weten dat het zonlicht op je dak niet één ding is. Het zijn er drie.

De drie componenten van zonnestraling

Elke watt zonne-energie die op je paneel valt, komt via een van drie routes aan.

Direct normale instraling (DNI)

Dit is het zonlicht dat in een rechte lijn van de zon naar je paneel reist, zonder verstrooid of geabsorbeerd te worden. Op een heldere dag is dit de dominante component: het scherpe licht dat harde schaduwen werpt, oppervlakken verwarmt en je doet knipperen met je ogen.

DNI is sterk richtingsgevoelig. De hoek tussen je paneel en de zon doet ertoe. Panelen die recht op de zon gericht zijn, krijgen de maximale DNI; panelen onder een schuine hoek krijgen proportioneel minder (volgens de cosinuswet).

Op een volkomen heldere dag rond het zonnehoogtepunt kan de DNI in Midden-Europa meer dan 800-900 W/m² bedragen op een vlak dat loodrecht op de zon staat.

Diffuse horizontale instraling (DHI)

Dit is zonlicht dat door de atmosfeer is verstrooid: door luchtmoleculen (Rayleigh-verstrooiing), aerosolen (stof, vervuiling) en vooral wolken. Diffuus licht komt niet uit één richting, maar uit het hele hemelgewelf.

Op een heldere dag is de DHI relatief bescheiden, misschien 80-150 W/m². Maar op een zwaar bewolkte dag is het de enige bron van instraling, en dan kan het nog steeds 100-300 W/m² leveren, afhankelijk van de dikte en het type wolken.

Daarom leveren je panelen ook op bewolkte dagen stroom. Zelfs als dikke wolken elk spoor van direct zonlicht blokkeren, verstrooit de hemel nog steeds licht naar beneden, uit alle richtingen.

Door de grond gereflecteerde instraling

De derde component is zonlicht dat van de grond of omliggende oppervlakken weerkaatst voordat het je paneel raakt. Dit is kleiner dan de andere twee, maar niet te verwaarlozen, zeker als je panelen schuin staan (die vangen meer gereflecteerd licht op) en de grond sterk reflecteert.

Verse sneeuw kan 60-80% van het binnenkomende licht terugkaatsen. Groen gras reflecteert ongeveer 20%. Donkere grond of asfalt: 10-15%. In Scandinavische landen kan grondreflectie in de winter de opbrengst merkbaar verhogen.

Het reflecterend vermogen van de grond heet albedo, en het geografische belang daarvan bespreken we in een later bericht.

GHI: het getal dat je meestal ziet

De meeste weerstations en zonnedatabronnen rapporteren de globale horizontale instraling (GHI): het totale zonnevermogen dat op een vlak horizontaal oppervlak valt. GHI is simpelweg:

GHI = DNI × cos(zenithoek) + DHI

Dit is de standaardmaat, maar het is niet wat jouw schuine paneel ontvangt. Om GHI om te rekenen naar de instraling op jouw specifieke schuine vlak is een transpositiemodel nodig: een wiskundige stap die de componenten scheidt en opnieuw combineert voor de oriëntatie van je paneel. Daarover meer in een later bericht.

Hoe de verhouding alles verandert

De verdeling tussen directe en diffuse straling varieert enorm met de omstandigheden, en dat maakt prognoses interessant.

Heldere lucht: 70-85% direct, 15-30% diffuus. De oriëntatie van het paneel doet er veel toe.

Half bewolkt: 30-60% direct, 40-70% diffuus. Wilde schommelingen als wolken voorbijtrekken. Het vermogen kan binnen enkele minuten met 50% schommelen.

Zwaar bewolkt: 0-10% direct, 90-100% diffuus. De hellingshoek doet veel minder ertoe, want het licht komt van overal. Een plat paneel en een paneel van 35° ontvangen ongeveer evenveel.

Dunne hoge wolken (cirrus): 50-70% direct, 30-50% diffuus. Ze werken als een natuurlijk filter: ze verminderen de DNI zacht en verhogen de DHI.

Dit heeft een praktisch gevolg: in klimaten met veel bewolkte dagen (hallo, het noorden van Polen in november) ligt de optimale hellingshoek eigenlijk vlakker dan theoretische berekeningen voor heldere hemel suggereren, omdat je vooral diffuus licht opvangt.

De verrassing van de bewolkte dag

Op sommige half bewolkte dagen kan het momentane vermogen even boven de waarde bij heldere hemel uitschieten. Dit heet cloud enhancement: zonlicht dat van de randen van wolken weerkaatst, komt samen met de directe straling en zorgt kortstondig voor instralingsniveaus die zonder wolken niet mogelijk zijn.

Het is een echt, goed gedocumenteerd verschijnsel. Je omvormer kan heel even meer vermogen melden dan het nominale vermogen van de panelen. Dat is geen meetfout, maar natuurkunde die een keer iets nuttigs doet.

Waarom dit telt voor prognoses

Een prognosemodel dat alleen voorspelt “hoeveel zonlicht in totaal”, zonder dat op te splitsen in directe en diffuse componenten, maakt systematische fouten:

Het overschat de opbrengst op bewolkte dagen voor steil gekantelde panelen (die het meeste diffuse licht van de tegenoverliggende hemel missen).

Het onderschat de opbrengst op bewolkte dagen voor vlakkere panelen (die diffuus licht efficiënt van het hele hemelgewelf opvangen).

Het mist helemaal de volatiliteit bij gedeeltelijke bewolking, die snelle schommelingen in de opbrengst veroorzaakt.

Volcast lost dit op door elke component apart te modelleren. De weersverwachting levert bewolking en atmosferische gegevens; de natuurkundige motor splitst die op in DNI en DHI; het transpositiemodel rekent ze om naar jouw schuine vlak; en het PV-model berekent de resulterende elektrische opbrengst.

Het is ingewikkelder dan een simpele opzoektabel, maar zo werkt de natuurkunde nu eenmaal, en daarom blijft de prognose nauwkeurig of je dag nu zonnig, bewolkt of chaotisch wisselend is.