Photovoltaische zonnepanelen

Werking van een zonnepaneel


Een zonnepaneel of PV-paneel (van het Engelse 'Photo-Voltaic') is een paneel dat zonne-energie omzet in elektriciteit. Hiertoe wordt een groot aantal fotovoltaïsche cellen op een paneel gemonteerd.

Zonnecellen zijn meestal gemaakt van silicium. Dat silicium bestaat uit twee lagen. Onder invloed van licht gaat er tussen de twee lagen een elektrische stroom lopen. Daarom heten zonnepanelen ook wel fotovoltaïsche cellen (Grieks photos: licht, en Volt naar de eenheid van elektrische spanning). Afgekort wordt gesproken van PV-systemen. Een andere vorm van PV zijn de elementen gemaakt met de dunnelaagtechnologie. Hierbij wordt gebruik gemaakt van amorf silicium. Deze elementen hebben een lager rendement, maar zijn ook beduidend goedkoper. Het rendement van gangbare zonnecellen ligt tussen ca. 5 en 15%.

Fotovoltaïsche zonnepanelen benutten zonlicht of daglicht, waarbij door de absorptie van fotonen in de zonnecellen een spanning ontstaat die wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken. De fotovoltaïsche opgewekte stroom kan aan het lichtnet geleverd worden (netgekoppeld systeem), in accu's opgeslagen worden (voor verlichting of bijvoorbeeld voor communicatiesystemen op afgelegen plekken) of direct gebruikt worden om bijvoorbeeld een pomp aan te drijven (autonoom systeem). Een zonnecel die met zijn esthetische kwaliteit bijzonder geschikt is voor zichtbare architecturale toepassingen, is de achtercontactcel. Die wordt zo genoemd omdat alle elektrische contacten op de achterzijde plaatsvinden en de voorkant een nauwelijks zichtbaar metalen raster heeft, zonder storende dubbele metaalstroken. Dat resulteert ook in een grotere bruikbare oppervlakte van de cellen en hoeveelheid geleverde stroom.

Sommige zonnepanelen worden via een omvormer aan het elektriciteitsnet gekoppeld, andere slaan overtollige energie op in een accu. Voor de tweede mogelijkheid wordt vooral gekozen op plekken waar het elektriciteitsnet ontbreekt of een aansluiting te duur is. De accu's moeten natuurlijk wel voldoende capaciteit hebben om een paar donkere dagen te overbruggen. Systemen die aan het elektriciteitsnet zijn gekoppeld sluizen de energie die niet wordt gebruikt door naar het energiebedrijf. In dat geval loopt de elektriciteitsmeter terug zolang in huis minder elektriciteit wordt gebruikt dan het zonnepaneel levert. Systemen die aan het elektriciteitsnet gekoppeld worden zijn netgekoppelde decentrale opwekkers.

De opbrengst van een zonnepaneel is afhankelijk van een aantal factoren:

  • Opwaartse hellingshoek van invallend zonlicht; een zonnepaneel op de noorderbreedte van Vlaanderen en Nederland levert de hoogste opbrengst wanneer het een hellingshoek van 35° (tot 36°) heeft. Bij hellingshoeken tussen 20° en 60° is de jaaropbrengst slechts 5 % lager.
  • Zijwaartse hoek : optimaal wanneer het paneel stationair gericht is op 5° ten westen van het zuiden. Bij oriëntaties tussen zuidoost en zuidwest is er slechts 5% verlies op jaarbasis. Met een meedraaiend paneel, wanneer het zonlicht er loodrecht op blijft vallen, stijgt uiteraard de productie.
  • Oppervlak (lengte maal breedte). Maar ook hoe de panelen aan elkaar zijn bevestigd (parallel of serieel).
  • Rendement; het percentage van de energie in het op het zonnepaneel vallende zonlicht dat wordt omgezet in elektriciteit. Verschillende typen zonnecellen hebben een verschillend rendement. Door onderzoek en ontwikkeling stijgen de rendementen nog voortdurend.
  • Het achterliggende systeem; bij een autonoom systeem speelt de grootte van het opslagsysteem een belangrijke rol. Wanneer dit vol is kan er namelijk geen energie meer bij. Het paneel werkt dan voor niks.
  • Zoninstraling; de hoeveelheid opvallend zonlicht bepaalt in belangrijke mate de opbrengst. Ook als het bewolkt is, werkt een zonnecel. Wolken houden slechts een deel van het zonlicht tegen - de rest van de stralen verspreiden ze - en in gebieden dicht bij de evenaar is de opbrengst hoger dan in meer gematigde gebieden. Zo heeft beschaduwen van zonnepanelen ook een zeer negatief effect op de opbrengst ervan!
  • Zonuren; de hoeveelheid uren per jaar zonder bewolking is medebepalend voor het rendement.
  • Temperatuur; bij hoge temperaturen wordt minder elektriciteit opgewekt dan bij lage temperaturen. Dit heeft te maken met de betere elektrische geleiding in materialen bij lage temperaturen. Hierdoor kan het zijn dat op een zonnige dag in oktober, met een temperatuur van 10° C de opbrengst hoger is dan in de zomer bij 35° C. Koeling van panelen met lucht of water kan een opbrengstverhogende werking hebben.


Schematisch

  1. Een zonnepaneel bestaat uit verschillende aan elkaar verbonden zonnecellen. Een zonnecel zet zonlicht rechtstreeks om in gelijkstroom.
  2. Een omvormer zet deze gelijkstroom vervolgens om tot wisselstroom, geschikt voor het openbare elektriciteitsnet.
  3. Vervolgens gaat de wisselstroom naar de verdeelkast (zekeringkast), waar de elektriciteit wordt verdeeld naar het eigen circuit of het vaste net.
  4. Als u meer elektriciteit produceert dan verbruikt, verkoopt u automatisch het teveel aan het openbare net, via een ‘terugdraaiende meter’.
  5. Indien uw eigen elektriciteitsproductie niet volstaat, ontvangt u elektriciteit van het vaste net.
  6. Met uw omvormer, elektriciteitsmeter of computer kan u uw productie en/of verbruik haarfijn opvolgen, zodat u steeds op de hoogte blijft van uw winst.