Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

De afgelopen maand juli brak veel records. Het was uitzonderlijk droog en extreem zonnig. Het aantal zonuren was volgens het KNMI 340 uur, het hoogste aantal ooit gemeten, terwijl het gemiddelde op 206 ligt. Voor bezitters van zonnepanelen wekt dit de indruk dat de energieopbrengst tot wel 65% meer zou zijn dan in een normale julimaand. Het ligt echter genuanceerder. Het gaat natuurlijk om de hoeveelheid energie die de zonnepanelen bereikt, dus niet om zonuren maar om kilowatturen.

Zonneschijnduur is van oudsher een belangrijk gegeven voor landbouw en recreatie, aldus het KNMI (www.knmi.nl/kennis-en-datacentrum/uitleg/zonneschijnmetingen). Maar met de enorme groei van het aantal zonnepanelen in Nederland wordt die informatie meer en meer van belang voor bezitters van zonnepanelen. Daarmee beantwoord je bijvoorbeeld de vraag “Kan ik vandaag gratis de was doen met energie van de zon?” of “Wek ik vandaag net zo veel energie op als ik nodig heb?”

Maar het ene zonuur is het andere niet. Een felle zon of een zwak zonnetje kunnen allebei even lang schijnen, terwijl de hoeveelheid zonne-energie aanzienlijk kan verschillen. Hoe kan dat?

De zonneschijnduur werd door het KNMI tot 1992 bepaald met de zogenoemde Campbell-Stokes-zonneschijnmeter. Dit meetinstrument bestaat uit een bolvorming brandglas dat de zon afbeeldt op een stuk papier. Als de zon krachtig genoeg is, ontstaat er een brandspoor. Menigeen zal met een lensje droge blaadjes of oude kranten in brand hebben gestoken in haar of zijn jeugd. In de zonneschijnmeter geeft de lengte van het brandspoor, over een dag gemeten, de zonneschijnduur. Tegenwoordig wordt de zonne-instraling gemeten in watt per vierkante meter en daarvan wordt de zonneschijnduur afgeleid volgens methodes beschreven in de Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation (2014 Edition) van de World Meteorological Organization (WMO). De zonneschijnmeter maakt alleen een brandspoor als de directe zonne-intensiteit hoger is dan een bepaalde waarde, vanaf ongeveer 120 W/m2. Maar bij volle zon is de zonne-intensiteit bijna tienmaal zo groot: 1000 W/m2, en is voor 80% het resultaat van directe instraling. Bij bewolkt weer kan dit zelfs kortdurend oplopen tot 1200 - 1400 W/m2 door extra reflecties aan de randen van wolken. Of de zon een uur lang bij volle intensiteit schijnt of veel zwakker, maar wel meer dan 120 W/m2, maakt voor het bepalen van de zonneschijnduur niet uit.

Dit is wel van belang voor de energieopbrengst van zonnepanelen! Immers, een uur lang volle zon levert veel meer energie op dan een uur lang een zwak zonnetje. In onderstaande figuur zijn alle beschikbare gegevens sinds 1 januari 1900 weergegeven voor het weerstation in De Bilt. Hierin wordt de zonne-intensiteit en zonneschijnduur vergeleken door middel van een scatterplot. Er is een relatie: hoe langer de zonneschijnduur, hoe hoger de zonne-instraling, maar deze relatie is niet eenduidig. Zo kan een zonneschijnduur van acht uur gevonden worden voor instraling tussen ongeveer 1 en 6 kWh/m2 instraling, hetgeen een factor zes verschil uitmaakt in de energieopbrengst van zonnepanelen.

In dezelfde figuur zijn ook de gegevens voor de maanden juli 2017 en 2018 weergegeven. In deze zomermaanden schijnt de zon vaak, en de data liggen aan de bovenkant van de figuur. Het is te zien dat de maand juli 2018 inderdaad veel zonniger was dan juli 2017, met ruim 70% meer zonuren (juli 2017 telde er slechts 198). Maar wat betreft zonne-intensiteit was juli 2018 33% zonniger dan juli 2017, namelijk 203 kWh/m2 ten opzichte van 153 kWh/m2. Bezitters van zonnepanelen spinnen garen in deze dagen, maar het aantal zonuren is niet de beste maat, omdat het geen energiemaat is.

Auteur: Wilfried van Sark.