Hoe werken zonnepanelen?
De zon stuurt een oneindige hoeveelheid energie naar de aarde. Zonnepanelen zetten een beetje van die energie om in stroom. Hieronder lees je hoe dat kan.
Al in 1839 ontdekte de Franse natuurkundige Becquerel dat het mogelijk is om elektriciteit op te wekken uit zonlicht. Dit heet het photovoltaïsch effect. In de meeste systemen wordt hiervoor silicium (een halfgeleider) gebruikt. Energie van de zon kan elektronen losmaken in het silicium. Hierdoor ontstaat spanning in een zonnecel. Door meerdere zonnecellen achter elkaar te schakelen in een zonnepaneel kan er stroom gaan lopen.
Schaduw: ketting zo sterk als zwakste schakel
De rondlopende stroom is ook de reden waarom schaduw de opbrengst van een set zonnepanelen verlaagt. In de cel waarop schaduw valt zal minder stroom lopen, waardoor de elektronen niet meer rondlopen. Zo is in een seriegeschakeld systeem de stroomketen in feite zo productief als zijn beschaduwde schakel. Om dit opbrengstverlies te verminderen hebben panelen bypass diodes, die de beschaduwde cel tijdelijk ‘overslaan’. Door gebruik van de bypass diode neemt de opbrengst van het zonnepanelensysteem af. Een systeem heeft meestal 3 bypass diodes. Per bypass diode wordt één derde van het systeem uitgeschakeld, en heb je dus een derde minder opbrengst. Je kunt schaduw dus het beste vermijden!
Oplossing: micro-omvormers of power-optimizers
Als het echt niet anders kan en je van tevoren weet dat er schaduw op de zonnepanelen zal vallen, kun je micro-omvormers gebruiken. Daarbij heeft ieder paneel zijn eigen omvormer en zorgt een beschaduwd paneel er niet voor dat het gehele systeem minder produceert. Een micro-omvormer kost zo’n 160 euro per stuk, daardoor is een systeem met micro-omvormers duurder dan een systeem zonder. Een andere oplossing voor deze situatie is om MPP (Maximum Power Point)-trackers (ook wel ‘power optimizers’ genoemd) aan elk afzonderlijk paneel te koppelen. Dat is een klein kastje dat ervoor zorgt dat dat de stroom en de spanning van het zonnepaneel een optimale verhouding houden. Zo wordt de opbrengst van het paneel maximaal benut. Soms zijn power optimizers geïntegreerd ín het paneel. Ze zijn meestal goedkoper dan micro-omvormers. Bij gebruik van optimiterz moet de omvormer wel voor optimizers geschikt zijn
Watt?
Net als bij alle elektrische apparaten staat ook het vermogen van zonnepanelen uitgedrukt in watt. De productie van elektriciteit is niet gelijkmatig doordat de hoeveelheid zonlicht steeds verandert. Daarom staat bij zonnepanelen het maximale vermogen aangegeven: watt-piek (wp). Dit vermogen wordt vastgesteld in een testomgeving bij een standaardtemperatuur en -belichting.
Bij het berekenen van de werkelijke opbrengst, gebruiken onze installateurs software programma’s om de waarden voor de omstandigheden te combineren met de hellingshoek en windrichting van het paneel.
Wat is het verschil tussen blauwe en zwarte panelen?
95 procent van de zonnepanelen op de Nederlandse markt zijn van monokristallijn silicium (zwarte panelen) of polykristallijn silicium (blauwe panelen). Er zijn iets meer zwarte panelen dan blauwe panelen. De opbrengst van blauwe en zwarte panelen is in de praktijk ongeveer gelijk. Veel mensen kiezen voor zwarte panelen omdat ze die mooier vinden. Blauwe panelen zijn meestal iets goedkoper. Er bestaan ook panelen in andere kleuren (bijvoorbeeld groen, paars of bronskleurig). De opbrengst van deze gekleurde panelen is een tiende tot een kwart lager dan van gangbare panelen.
Minder dan 5 procent van de panelen op de Nederlandse markt zijn dunne-film-panelen. Het voordeel van deze panelen is dat ze meestal flexibel zijn waardoor ze gemakkelijker geïntegreerd kunnen worden in het dak en ook op oppervlaktes kunnen worden geplaatst waar geen panelen op zouden kunnen worden geplaatst, zoals muren. Ook zijn dunnefilmpanelen goed in staat om indirect licht in stroom om te zetten. Ze zijn minder afhankelijk van de hoek waaronder het licht invalt. De panelen leveren bij bewolkte hemel en op daken met een minder ideale hellingshoek daarom relatief meer stroom op dan PV-panelen op basis van kristallijne silicium. Per vierkante meter zijn deze panelen goedkoper maar hun opbrengst per vierkante meter is nog beduidend lager dan de bovenstaande technieken. Hierdoor zijn de polykristallijne silicium panelen financieel gezien vooralsnog interessanter. Van de toekomstige ontwikkeling van deze dunnefilm techniek wordt veel verwacht.
