Zonnepaneel

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Een zonnepaneel of fotovoltaïsch paneel, kortweg pv-paneel is een paneel dat zonne-energie omzet in elektriciteit. Hiertoe wordt een groot aantal fotovoltaïsche cellen op een paneel gemonteerd.

Een zonnepaneel moet niet worden verward met een zonnecollector. Deze is op een ander principe gebaseerd, namelijk opwarming van een stromend medium, meestal water.

In de praktijk werkt men meestal met standaardpanelen van bijvoorbeeld 60 vierkante zonnecellen van elk 156 mm zijde, wat overeenkomt met een afmeting van het paneel van ongeveer 1,6 m².

De zonne-energie die zo wordt opgevangen is een vorm van duurzame energie, met andere voor- en nadelen dan energieopwekking met fossiele brandstoffen. Zonnepanelen worden ook toegepast voor energieopwekking in de ruimtevaart.

Zonnepanelenpark in Nevada (Verenigde Staten)

Bouw en werking

Nuvola single chevron right.svg Zie Fotovoltaïsche cel voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Zonnepaneel langs de Duitse autoweg

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 zonnecellen 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 gebruikgemaakt 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%, waarbij de cellen met betere rendementen wel meestal onevenredig veel duurder zijn.

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.

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.

De wijze waarop silicium is verwerkt bepaalt de kwaliteit van het paneel. Er zijn drie soorten, te weten: monokristallijn, polykristallijn en amorf (zoals hierboven al beschreven).

  1. Monokristallijn: De zonnecellen in een monokristallijn zonnepaneel bestaan uit één kristal. Het oppervlak van monokristallijne zonnecellen heeft geordende elektroden en is egaal zwart. Deze zonnepanelen hebben het hoogste rendement. Monokristallijne zonnepanelen hebben enkele procenten meer opbrengst dan polykristallijne. Deze panelen zijn duurder, maar hebben een hoger rendement per oppervlakte. De beste keuze voor het behalen van een maximale rendement en bij een beperkte ruimte.
  2. Polykristallijn: In een polykristallijn zonnepaneel bevinden zich zonnecellen die bestaan uit meerdere grove kristallen. Een polykristallijne zonnecel vertoont een soort gebroken schervenpatroon. De polykristallijne zonnepanelen zijn gunstig geprijsd en bieden een redelijk hoog rendement, hoewel minder rendement dan monokristallijne zonnepanelen. Wanneer er genoeg ruimte op een dak aanwezig is, is dit de beste keuze.
  3. Amorf: In een dunne-filmzonnepaneel wordt amorf silicium gebruikt. Amorfe zonnepanelen bevatten geen kristallen maar poeder. Hierdoor zijn ze zeer buigzaam. De amorfe zonnepanelen geven het minste rendement van de drie. De prijs ligt wel een stuk lager, maar deze zonnecellen zijn minder geschikt voor toepassing in zonnepanelen.

Koppeling aan het elektriciteitsnet

De meeste zonnepanelen worden via een omvormer (inverter) aan het elektriciteitsnet gekoppeld. Systemen die aan het elektriciteitsnet zijn gekoppeld sluizen de energie die niet wordt gebruikt, door naar het energiebedrijf. In dat geval loopt de verbruiksmeter achteruit zolang in huis minder elektriciteit wordt gebruikt dan het zonnepaneel levert. Systemen die aan het elektriciteitsnet gekoppeld worden, zijn netgekoppelde decentrale opwekkers.

De omvormer converteert de gelijkspanning van de zonnepanelen naar de wisselspanning van het lichtnet. Daarbij moet de fase gelijk zijn. Is het lichtnet uitgevallen, dan kan de omvormer niet werken - netgekoppelde opwekkers kunnen dus niet dienen om een stroomstoring te overbruggen.

Andere systemen slaan overtollige energie op in een accu. Daarvoor wordt vooral gekozen op plekken waar het elektriciteitsnet ontbreekt of een aansluiting te duur is. De accu's moeten natuurlijk voldoende capaciteit hebben om een paar donkere dagen te overbruggen. Deze werkwijze is bekend bij tuinverlichting, waarbij de accu overdag wordt opgeladen en 's nachts voor licht zorgt.

Tenslotte is er de mogelijkheid dat een zonnepaneel direct een verbruikend toestel aandrijft. Een voorbeeld is de zonnewagen, waarmee dus alleen gereden kan worden als de zon schijnt.

Kosten

Zonnepanelen op het dak van een woning

De terugverdientijd voor fotovoltaïsche zonnepanelen ligt anno 2013 op ongeveer 7 jaar bij gelijkblijvende elektriciteitprijs. In de jaren daarvoor was het ongeveer 10 jaar.

