Het gelukkige huwelijk tussen zonnepanelen op woningen en openbaar vervoer

Het gelukkige huwelijk tussen zonnepanelen op woningen en openbaar vervoer

Minder curtailment en opslag. Dat is de winst van een gedeeld pv-systeem voor woningen en tractienetten voor openbaar vervoer. ‘Bovendien is er kostenvoordeel voor alle belanghebbenden’, zegt Pavol Bauer (TU Delft).

Jij bent medeauteur van ‘A shared PV system for transportation and residential loads to reduce curtailment and the need for storage systems’, een studie die begin dit jaar werd gepubliceerd. Waarom is die gedaan?
‘Iedereen vraagt altijd “waarom laten we die treinen, elektrische bussen en metro’s niet gewoon op zonne-energie rijden?” Zo gemakkelijk is dat niet. Wij doen in dit kader veel onderzoek, bijvoorbeeld in samenwerking met regionale vervoersbedrijven en ProRail. Dit promotieonderzoek van Ibrahim Diab werd voor een trolleynetwerk in Arnhem gemaakt en gefinancierd vanuit het Trolley2.0-project dat onderdeel is van het programma Electric Mobility Europe.’ 

Wat was het uitgangspunt?
‘Er wordt veel zonne-energie op huizen opgewekt. De productie is echter volatiel en het aanbod loopt niet synchroon met de vraag. Je kunt overschotten opslaan in batterijen om die stroom later weer te gebruiken. Dat gaat echter gepaard met omzettingsverliezen en het is duur. Curtailment bij overvolle stedelijke netten is in de praktijk vaak een kosteneffectievere oplossing. Maar dat betekent groene stroom weggooien, terwijl je juist meer wilt.’

Je kunt die beter direct gebruiken, bijvoorbeeld voor de elektriciteitsvoorziening van elektrisch transport.
‘In de omgeving van bovengrondse, stedelijke tractienetwerken, bijvoorbeeld voor trams, metro of trolleybus, is doorgaans weinig ruimte voor zonnepanelen. De daken van nabijgelegen huizen kunnen uitkomst bieden. Er liggen in principe grote kansen ten aanzien van het integreren van residentiële pv in tractienetten. Maar dat is ook uitdagend, met name gezien het bijzondere belastingprofiel van die netten.’

Waarom is dat bijzonder?
‘Tractienetten kennen, in tegenstelling tot gewone elektriciteitsnetten, geen basisbelasting. Er is echter wel sprake van hoge pieken, onder andere veroorzaakt door optrekken van de voertuigen. Die momenten zijn onvoorspelbaar. Daarnaast zijn de tractienetten opgedeeld in diverse trajecten, gescheiden door onderstations die bestaan uit een step-downtransformator en een gelijkrichter die AC omzetten in DC van zo’n 650 tot 750 volt. Wordt de bevoorradingszone van een onderstation gepasseerd, dan valt de belasting, en dus de vraag naar stroom, ervoor direct terug.’

Wat hebben jullie exact gedaan?
‘We onderzochten het trolleybussysteem van Connexxion in Arnhem met behulp van zeer uitgebreide en geverifieerde simulatiemodellen. Gedurende een jaar keken we in 2 casestudies van een jaar naar de synergetische voordelen van een multistakeholdermodel: het leveren van zonnestroom door huishoudens aan een onderstation met veel verkeer en een onderstation met weinig verkeer, en wat dat betekent voor de nabijgelegen residentiële pv-belastingen in buurten en wijken. Zonder opslag kan 13 procent van de zonne-energie direct gebruikt worden bij onderstations met laag verkeer, oplopend tot 38 procent bij het drukste station. Dit getal is ook afhankelijk van hoeveelheid van de zonnepanelen.’

Die positieve synergie is er?
‘In onze modellen zien we bijvoorbeeld dat een zonnepaneelinstallatie van 100 kilowattpiek aangesloten op substation 12 zo’n 33 procent van de opgewekte zonne-energie zou gebruiken. Dat betekent dat jaarlijks 67 procent van de opwekking wordt verspild. Gecombineerd met 3 huishoudens wordt dat gebruik 38 procent, een stijging van 5 procentpunten. In zo’n gedeeld systeem moeten de 2 belanghebbenden – de tractie en woningbouw – uiteraard de kosten delen. In andere simulaties is zichtbaar dat ongeveer 80 procent van de energie die het pv-systeem levert, wordt gebruikt door de tractiebelasting. Dat betekent dat 80 procent van de aangeleverde 38 procent wordt gebruikt door de trolleybussen. Het zou dan eerlijk zijn om het tractienet te vragen 80 procent van de kosten van het systeem te betalen, en de huishoudens 20 procent. De logische vraag voor het tractienet is hier: “Ben ik niet beter af als ik gewoon zelf een zonnepaneelinstallatie van 80 kilowattpiek – 80 procent van 100 kilowattpiek – installeer?” Het antwoord is altijd nee, concluderen we in onze studie.’

Julie conclusies zijn?
‘Met behulp van zonnepanelen op huizen kan in de elektriciteitsvraag van tractienetten worden voorzien, en wel voor ieder type onderstation. Tegelijkertijd kan zo de netbelasting door residentiële pv-systemen worden teruggebracht. Dat betekent minder noodzaak voor opslag, minder curtailment en meer ruimte voor zonnepanelen. Zo’n gedeeld pv-systeem is rendabel voor alle belanghebbenden, ook de eigenaren van de netten, ongeacht het tractieverkeer en het aantal deelnemende huishoudens. De energiekosten zijn altijd beter vergeleken met afzonderlijke systemen.’

Dit gaat ook daadwerkelijk gebeuren?
‘Het inzetten van overcapaciteit van zonnepanelen voor elektrisch openbaar vervoer in gedeelde pv-systemen is kansrijk. Het is echter technisch complex, zeker als je het bijvoorbeeld tevens gaat combineren met wind, opslagsystemen en het laden van voertuigen. Het is altijd zoeken naar gecontroleerde belasting, en dat vraagt om specifieke, geoptimaliseerde ontwerpen. Maar de te behalen winst is zeker niet triviaal, als je het goed doet tenminste. Wij pleiten dus voor de implementatie van dit soort multistakeholder pv-systemen.’