Hogere temperatuur: lagere opbrengst?!
Bij hogere temperaturen wordt de opbrengst van zonnepanelen lager. Voor iedere 10 graden temperatuurstijging daalt de stroomopbrengst met ongeveer 5 procent. Het is daarom belangrijk dat er lucht achter de panelen langs kan stromen, zodat de temperatuur niet te hoog oploopt. Ook de omvormer moet niet te warm worden. Hoe meer licht op de panelen valt, hoe warmer de omvormer. Wanneer de omvormer te warm wordt, daalt zijn efficiëntie. Bij het kiezen van de plek van de omvormer moet dus ook worden gelet op voldoende vrije luchtstroom rond de omvormer.
Vermogen neemt geleidelijk iets af
In de loop van de tijd neemt de opbrengst van zonnepanelen iets af. Ieder jaar wordt ongeveer een half procent minder stroom opgewekt. Na 25 jaar is het rendement van de zonnepanelen dus zo’n 12,5 procent lager dan in het eerste jaar. Hiermee is rekening gehouden in de berekeningen van de kosten en baten van zonnepanelen.
Omvormer: hart van het systeem
De omvormer zet de gelijkstroom van de zonnepanelen om in de wisselstroom van het elektriciteitsnet. Een omvormer heeft één of meer Maximum Power Point Trackers (MPPTs), die er voor zorgen dat het systeem zo veel mogelijk stroom produceert bij de lichtintensiteit en temperatuur van dat moment. Om opbrengstverliezen te beperken kan de omvormer het beste dicht bij de panelen geplaatst worden. De omvormer kan wat geluid maken, bijvoorbeeld tikken als hij opstart of zachtjes zoemen. Sommige mensen vinden dat vervelend.
Zonnepanelen worden in serie op een omvormer aangesloten. Bij grotere systemen kunnen meer serieschakelingen (strings) worden aangesloten op een zogenoemde stringomvormer. Zoals hierboven ook al aangegeven; als je bij de installatie weet dat er schaduw op zal vallen, kun je micro-omvormers gebruiken. Daarbij heeft ieder paneel zijn eigen omvormer en zorgt een beschaduwd paneel er niet voor dat het gehele systeem minder produceert. Een systeem met micro-omvormers is duurder.
Na 2 jaar al milieuwinst
Door zelf zonne-energie op te wekken help je het klimaat te beschermen. Bij het opwekken van elektriciteit in een zonnepaneel komen namelijk geen milieuvervuilende stoffen of broeikasgassen vrij.
Wel is er voor de productie van de panelen energie nodig uit fossiele brandstoffen en daarbij komt CO2 vrij. Maar na 2 jaar elektriciteitsproductie heeft een zonnesysteem net zoveel energie opgewekt, als er nodig was bij de productie van het systeem. Zonnepanelen gaan zeker 25 jaar mee; de rest van de 23 productieve jaren is elke opgewekte kWh netto milieuwinst.
Aan de belangrijkste grondstof van gangbare zonnecellen, silicium, zal geen tekort ontstaan: het is het hoofdbestanddeel van zand en komt overal op aarde voor. Een ander belangrijk bestanddeel is zilver dat wordt gebruikt in de contactpunten om de stroom te geleiden. De hoeveelheid zilver die nodig is voor de productie van zonnecellen kan in de toekomst voor problemen zorgen naarmate de productie van zonnepanelen toeneemt.
Opbrengst van zonnepanelen verschilt per maand
Door het jaar heen verschilt de opbrengst van zonnepanelen flink. Dit heeft te maken met het verschil in stralingsintensiteit per maand. Zonnestraling in de zomer is sterker dan in de winter en heeft daardoor een hogere stralingsintensiteit. Zonuren in de zomer dragen daarom meer bij aan de opbrengst van zonnepanelen dan de zonuren in de winter.
Onderstaande grafiek toont hoeveel er per maand wordt opgewekt van de totale jaaropbrengst van zonnepanelen.
Opbrengst van zonnepanelen: regionale verschillen
Ook regionaal zijn er duidelijk verschillen in opbrengst van zonnepanelen. De zonne-instraling is namelijk niet overal in Nederland hetzelfde. In het westen van Nederland is de zonne-instraling intensiever dan in het oosten van Nederland. De regionale verschillen in zonnestroomopbrengst kunnen wel tot 10 procent oplopen. Zie onderstaand kaartje voor de regionale verschillen in zonne-instraling (hoe donkerder, hoe meer zonne-instraling).
Voortdurend in ontwikkeling
De ontwikkeling voor het opwekken van zonne-energie staat niet stil. Wij zijn trots om hier deel van uit te mogen maken en ons steentje bij te kunnen dragen voor het verduurzamen van Nederlandse woningen en bedrijven.
We hopen dat u met deze informatie iets meer te weten bent gekomen. Deze informatie hebben we voor u verzameld van de websites van Milieu Centraal en het KNMI. Heeft u toch nog vragen? Neem dan contact met ons op!
