Werking zonnepanelen

Werking zonnepanelen

Zonnepanelen : een erg beknopte inleiding

Een zonnepaneel is een dubbele glasplaat waartussen zonnecellen zijn aangebracht. Zonnecellen zijn overwegend gemaakt van silicium. Dit materiaal heeft de bijzondere eigenschap dat het daglicht in elektrische energie kan omzetten . Daarom worden zonnepanelen ook wel eens fotovoltaïsche panelen (Engels : photo-voltaic , PV) genoemd.

Door meerdere panelen aan elkaar te koppelen krijgen we een hogere spanning, wat nodig is om er gebruik van te kunnen maken.  

Dichtbij de zonnepanelen, bijvoorbeeld op zolder, wordt de omvormer geplaatst. Zonnecellen produceren immers gelijkspanning (DC), die dient omgezet te worden naar wisselspanning (AC). Met een omvormer wordt van de elektrische energie die de zonnepanelen produceren , wisselspanning van 230 Volt gemaakt. Van aan de omvormer loopt er een kabel naar de meterkast, zodat de elektriciteit meteen verbruikt kan worden door de apparaten in huis of bij overschot geïnjecteerd  wordt op het net.

Zo bespaart u dus altijd op uw elektriciteitsrekening. U verbruikt voor een deel uw eigen elektriciteit en de overschot levert u terug aan het net totdat u nodig hebt, zoals in de avond wanneer de zon uiteraard niet schijnt. 

Zonnepanelen : een meer volledige uitleg

Energiebronnen zijn eindig.Naarmate we meer olie, gas en steenkool verbruiken, blijft er steeds minder over voor de toekomstige generaties. Daarnaast groeit de wereldbevolking nog steeds snel en zijn er steeds meer mensen die aanspraak maken op de grondstoffen van onze planeet. 

Daarnaast is er een zeer groot probleem verbonden aan de verbranding van fossiele brandstoffen : doordat we massaal CO2 in de atmosfeer pompen, stijgt de gemiddelde temperatuur op aarde veel sneller dan we in de recente geschiedenis ooit hebben waargenomen.

Nucleaire energiebronnen zijn  in dat laatste opzicht een zeer goede primaire energiebron, maar ongelukken in Tsjernobyl, Fukushima en het stilliggen van reactoren in België (Doel en Tihange) maken duidelijk dat er een keerzijde is aan de medaille. Daarenboven zijn ook de uraniumvoorraden eindig en is er nog steeds geen lange termijn oplossing voor het bergen van ons radioactief afval.




Een eerste oplossing voor ons energieprobleem is minder gaan verbruiken, en dat kan heel vaak zonder aan comfort in te boeten. Dit kan door bv. beter te isoleren, energiezuinigere toestellen aan te schaffen en rationeel energie te verbruiken. 

Ten tweede dienen we gebruik te maken van de hernieuwbare energievormen aanwezig op aarde. Deze zijn onuitputbaar en gratis aanwezig. We denken dan  aan zon, wind, water, geothermie, getijden, .... De toepassing van deze hernieuwbare bronnen heeft als bijkomend voordeel dat het ons onafhankelijk maakt van buitenlandse bronnen zoals Saudische olie en Russisch gas en dat het kansen geeft aan de lokale economie. Zo stelde Duitsland in 2012 al meer mensen te werk in de sector van hernieuwbare energie dan in de automobielsector.

Fotovoltaïsche cellen zetten licht rechtstreeks om in elektriciteit. Door een aan het net gekoppeld systeem te installeren, kan deze energie direct nuttig gebruikt worden of in het net geïnjecteerd worden. Op termijn kan fotovoltaïsche energie goed zijn voor een kwart van de jaarlijkse productie. Prijzen voor een systeem dat voldoende energie voorziet voor een gemiddeld gezin zijn in 8 jaar tijd enorm gedaald. Men kan spreken dat er vandaag gridpariteit is opgetreden. Dat wil zeggen dat de stroomprijs van de door uw systeem opgewekte energie lager is dan de stroom die u vandaag betaalt aan uw leverancier. Grafiek geeft de prijs inclusief 21% BTW.

De zonneconstante in de ruimte bedraagt voor de aarde gemiddeld 1360 W/m². Dit betekent dat buiten de atmosfeer de zon 1360 W  vermogen geeft voor elke vierkante meter waarop het zonlicht loodrecht invalt.

De zon staat echter niet altijd loodrecht aan de hemel en de atmosfeer absorbeert ook een deel van de binnenkomende energie. Als we rekening houden met de complexe situatie, kunnen we zeggen dat er in de Benelux  per jaar ongeveer 1200 kWh/m² per jaar neerkomt.

Daarnaast wordt licht ook  verstrooid werd door de atmosfeer. Dat noemen we diffuus licht, licht dat uit alle richtingen tegelijk komt. Iets meer dan de helft van de geproduceerd elektriciteit met zonnepanelen komt van diffuus licht. Zeker op bewolkte dagen speelt niet-direct licht een grote rol. Vroeger was het opvangen en efficiënt gebruiken van dit licht erg moeilijk tot quasi onmogelijk, maar hedendaagse zonnepanelen kunnen intussen ook goed werken bij diffuus licht.


