Wat een schaduwhorizon is, en waarom die je zonneopbrengst bepaalt

De hemel is een koepel, en je obstakels vreten eraan

Ga staan op de plek waar je zonnepanelen wilt zetten en kijk omhoog. De hemel is een koepel. De zon reist over die koepel langs een gebogen baan die met de seizoenen verschuift. Elke boom, daknok, schoorsteen en elk naastgelegen gebouw rijst op van de grond en bedekt een deel van de lagere koepel. Die omtrek, de hoogte van alles wat je zicht op de hemel blokkeert, helemaal om je heen gemeten, is de schaduwhorizon. Ingenieurs noemen het ook het horizonprofiel.

Om het precies te beschrijven heb je twee hoeken nodig. De eerste is de kompasrichting, het azimut genoemd. Volgens afspraak is 0 graden noord, 90 graden oost, 180 graden zuid en 270 graden west. De tweede is hoe hoog een object boven de vlakke horizon reikt, de elevatie- of hoogtehoek genoemd, van 0 graden (vlak, op ooghoogte) tot 90 graden (recht boven je).

Een schaduwhorizon is gewoon een tabel van die twee getallen samen. Voor elke kompasrichting, wat is de elevatiehoek van het hoogste ding dat de hemel blokkeert? Een rij populieren pal op het zuiden reikt misschien tot 25 graden. Het open veld in het westen is misschien 2 graden. Het huis van een buur in het zuidoosten is misschien 18 graden. Zet die punten uit en verbind ze, en je krijgt een gekartelde lijn die open hemel boven scheidt van geblokkeerde hemel onder. Alles onder de lijn is schaduw. Alles erboven is potentieel zonlicht.

Waarom de lijn het zwaarst telt in de winter

Een schaduwhorizon zou er niet toe doen als de zon altijd hoog boven je stond. Dat is niet zo. De hoogte van de zon verandert enorm door het jaar, en dat is de hele reden waarom deze meting je opbrengst bepaalt.

Op zonnemiddag is de elevatie van de zon gelijk aan 90 graden min het verschil tussen je breedtegraad en de declinatie van de zon. De declinatie schommelt tussen plus 23,45 graden bij de zonnewende in juni en min 23,45 graden bij de zonnewende in december. Voor een locatie op 50 graden noorderbreedte, ruwweg Frankfurt of Praag, geeft dat een middagzon van ongeveer 63 graden hoog in juni en maar zo'n 16 graden hoog in december. Dat is een schommeling van bijna 47 graden tussen de seizoenen.

Nu is het gevaar duidelijk. In juni rijdt de zon hoog over de hemel en passeert ze de meeste obstakels gemakkelijk. In december komt ze nauwelijks van de horizon, scheert ze laag over het zuiden een paar uur lang voordat ze weer ondergaat. De exacte band van de hemel waar de winterzon leeft, laag en richting zuid, is precies de band die bomen en gebouwen het meest waarschijnlijk blokkeren. Een rij coniferen die in de zomer geen schaduw op je panelen werpt, kan pal voor de decemberzon zitten.

Daarom kan een dak er perfect uitzien op een zonnige juli-middag en toch onderpresteren. De zomertest slaagt. De wintertest, degene die telt voor een jaarrond systeem, faalt stilletjes. Alleen een gemeten schaduwhorizon toont je beide tegelijk.

Waar op de horizon de schade het ergst is

Niet alle obstakels zijn gelijk. Een obstakel pal ten noorden van een locatie op het noordelijk halfrond blokkeert bijna niets, omdat de zon tijdens de productieve uren nooit aan de noordelijke hemel staat. De zon komt op in het zuidoosten, klimt door het zuiden en gaat onder in het zuidwesten. Dus de richtingen die tellen zijn ruwweg zuidoost (ongeveer 135 graden) via zuid (180 graden) tot zuidwest (ongeveer 225 graden).

Een boom of gebouw in die zuidelijke boog haalt de zon weg midden op de dag, wanneer ze het hoogst en sterkst is en de meeste energie per minuut levert. Hetzelfde object pal in het oosten kost je alleen wat vroeg ochtendlicht, dat zwakker en korter is. Daarom kunnen twee daken met dezelfde totale hoeveelheid groen eromheen heel verschillende opbrengsten hebben. Positie op de horizon is alles.

Er is een eenvoudige vuistregel. Loop eerst de zuidkant van de plek af. Als iets daar meer dan ongeveer 20 graden elevatie reikt, verwacht dan een reeel winterverlies. Als de zuidelijke horizon schoon is onder 10 graden, is de locatie waarschijnlijk goed, en kun je je minder druk maken over rommel naar het noorden en het verre oosten of westen.

• Zuidelijke boog (135 tot 225 graden): elke graad obstakel hier kost het meest, vooral in de winter.
• Oost en west (90 en 270 graden): obstakels kosten ochtend- of avondlicht, een kleiner en meer seizoensgebonden verlies.
• Noord (0 graden): vrijwel irrelevant voor panelen in de EU, omdat de zon daar tijdens nuttige uren nooit vandaan schijnt.