De totale kosten van zonnepanelen bestaan uit de panelen zelf (investering, afschrijving, financiering, onderhoud, verzekering), de aansluiting op het stroomnet inclusief omvormer, de installatie van de panelen op de locatie en eventueel de vergunning en de subsidie.

Vergunning

Slechts in uitzonderingsgevallen is een vergunning nodig, dan hebben we het over beschermde dorps- of stadsgezichten en/of monumenten.[1]

Installatie / montage omvormer / aansluiting op de stroommeter

Sommige mensen kunnen de zonnepanelen zelf (gratis) installeren / monteren. De kosten zijn afhankelijk van de installateur en hoe moeilijk het is om bij de locatie, meestal het dak, te komen. Zonnepanelen zijn door hun omvang windgevoelig en moeten stevig vastgezet worden om te voorkomen dat ze wegwaaien. Een richtprijs (anno 2010) is 500 tot 2500 euro voor de installatie.

Zonnepanelen

Gemiddeld kost een wattpiek (Wp) van een kristallijn zonnepaneel ongeveer 1 euro (exclusief montage). 100 Wp levert in Nederland circa 70 tot 90 kWh per jaar[2] aan energie op, afhankelijk van de locatie in Nederland, de hoek van het dak, hoeveelheid schaduw en het type zonnepaneel. De berekening is erop gebaseerd dat de zonnepanelen energie leveren die men niet hoeft in te kopen bij de elektriciteitsmaatschappij. Stroom van de elektriciteitsmaatschappij kost ongeveer 0,20 tot 0,23 euro per kWh (anno 2013). Als men per saldo meer stroom produceert dan men nodig heeft, kan dit verkocht worden aan de elektriciteitsmaatschappij voor het terugleververgoeding van ongeveer 0,05 tot 0,09 euro per kWh.

Als je een installatie koopt met een capaciteit van 4000 Wp kost deze uitgaande van een prijs van 1 euro per Wp, ongeveer 4000 euro (exclusief montage). Deze installatie zal dan ongeveer 3200 kWh per jaar opleveren. Het gemiddelde Nederlandse verbruik ligt op ongeveer 3500 kWh, dus produceert de installatie minder dan nodig is en zal men niet gaan terugleveren. De totale eigen stroomproductie kan dan afgetrokken worden van de in te kopen hoeveelheid stroom. Bij een stroomproductie van 3200 kWh en een prijs van 0,20 euro per kWh bespaart de installatie per jaar dan 640 euro. Hiermee verdient de investering van 4000 euro zich terug in 4000 euro / 640 euro/jaar = 6 tot 7 jaar (exclusief montage).

Als je het geheel in 10 jaar afschrijft loopt de berekening als volgt. Aanschaf 4000 euro, installatie 1000 euro totaal 5000 euro. Afschrijving in 10 jaar levert afschrijvingskosten van 5000 euro per 10 jaar = 500 euro per jaar. Bij een besparing van 640 euro per jaar is het voordelig. Natuurlijk moet ook de gemiste rente over de investering meegerekend worden: als je 5000 euro 10 jaar op de bank laat staan, ontvang je per jaar al snel 100 euro aan rente.

Alternatieve berekeningen

Een alternatieve berekening gaat als volgt: De prijs van zonnepanelen wordt meestal uitgedrukt in wattpiek (Wp) of kilowattuur (kWh) per jaar (Wp, kWh/annum). 1 Wp staat gelijk aan 0,70 tot 0,90 kWh/annum. Het gemiddelde energieverbruik per woning is 3500 kWh/jaar; om dit te produceren heb je dus een installatie van ongeveer 3900 Wp nodig. De prijs van 1 Wp ligt in maart 2013 rond de € 1,50 (geïnstalleerd). De installatie zal dus inclusief installatie en BTW ongeveer € 5850 kosten. Vanaf dat moment bent u voor de komende 30 jaar (gemiddelde levensduur zonnepanelen) uw eigen stroomproducent.

Het financiële rendement op een investering in zonnepanelen is anno 2011 ongeveer 5%.[3]

Toekomst

Als de elektriciteitsprijs nog verder stijgt zal de terugverdientijd korter worden. Nieuwere generatie zonnepanelen hebben een hogere opbrengst. Als deze voor dezelfde prijs geproduceerd kunnen worden, krijg je voor dezelfde prijs meer vermogen.

De technische levensduur ligt, afhankelijk van de kwaliteit, tussen de 30 en 45 jaar.

Aannemelijk is dat zonnepanelen gevoelig zijn voor schade van takken, vogeluitwerpselen, hagel etc. Eventueel moeten ze periodiek schoongemaakt worden om aanslag te verwijderen. Schuin liggende zonnepanelen zullen schoonspoelen door de regen. Op platte daken worden ze schuin geïnstalleerd zodat ze schoonspoelen en een goede hoek hebben ten opzichte van de zon. Een ongunstige ligging veroorzaakt door schaduw van gebouwen of bomen en ook een slechte hoek ten opzichte van de zon kan leiden tot een lager rendement.

