Een waterig zonnetje

Zonnestraling in Nederland, door C.A. Velds. Thieme/Baarn en KNMI/De Bilt, 1992, 166 blz. Prijs 69,50.

Zonneënergie speelt in de totale energievoorziening in Nederland een heel kleine rol. Een blik uit het raam levert vaak geen prikkel voor het bevorderen van het gebruik van deze energie. Toch blijkt uit de metingen van het KNMI dat de zon in ons land nog zoveel schijnt, dat zonneënergie ook hier geen utopie is. Maar belangrijker dan de duur van de zonneschijn is de hoeveelheid energie die de zonnestraling levert. Daarop ligt dan ook de nadruk in het boek Zonnestraling in Nederland, de derde uitgave in de KNMI-serie over "Het klimaat van Nederland'.

Uit metingen vanuit satellieten is gebleken dat de hoeveelheid stralingsenergie van de zon in de loop der jaren niet noemenswaard is veranderd. Er is een kleine fluctuatie van zo'n 0,1 procent die samenhangt met de activiteitscyclus van de zon, maar daar merken we in het dagelijks leven niets van. De energie die iedere seconde buiten de atmosfeer op een vlak loodrecht op de richting van de zon valt, bedraagt steevast 1367 watt per vierkante meter: de zonneconstante.

Tijdens haar weg door de atmosfeer wordt de zonnestraling echter door verstrooiing en absorptie verzwakt. Van de 100 eenheden buiten van de atmosfeer bereiken er slechts 5 rechtstreeks het aardoppervlak: de directe straling. Via verstrooiing aan wolken bereiken 22 eenheden het oppervlak en via verstrooiing aan deeltjes eveneens 22 eenheden: de diffuse straling. Het totaal, de globale straling, bedraagt dus 49 eenheden. Op deze en andere processen in de atmosfeer wordt in Zonnestraling uitvoerig ingegaan.

Door de scheve stand van de aardas en de elliptische vorm van de aardbaan is de energie bovendien niet voor iedere plaats op aarde gelijk. De hoeveelheid neemt in het algemeen toe van de polen naar de evenaar, maar hangt ook nog af van de datum (het seizoen). Nederland ontvangt gemiddeld 116 watt per vierkante meter: slechts 8 procent van de zonneconstante.

Al sinds 1899

Het aantal uren dat de zon schijnt wordt al sinds 1899 in Nederland gemeten. De voorlaatste publicatie hierover dateert uit 1937. Inmiddels wordt op een aantal meetpunten ook zonnestraling gemeten in energie-eenheden, waarbij in De Bilt al een reeks van meer dan dertig jaar is opgebouwd. Een heel hoofdstuk van het boek is gewijd aan het meetnet en de gebruikte instrumenten (zonneschijnmeters, pyrheliometers, pyranometers en diffusometers).

Zelfs binnen een klein land als Nederland blijken er nog vrij grote verschillen in energieverdeling op te treden. De gemiddelde dagelijkse hoeveelheid stralingsenergie van de zon is in Zuid-Limburg in december bijna 15 procent groter dan die in Eelde. Eind maart ontvangt De Kooy (bij Den Helder) 17,5 procent meer zonneënergie dan De Bilt. Deze verschillen ontstaan door de ligging van Nederland aan zee en door het feit dat in december de dag in Zuid-Limburg bijna een half uur langer duurt dan in het noorden van het land. In het algemeen is het zee-effect echter het sterkst.

Een deel van de verschillen is het gevolg van de luchtverontreiniging. In de jaren zeventig heeft het KNMI de zonnestraling in het Rijnmondgebied gemeten. Daarbij is gebleken dat in de winter in Berkel, aan de lijzijde van het verontreinigde Rijnmondgebied, 19 procent minder straling werd gemeten dan in het "schone' meetpunt Greup op Beijerland. In de zomer was er in het centrum van Rotterdam 11 procent minder straling dan in Greup.

Alle hierboven genoemde waarden zijn gemiddelde waarden, berekend over een tijdvak van meer dan dertig jaar. Nu gedraagt het weer zich vrijwel nooit volgens het gemiddelde. Gebruikers van zonneënergie zijn daarom ook geïnteresseerd in de kans op afwijkingen van deze gemiddelden. In het boek worden tabellen gegeven waaruit is af te lezen hoeveel dagen per maand of hoeveel uren per dag de globale straling een waarde kan hebben boven of beneden een bepaalde waarde.

Ook de resultaten van de directe en de diffuse straling worden in het boek besproken. De directe straling blijkt midden mei en begin juli een maximum te hebben. In juni is er (gemiddeld) meer bewolking, waardoor meer directe straling wordt afgeschermd, maar de diffuse straling hoog is. In mei is er in het binnenland gewoonlijk weinig bewolking: het aandeel van de diffuse straling bedraagt dan slechts 44 procent. In de somberste wintermaanden, als er veel bewolking is, bedraagt het aandeel van de diffuse straling maar liefst 70 procent.

Al deze waarden hebben betrekking op metingen in het horizontale vlak. Bij zonnecollectoren, die op daken zijn opgesteld, valt de straling echter onder een veranderlijke hoek in. Het KNMI heeft daarom ook metingen verricht met stralingsmeters die onder verschillende hoeken stonden en in verschillende windrichtingen wezen. Zoals te verwachten was vingen de meters die naar het zuiden waren gericht de meeste straling op.

Van oktober tot en met februari, bij lage zonnestand, geeft een hellingshoek van 67,5ß8 de grootste energie-opbrengst. Van mei tot en met augustus, als de zon hoog staat, is de hellingshoek slechts 22,5ß8. Een zonnecollector die naar het zuidwesten of zuidoosten is gericht vangt van oktober tot en met januari 13 procent minder energie op dan een precies naar het zuiden gerichte collector. In de maanden juni en juli is er vrijwel geen verschil te bespeuren. Omdat er maar weinig meetresultaten zijn van de straling op schuine vlakken, is er in het boek een geheel hoofdstuk gewijd aan wiskundige modellen en formules om deze straling te kunnen berekenen.

Snel lengen

In het laatste hoofdstuk wordt ingegaan op de veranderlijke baan van de zon aan de hemel. Die is van belang voor de wiskundige modellen waarmee de hoeveelheid stralingsenergie wordt berekend. In de winter komt de zon hooguit 15ß8 boven de horizon; in de zomer klimt zij tot 62ß8. Het hoogste punt en daarmee de maximale hoeveelheid straling, wordt niet bereikt om 12 uur, maar later. Dat komt door de invoering van de zomertijd en doordat de "zonnetijd' afwijkt van onze "klokketijd'. Deze ingewikkelde tijdrekening heeft ook tot gevolg dat voor ons idee de dagen begin november zo snel lijken te korten en in februari zo snel lijken te lengen.

Het boek is volgens de auteur bedoeld voor degenen die beroepshalve met zonneënergie te maken hebben, zoals ontwerpers van installaties voor zonnecollectoren, architecten, planologen en landbouwkundigen. In sommige hoofdstukken wordt echter wel erg diep op fysische processen ingegaan en worden ook ingewikkelde wiskundige formules niet geschuwd. Te vrezen valt daarom dat de meer "eenvoudige' vakbroeders zullen afhaken en dat is jammer.