De zon stuurt een oneindige hoeveelheid energie naar de aarde. Zonnepanelen zetten een deel van de energie om in elektriciteit. Hoe je dat doet lees je hieronder.
Al in 1839 ontdekte de Franse natuurkundige Becquerel dat zonlicht kon worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. Dit wordt het fotovoltaïsch effect genoemd. In de meeste systemen wordt hiervoor silicium (een soort halfgeleider) gebruikt. Energie van de zon kan elektronen vrijmaken in silicium. Hierdoor ontstaat er een spanning in de zonnecel. Door meerdere zonnecellen achter elkaar aan te sluiten in een zonnepaneel, kan er stroom gaan vloeien. Zonnepanelen hebben niet per se direct zonlicht nodig om elektriciteit op te wekken. Zonnecellen leveren ook stroom op bewolkte dagen.
Schaduw bepaalt de opbrengst
Circulatiestroom is de reden waarom schaduw de opbrengst van een set zonnepanelen vermindert. Er zal minder stroom in de cel vloeien waar schaduw valt, waardoor de elektronen niet meer bewegen. In een serie geschakeld systeem is een circuit bijvoorbeeld alleen zo effectief als zijn beschaduwde schakel. Om dit opbrengstverlies te verminderen, hebben de panelen bypass-diodes, die de beschaduwde cellen tijdelijk ‘overslaan’. Door het gebruik van bypass-diodes wordt het rendement van het zonnepaneelsysteem verminderd. Een systeem heeft meestal 3 bypass-diodes. Elke bypass-diode schakelt een derde van het systeem uit, waardoor uw opbrengst met een derde wordt verminderd. Vermijd dus de schaduw!
Oplossing: micro-omvormers of power-optimizers
Als het echt niet anders kan, en je weet van tevoren dat er schaduw op de zonnepanelen valt, kun je een micro-omvormer gebruiken. Zo heeft elk paneel zijn eigen omvormer en zorgt een beschaduwd paneel niet voor minder output van het totale systeem.
Een andere oplossing voor deze situatie is om op elk afzonderlijk paneel een MPP (maximum power point) tracker, ook wel ‘power optimizer’ genoemd, aan te sluiten. Dit is een klein kastje dat ervoor zorgt dat de stroom en spanning van het zonnepaneel in de beste verhouding blijven. Op deze manier wordt de opbrengst van de panelen gemaximaliseerd. Soms is de power optimizer geïntegreerd in het paneel. Ze zijn meestal goedkoper dan micro-omvormers.
Wat is Wattpiek?
Zoals bij alle elektrische apparaten wordt het vermogen van een zonnepaneel uitgedrukt in watt. De opwekking van elektriciteit is niet uniform omdat de hoeveelheid zonlicht voortdurend verandert. Daarom wordt bij zonnepanelen het maximale vermogen aangegeven: Wattpiek (wp). Dit vermogen wordt bepaald in een testomgeving bij standaardtemperatuur en verlichtingssterkte.
Verschillende soorten film
95% van de zonnepanelen op de Nederlandse markt is gemaakt van monokristallijn silicium (zwarte panelen) of polykristallijn silicium (blauwe panelen). Tegenwoordig worden de zwarte panelen bijna altijd op woningen geïnstalleerd. Opbrengsten voor blauwe en zwarte panelen zijn in de praktijk ongeveer gelijk. Veel mensen kiezen voor het zwarte paneel, puur op basis van het design. Blauwe panelen zijn meestal iets goedkoper.
Hogere temperatuur: lagere opbrengst
Bij hogere temperaturen neemt het rendement van zonnepanelen af. Voor elke 10 graden temperatuurstijging daalt het vermogen met ongeveer 4,5%. Het is dus belangrijk dat er lucht achter de panelen kan stromen, zodat de temperatuur niet te hoog oploopt. De omvormer mag ook niet te heet worden. Hoe meer licht er op het paneel valt, hoe heter de omvormer wordt. Wanneer de omvormer oververhit raakt, daalt het rendement. Daarom moet bij het kiezen van de locatie van de omvormer ook worden gezorgd voor voldoende vrije luchtstroom rond de omvormer.
Vermogen neemt geleidelijk iets af
De opbrengst van zonnepanelen neemt geleidelijk af. De elektriciteitsproductie wordt met ongeveer 0,5% per jaar verminderd. Na 25 jaar is het rendement van de zonnepanelen dan ook 12,5% lager dan in het eerste jaar. (bij een conventioneel paneel) Hiermee wordt altijd al rekening gehouden bij het berekenen van de kosten en opbrengsten van het PV-systeem.