Onderdelen van een PV installatie. 

PV is de algemene term die gebruikt wordt als we over fotovoltaïsche zonnepanelen spreken voor de opwekking van elektriciteit. PV staat voor de Engelse benaming ‘photo-voltaic’.


Belangrijkste onderdeel zijn uiteraard de zonnepanelen. Deze panelen zijn opgebouwd uit individuele cellen. In deze cellen gebeurt de omzetting van lichtenergie (fotonen) naar elektriciteit (spanning). Elk type cel bestaat uit meerdere lagen die verschillende ladingen bezitten (positief en negatief). De invloed van de fotonen (lichtdeeltjes) zorgt ervoor dat elektronen vrijgemaakt worden, waardoor er een elektronenstroom kan tot stand komen die door ladingsverschil worden aangetrokken. Indien er via koperen geleiders een gesloten circuit wordt gemaakt, stroomt er een gelijkstroom. De sterkte (enkele Ampères) van deze stroom is afhankelijk van de hoeveelheid fotonen (intensiteit) die op de cel terechtkomt.


De spanning is vrijwel constant en eigen aan de gebruikte stof. Aangezien zonnepanelen doorgaans uit silicium  bestaan, bedraagt deze voor 1 cel typisch 0,6 Volt. Deze spanning is echter veel te laag om gebruikt te worden voor praktische toepassingen. Daarom worden in één paneel verschillende cellen in serie geschakeld (bv. 60 cellen). Hierdoor komt het dat een paneel ongeveer 36 V gelijkspanning opwekt. Verschillende panelen worden vervolgens in serie geschakeld om een nog hogere spanning te bekomen (bv 14 panelen wekken ca. 540 Volt op). Zo komt men tot een bruikbaar spanningsniveau.

Het is het type cel dat bepaalt welk type paneel er vervaardig wordt. De meest gangbare technologieën voor commerciële toepassingen zijn de monokristallijne, polykristallijne en amorfe cellen.

We lichten elke soort even toe met hun voor- en nadelen.


Polykristallijn, multikristallijn of amorf


Kristallijne cellen zijn de oudste en meest bekende cellen. 

Silicium wordt in een eerste stap gezuiverd. Dit kan beginnen bij siliciumerts of bij gerecycleerd silicium. Nadat silicium zeer zuiver is (99,999%) wordt het gesmolten. Bij de vloeibare silicium worden andere elementen gevoegd om zo negatieve of positieve eigenschappen te bekomen. We noemen dit proces 'doteren', wat neerkomt op het gericht aanbrengen van onzuiverheden in het silicium. Zonder deze onzuiverheden zou een zonnecel helemaal niet in staat zijn om uit zonlicht elektrische energie te produceren.

Nadien wordt het gesmolten hete silicium in een blokvorm gegoten (ingot) Bij het afkoelen stolt het silicium en ontstaan er miljarden kristallen die tot korrels uitgroeien. Uit dit blok worden schijfjes versneden. We spreken over 'wafers'. Een positieve en een negatieve schijf worden vervolgens tegen elkaar geplaatst en zo ontstaat er een cel. Aan de onderkant wordt de cel voorzien van een contactplaat en bovenaan worden fijne stroombanen gefreesd om de stroom te kunnen geleiden en naar de volgende cel te voeren .

Polykristallijn silicium heeft een typisch helblauwe tot donkerblauwe kleur. Er kunnen mogelijk nog macrostructuren van het silicium te zien zijn van dichtbij. De dikte van een cel varieert tussen de 0,1 en 0,3 mm. Flinterdun (te vergelijken met de dikte van een haar) en zeer broos.

Monokristallijn silicium heeft exact dezelfde oorsprong, behalve dan dat het stolling procedé via een andere weg verloopt. Hierdoor ontstaat geen vierkante blok of ingot maar een ronde cilinder. Omdat ronde cellen niet mooi in een paneel zouden passen, moeten er vierkante cellen uitgesneden worden. Perfecte vierkanten zouden echter een te groot verlies van materiaal met zich meebrengen. Daarom worden afgeronde vierkanten uitgesneden. De kleur is donkerblauw tot zwart en er zijn geen macrostructuren meer waar te nemen. Het proces om monokristallijne cellen te maken is duurder. Het rendement ligt door de microscopische opbouw wel iets hoger.


Bij de amorfe siliciumcellen wordt silicium op een substraat (glasplaat of plasticplaat) in een reactor verneveld. Dit proces gebeurt verschillende malen, zodat positieve en negatieve lagen zich afwisselen. Nadien worden stroombanen in het silicium met een laser aangebracht. Voordeel is dat de dikte van het gebruikte silicium amper enkele duizenden mm of enkele micrometer bedraagt . Een voordeel is dat men de cellen op eender welk substraat kan bevestigen, dus ook op plastic of vouwbare oppervlakken. Nadeel is het beperkte rendement dat slechts de helft of  minder bedraagt van kristallijn silicium. Daarom is het voor de residentiële markt nooit echt doorgebroken. Hoewel er voor dit amorfe silicium (dunne film genoemd) minder materiaal nodig is, zijn deze panelen vandaag doorgaans toch duurder. Dit komt omdat de andere technologie op veel grotere schaal wordt geproduceerd.



