Hoe werkt een zonnestroom installatie

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 (60) achter elkaar te schakelen in een zonnepaneel kan er stroom gaan lopen. Voor het opwekken van stroom hebben zonnepanelen niet per se direct zonlicht nodig. Ook op een bewolkte dag levert een zonnecel elektriciteit.

Optimizers

Electriciteit uit zonlicht

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 (60) achter elkaar te schakelen in een zonnepaneel kan er stroom gaan lopen. Voor het opwekken van stroom hebben zonnepanelen niet per se direct zonlicht nodig. Ook op een bewolkte dag levert een zonnecel elektriciteit.

 

Schaduw: ketting zo sterk als zwakste schakel

De rondlopende stroom is ook de reden waarom een kwalitatief hoogwaardig zonnepaneel voorzien is van bypass diodes. In de cel waarop schaduw valt zal minder stroom lopen. Anders gezegd de elektronen kunnen niet meer zo snel door die cel. Omdat de resterende cellen ook in de zelfde ketting zitten gaan ook daar de elektronen langzamer. Zo wordt in een serie geschakeld systeem de stroomsterkte in feite bepaalt door de zwakste schakel. Om dit opbrengstverlies te verminderen hebben panelen bypass diodes, die de beschaduwde cel tijdelijk ‘overslaan. Een systeem heeft meestal drie bypass diodes. Per bypass diode wordt één derde van het systeem uitgeschakeld Een schaduw over een stukje van het paneel zal dus niet de opbrengst van alle cellen in het paneel verlagen.

Wat de bypass diodes in een paneel doen dat doen power optimizers in de totale installatie. Zonder de toepassing van optimizers zal een paneel wat b.v. door schaduw slechts op halve kracht presteert de opbrengst van de gehele installatie halveren.

 

Hier ziet u een voorbeeld zonder optimizers:

hoe-werkt-het-foto01

 

Hier ziet u een voorbeeld mét optimizers:

hoe-werkt-het-foto02

Wat is nou watt?

Watt? Watt-piek!

Net als bij alle elektrische apparaten wordt het vermogen van zonnepanelen uitgedrukt in watt. Omdat bij zonnepanelen het afgegeven vermogen constant verandert doordat de hoeveelheid zonlicht steeds verandert wordt het maximale vermogen bij een gestandaardiseerde belichting vastgesteld. De eenheid hiervan heet watt piek aangegeven in watt-piek (wp). Dit vermogen wordt vastgesteld in een testomgeving bij een standaardtemperatuur en -belichting.

van-a-tot-zon-foto04

Soorten zonnepanelen

Zwart, blauw, dunne film

De meeste zonnepanelen op de Nederlandse markt zijn van monokristallijn silicium (zwarte panelen) of polykristallijn silicium (blauwe panelen). De verdeling is ongeveer half om half. 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 (brons groen of paars). De opbrengst van deze gekleurde panelen is een tiende tot een kwart lager dan van gangbare panelen.

 

Naast de zojuist genoemde typen panelen gebruikt minder dan 5 procent van de panelen op de Nederlandse markt dunne filmtechniek. 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 dunne film panelen 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.

 

De omvormer

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.

hoe-werkt-het-foto04

Milieuwinst

schoorsteen

Na drie 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 3 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 22 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.

Opbrengsten door zonnepanelen

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.

 

hoe-werkt-het-foto05

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).

 

hoe-werkt-het-foto06