Hoe professionals het hebben gemeten

Zonne-installateurs meten de schaduwhorizon al jaren, omdat ze weten dat die de opbrengst drijft. Twee tools domineren het vak.

De Solar Pathfinder is de low-tech klassieker. Het is een gepolijste doorzichtige koepel die over een gedrukt zonnebaandiagram voor je breedtegraad wordt geplaatst. Bomen en gebouwen om je heen verschijnen als weerspiegelingen op de koepel, en waar een weerspiegeling een zonnebaanboog kruist, is dat uur beschaduwd. Omdat het werkt via weerspiegeling in plaats van te wachten op echte schaduwen, kan het op elk moment van de dag in elk weer worden gebruikt. Het kost ruwweg 300 tot 350 USD, maar het nauwkeurig aflezen vergt oefening en het resultaat is maar zo goed als de gebruiker.

De Solmetric SunEye is de digitale versie. Hij gebruikt een fish-eye camera plus een elektronisch kompas en inclinometer om een panorama van 360 graden vast te leggen, traceert dan automatisch de skyline en legt de zonnebanen eroverheen om een zonne-toegangspercentage te berekenen. Het is snel en precies, en het exporteert een horizonprofiel en PDF-rapport. Het is ook een professioneel instrument: de SunEye 210 staat genoteerd rond 2.195 USD. Die prijs is logisch voor een drukke installateur en helemaal niet logisch voor een huiseigenaar die een balkon checkt.

Beide tools bewijzen het punt: de schaduwhorizon is het waard om goed te meten. De drempel was altijd kosten en vaardigheid, niet waarde.

De horizon invoeren in een opbrengstberekening

De skyline meten is maar de helft van het werk. De andere helft is die omzetten in een kilowattuurgetal, en de gratis standaardtool daarvoor in Europa is PVGIS, beheerd door het Joint Research Centre van de Europese Commissie.

PVGIS bevat standaard al een horizon. Het leest het terrein uit een digitaal hoogtemodel op ongeveer 90 meter resolutie (3-boogseconde data) en berekent hoe verre heuvels en bergen elke locatie beschaduwen. Dat legt de ligging van het land vast. Wat het niet kan zien is de boom in je tuin of het huis ernaast, omdat die te klein en te lokaal zijn voor een raster van 90 meter.

Hier komt je eigen meting binnen. PVGIS laat je een aangepast horizonbestand uploaden. Het formaat is eenvoudig en strikt: een simpel tekst- of CSV-bestand met een elevatiewaarde per regel, gegeven in graden, met de klok mee startend vanaf noord. De waarden worden verondersteld gelijkmatig verdeeld te zijn rond de volledige cirkel, dus 48 getallen betekent een aflezing per 7,5 graad richting. Upload je gemeten schaduwhorizon en PVGIS herberekent de opbrengst met je werkelijke obstakels inbegrepen, maand voor maand, en toont de zonne-elevatie bij de zonnewendes van juni en december zodat je het winterprobleem direct kunt zien. Plotseling weerspiegelt de schatting jouw plek, niet een geidealiseerd open veld.

Solargis, PVsyst en andere professionele pakketten accepteren horizonprofielen op dezelfde manier. De meting is overdraagbaar. Leg die een keer vast en je kunt die invoeren in welke calculator je ook vertrouwt.

Het vastleggen op een telefoon, gratis

De wiskunde en de calculators zijn al jaren gratis en openbaar. Het ontbrekende stuk was een betaalbare manier om de skyline ter plaatse te meten, zonder een instrument van 2.000 USD of een koepel die training vergt om te lezen.

Een moderne telefoon draagt de juiste sensoren al: een camera, een kompas en bewegingssensoren die precies bijhouden waar de telefoon naartoe wijst. Augmented reality combineert ze. Je gaat staan op de exacte plek, de dakpan, het balkonhek, het stuk tuin, en veegt de telefoon langs de hemel. De app registreert de elevatiehoek van de skyline bij elke richting terwijl je gaat, en bouwt hetzelfde horizonprofiel dat een SunEye zou maken, met hardware die je al bezit.

Dit is wat SunMeasure doet. Het legt de schaduwhorizon vast op de exacte plek, combineert die vervolgens met instralingsdata voor de locatie uit officiele bronnen zoals PVGIS, de Global Solar Atlas, Copernicus CAMS, DWD en NASA POWER om de realistische opbrengst in te schatten en de beste hellingshoek en orientatie voor te stellen. Het punt is niet de app, evenwel. Het punt is het concept. Kaart- en satelliettools zoals Project Sunroof of een Solarkataster modelleren het dak maar kunnen de spar van de buur of de schoorsteen drie meter verderop niet zien. De schaduwhorizon is de ene invoer die alleen een meting ter plaatse vastlegt, en het is vaak het verschil tussen een goede schatting en een verkeerde.

Leer de lijn tussen open hemel en geblokkeerde hemel te lezen, besteed de meeste aandacht aan het zuiden, en onthoud dat de winterzon laag staat. Doe dat, en je begrijpt het ene geometrische feit dat beslist of een plek het bedraden waard is.