Deze cellen worden vervolgens samengezet om een zonnepaneel te vormen. Een zonnepaneel is een gelaagd toestel waar de cellen tussen een tedlar- (kunststof) en glasplaat gevat zitten. Het glas is zodanig behandeld dat het vuilafstotend werkt. Dit is belangrijk om de panelen onderhoudsvriendelijk te houden.

De omvormer

Zoals reeds gezegd wekken cellen gelijkspanning op. Vele toepassingen in huis en het gehele distributienet werken echter op wisselspanning , en als een toestel zoals een GSM gelijkspanning gebruikt, is er meestal een adapter voor nodig.

 Daarom moet de gelijkspanning van de installatie omgezet worden naar wisselspanning. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een apparaat: de omvormer of 'inverter'. Dit apparaat gaat door middel van software zelf van de vlakke gelijkspanning een sinusoïde maken, die dezelfde vorm heeft als deze van de wisselspanning op het net. Eens er voldoende energie door de zonnepanelen wordt opgewekt, zal deze omvormer zijn wisselspanning synchroniseren met de wisselspanning van het net en er in fase mee werken. Op die manier kan de energie van de cellen, door de omvormer op het net terecht komen en gebruikt worden. De omvormer regelt dit geheel autonoom.



De totale installatie

Een volledig PV systeem kan er dus zo uitzien:


Voor particuliere gebruikers van een PV systeem is het toegelaten tot een bepaalde grens de opgewekte energie rechtstreeks te gebruiken in huis. Er moet dan geen stroom uit het net komen. Bij slecht weer of ’s nachts werken de zonnepanelen minder of niet en komt de stroom gewoon uit het net. Bij een zonnige dag kan het teveel aan stroom door de panelen opgewekt terug naar het net vloeien. Zo zal overdag en in de zomer hoofdzakelijk stroom naar het net stromen. In de nachten en in de winter zal er hoofdzakelijk stroom uit het net genomen worden. Het elektriciteitsnet wordt dus als ‘accu’ gebruikt. Uiteraard wordt deze stroom niet gebufferd door het net, maar verbruikt op een andere plaats. Er moet op dat ogenblik dus minder ‘conventionele’ stroom geproduceerd worden en zo dragen de zonnepanelen bij aan de vermindering van de uitstoot van CO2. Zonnepanelen gaan meer dan 30 jaar mee. U krijgt er 25 jaar garantie op!

Hoeveel en welke zonnepanelen u nodig heeft hangt af van vele factoren. Een zonnepaneleninstallatie dimensioneren is maatwerk. Als u de website tot hier heeft doorgelezen vertellen we u graag welke argumenten u in overweging dient te nemen:

-          Actueel jaarlijks elektriciteitsverbruik in kWh

-          Evolutie van uw verbruik (stijgend of dalend)

-          Beschikbare dakoppervlakte of andere oppervlaktes

-          De staat van het dak (bouwvallig of nieuw!)

-          Helling en richting van het dak (oriëntatie en inclinatie)

-          Uw budget

-          Esthetische beperkingen

-          Plaatsen waar er zich schaduw kan vormen

-          Type aansluiting aan het distributienet

-          Tarief bij uw leverancier (enkelvoudig of tweevoudiguurtarief of nog anders)

-          Aanwezigheid van asbest. Wij plaatsen niet op asbest, dat is wettelijk verboden. Wij raden u ook aan               om uw asbesthoudend dak zo snel mogelijk te vervangen en dit voor uw eigen gezondheid.

Met al deze parameters kunnen we aan de slag en maken we graag een offerte op maat. Omdat u graag een idee heeft verklappen we dat een gemiddeld gezin op een jaar 4000 kWh elektriciteit verbruikt en hiervoor ongeveer 1100 euro betaalt. Met ongeveer 18 panelen kunt u op een jaar tijd deze energie zelf voorzien. U bespaart dan uw volledige factuurbedrag minus het prosumententarief (voor deze installatie ongeveer 400 euro). Terugverdientijden liggen tegenwoordig doorgaans tussen de 6 en de 10 jaar.

Belangrijkste troef is dat u van dag 1 af stroom bespaart en daardoor minder afhankelijk bent van schommelingen in de energieprijzen. De jongste 10 jaar zijn die prijzen jaarlijks ca. 6% gestegen en het ziet er niet naar uit dat daar snel verandering in komt.

Rensol zorgt voor de volledige installatie en indienststelling en staat u van A tot Z bij. Wij gaan prat op klantentevredenheid. Vraag gerust een vrijblijvende offerte aan !



Schrijf je in voor onze nieuwsbrief

{{ newsletter_message }}

x

{{ popup_title }}

{{ popup_close_text }}

x