De omvormer, hoe werkt het?
De omvormer zet de gelijkstroom van de zonnepanelen om naar wisselstroom van het net. Omvormers hebben één of meerdere maximum power point trackers (MPPT’s) die ervoor zorgen dat het systeem zoveel mogelijk vermogen produceert bij de heersende lichtintensiteit en temperatuur. Om opbrengstverliezen te beperken, kunnen omvormers het beste dicht bij het paneel worden geplaatst. De omvormer kan bij het starten enig geluid maken, zoals een tikkend of zacht zoemend geluid. Sommige mensen vinden dit vervelend.
De zonnepanelen zijn in serie aangesloten op de omvormer. In grotere systemen kunnen meer serieschakelingen (strings) worden aangesloten op de zogenaamde string omvormers. Als je van tevoren weet dat de panelen in de schaduw staan, kun je een micro-omvormer gebruiken. Ieder paneel heeft dan zijn eigen omvormer. Dit zorgt ervoor dat ieder paneel in principe individueel opwekt en levert. Zo genereren beschaduwde panelen niet minder output voor het totale systeem.
Een micro-omvormer kost rond de 120 euro, dus een systeem met micro-omvormers is duurder dan een systeem zonder micro-omvormers. Bij 10 zonnepanelen ligt de meerprijs rond de 1200 euro. Aan de andere kant gaan micro-omvormers tot 25 jaar mee. De centrale omvormer moet je na zo’n 12 jaar vervangen, ook dat kost zo’n 1000 euro. Dus over het algemeen ben je niet duurder uit. Een ander voordeel van micro-omvormers is het verminderde risico op brand omdat er minder stroom door de dakkabels vloeit.
Milieuwinst al na 2 jaar!
Door zelf zonne-energie op te wekken, helpt u het klimaat te beschermen. Bij het opwekken van zonne-energie komen geen milieuvervuilende stoffen of broeikasgassen vrij. Gemiddeld bespaar je ruim 1250 kilo CO2 per jaar met een set van 10 panelen.
Bij de productie van zonnepanelen komt er wel wat CO2 vrij, want de energie hiervan komt meestal nog uit fossiele brandstoffen. Maar na 2 jaar zonnestroom opwekken, heb je evenveel energie bespaard als dat er nodig was voor de productie van het systeem. Daarnaast gaan onze zonnepanelen minimaal 25 jaar mee. De overige 23 jaar is iedere opgewekte KwH dus netto milieuwinst!
Energieproductie verschilt per maand
De productie van zonnepanelen varieert sterk gedurende het jaar. Dit heeft te maken met het verschil in stralingsintensiteit van maand tot maand. De zonnestraling is in de zomer sterker dan in de winter en heeft dus een hogere stralingsintensiteit. Als gevolg hiervan dragen de daglicht uren in de zomer meer bij aan de productie van zonnepanelen dan die in de winter. Gelukkig kunt u de overproductie in de zomer gebruiken in de winter. Zo dekt u alsnog het gehele jaar al uw energieverbruik.
Regionale verschillen
Ook in de productie van zonnepanelen zijn er grote regionale verschillen. De zonnestraling varieert in Nederland. In het westen van Nederland is de zonnestraling intenser dan in het oosten van Nederland. Regionale verschillen in opwekking van zonne-energie kunnen oplopen tot wel 10%!
Innovatie van zonnepanelen
Er wordt intensief onderzoek gedaan naar het innoveren van zonnepanelen. Zo kunnen de opbrengsten hoger zijn als er minder zonlichtverlies is door reflecties van de zonnepanelen. Onderzoeken naar anti-reflectietechnieken, oppervlaktestructuur en lichtabsorptie moeten deze verliezen in de toekomst voorkomen.
Zonnecellen met nanotechnologie die voor een betere lichtpenetratie zorgen, bevinden zich momenteel in de experimentele ontwikkelingsfase. In het laboratorium worden er ook experimenten uitgevoerd op organische en polymere cellen.
Op de lange termijn is het potentiële vermogen van PV-systemen 200-300 Wp per vierkante meter. Over 10 tot 20 jaar zouden dunnefilmtechnologieën een fractie kunnen kosten van de huidige kristallijne panelen, deels omdat ze veel minder grondstoffen nodig hebben.
