Wat is de jaarlijkse zon-instraling in Nederland?

Hoe groot is het energie aanbod van de zon in Nederland? Hoeveel zonnestralen vallen er op het oppervlak van Nederland en waar is dit van afhankelijk?

De hoeveelheid zonne-energie die per dag door de aarde ingevangen wordt is zeer groot. Als we in staat zouden zijn dit zonlicht direct om te zetten in bruikbare energievormen dan was 0,01 % van de binnenkomende zonne-energie voldoende om aan de huidige wereldenergievraag te voldoen. Zelfs in het dichtbevolkte Nederland is het aanbod van zonne-energie vele malen groter dan het energie­ verbruik.

De zonnestraling heeft vlak buiten de dampkring van de aarde een intensiteit van 1350 Watt per m2.
Op weg naar het aardoppervlak verliest de straling ongeveer de helft van zijn intensiteit door absorptie en reflectie in de dampkring (zie figuur 1). De andere helft bereikt het aardoppervlak langs directe weg of via wolken of stofdeeltjes (diffuse straling). In Nederland is de verhouding tussen direct en diffuus licht ongeveer 40/60.

figuur 1. Verdeling van de energiestromen ten gevolge van de invallende zonne­straling. Een kwart van de zonne­straling wordt door de dampkring weerkaatst en een kwart wordt ge­absorbeerd. Wat er overblijft bereikt de aarde deels direct, deels diffuus. In Nederland is de verhouding direct/ diffuus ongeveer 40/60. Dit is een zeer belangrijk gegeven voor het optimaliseren van installaties die direct zonnestralen omzetten in warmte (bijvoorbeeld dmv een zonneboiler) of elektriciteit (dmv een zonnestroom installatie).

Wisselend zon aanbod

Natuurlijk is de instraling op het aardoppervlak niet voor alle gebieden en op alle momenten gelijk. De instraling wisselt in de loop van de dag en met de seizoenen. Bij de polen is deze variatie veel sterker en is het gemiddelde zon aanbod kleiner dan aan de evenaar. Daarnaast wordt de instraling sterk beïnvloed door de plaatselijke klimatologische omstandigheden.  In Nederland is het gemiddelde aanbod van zonne-energie op een horizontaal vlak ongeveer 3,6 GJ per m2 per jaar. De dagelijkse instraling wisselt behoorlijk. Het zomeraanbod is 10 maal groter dan het winteraanbod (gemiddeld per dag 18,4 MJ/m2 in juni en 1,8 MJ/m2 in december). Ons zeeklimaat heeft een merkbare invloed op de verdeling van het zon aanbod over het land. De kustgebieden ontvangen zo'n 10% meer zon­licht dan de oostelijke provincies (zie figuur 2).  Landen gelegen op een andere breedtegraad en met andere weersomstandigheden hebben een van Nederland afwijkend aanbodpatroon.
Uit figuur 3 blijkt dat het totale jaaraanbod van zonne-energie in Noorwegen kleiner is dan in Nederland, terwijl de spreiding van het aanbod over het gehele jaar groter is. De totale jaarlijkse instraling in Egypte daarentegen is twee keer zo groot als in Nederland en de spreiding is geringer.



figuur 2.  Jaarlijkse zonne straling ( in GJ/m2 )in verschillende regio's in Nederland.



figuur 3. De gemiddelde dagelijkse instraling van zonne-energie op een horizontaal vlak in Nederland (De Bilt), Egypte (Giza, nabij Caïro) en Noorwegen (Bergen). 

Betere benutting van de instraling

In het voorgaande werd uitgegaan van de instraling op een horizontaal vlak. Het is mogelijk de instraling te vergroten door het vlak op de zon te richten (zie figuur 4). In Nederland wordt zo de maximale jaarlijkse instraling (diÍïuus
+ direct zonlicht) bereikt bij een oriëntatie van 5º westelijk van het zuiden en een hellingshoek van 36º. De gemiddelde jaarlijkse instraling is dan ongeveer 4,14 GJ/m². Bij een oriëntatie tussen zuidoost en zuidwest is altijd een hellingshoek te vinden waarop de jaarlijkse instraling minimaal 90% van dit maximum is. Met een zogenaamd
instralingsdiagram (zie figuur 5) kan de zon instraling voor elke windrichting en hellingshoek worden bepaald.



figuur 4. Een vlak dat onder een hoek op de zon is gericht, vangt meer zonne­straling dan een horizontaal vlak. 



figuur 5.  Zoninstralingsdiagram

Een zonnecollector is gevoelig voor licht; dus zowel voor diffuus licht als voor direct zonlicht. Nu neemt de hoeveelheid diffuus licht die op een zonnecollector of zonnepaneel valt af naarmate de hoek steiler
wordt (zie figuur 6), maar dat verlies wordt ruimschoots gecompenseerd door het extra opgevangen directe zonlicht.



figuur 6. Een vlak onder een hoek krijgt minder diffuse straling naarmate de hoek steiler wordt. 

Afhankelijk van de toepassing en de periode waarin de collector wordt gebruikt, kan men kiezen voor een andere hoek. Verkleint men de hoek met het aardoppervlak, dan zal in de zomer iets meer zonlicht ingevangen worden, terwijl dat in de wintermaanden dan minder is (zie figuur 4). Een vergroting van de hoek daarentegen vergroot het aandeel in de winter ten koste van de instra­ling in de zomer. De totale jaarlijkse instraling op de collector neemt in beide gevallen echter af.