De opwekkingskosten van eigen stroom met zonnepanelen bedragen ongeveer 0,14 tot 0,20 euro per kWh. Terugleveren is dus nog niet gunstig omdat de terugleverprijs anno 2013 op ongeveer 0,07 euro per kWh ligt. Dat is pas gunstig op het moment dat de prijzen nog met meer dan de helft dalen, maar het gaat de laatste jaren wel snel.

Bij de berekening van de wenselijke capaciteit kan het beste een kleine overcapaciteit worden aangeschaft, niet iedereen heeft tenslotte een gemiddeld stroomverbruik of een ideale ligging van het dak. Dus iets in de buurt van 4000 kWh per jaar lijkt voor een particulier ideaal. Belangrijk is dat men daarvoor ook voldoende plaats heeft (op het dak). Voor een installatie met een capaciteit van 3500 kWh per jaar heeft men een dak nodig van 30 m² (3 bij 10 meter), georiënteerd op het zuidwesten. Dat is een groot dak; groter dan het gemiddelde dak.

Subsidie

Tot 2004 werd in Nederland veel geïnvesteerd in zonne-energie, maar het abrupt stopzetten van de subsidie heeft hier een eind aan gemaakt. In andere Europese landen werd toen nog wel veel geïnvesteerd in zonnepanelen. Niet alleen vanuit milieu-oogpunt, maar ook omdat het met de stijgende stroomprijs (tussen 2000 en 2004 met 8% per jaar en in 2005 met 12%), toen in toenemende mate ook gewoon voordelig was.

Tussen 2008 en 2010 kende Nederland de regeling SDE waardoor er per geproduceerde kWh subsidie werd uitgekeerd. Anno 2011 zijn er steeds meer mensen die zonnepanelen aanschaffen, zonder subsidies. Vooral bedrijven kopen steeds vaker zonnepanelen mede omdat de terugverdientijd vaak verkort wordt door de Energie Investerings Aftrek (E.I.A.), (kleinschaligheids) Investeringsaftrek (I.A.). Afhankelijk van de rechtsvorm en fiscale winst is terugverdientijd voor bedrijven 4 tot 7 jaar.

In 2013 bestond er in Nederland een subsidieregeling voor particulieren, waarbij een maximum van 650 euro gold.

In Duitsland wordt de subsidie per kWh al verminderd omdat velen subsidie aanvragen. Zo kan met een bepaald subsidiebudget de installatie van meer zonnepanelen gestimuleerd worden. En andere reden voor de vermindering van de subsidie is dat de zonnepanelen zelf steeds goedkoper geproduceerd worden, zo goedkoop zelfs dat het inmiddels ook al zonder subsidie op veel locaties een goede investering is. Het is de verwachting dat de subsidie ook in Nederland binnen enkele jaren zal verdwijnen of in ieder geval verminderen.

Vanaf de start van de regeling op 2 juli 2012 kwamen er tot en met 12 juli 2013 in totaal 78 289 aanvragen binnen. Het totale budget dat het ministerie van Economische Zaken voor 2012 en 2013 samen beschikbaar stelde, was € 50 882 000. Op 8 augustus 2013 bleek de subsidiepot leeg te zijn.[4]

Overig

Men vindt zonnecellen ook vaak op plaatsen waar een elektriciteitsnet niet voorhanden is, bijvoorbeeld op zeiljachten, boeien, palen langs de weg of op draagbare voorwerpen zoals rekenmachines.

In België resulteerden de tegemoetkomingen van de diverse overheidsinstanties - gegeven de elektriciteitsprijzen bij Electrabel in maart 2007 - in een te verwachten terugbetalingstermijn van de zonnepaneelinstallatie van circa 11 jaar. Dit mede dankzij de elektriciteitsopbrengst van deze geruisloze, milieuvriendelijke en duurzame energiebron. Zonder deze tegemoetkomingen zou bij die prijzen de afbetaling circa 15 jaar duren.

Chinese producenten realiseerden in 2010 een kostenreductie op zonnecellen van 60% ten opzichte van een jaar eerder.[5]

Europese deskundigen voorspellen dat zonnestroom vanaf 2015 of 2017 volledig kan concurreren met marktprijzen van conventioneel opgewekte elektriciteit.

De prijzen dalen relatief snel (meting in 2013). Door de dalende prijzen worden steeds meer locaties economisch geschikt, wat kan leiden tot een verdere daling van de prijzen totdat het zelfs op de langere duur voordelig wordt om terug te leveren aan het elektriciteitsnet en als netto-producent te gaan optreden.

De productie van zonnepanelen vraagt op zich ook energie. De maat wordt de energiebalans genoemd en in België en Nederland ligt deze tussen 1 en 2 jaar.

Toepassing

In verhouding tot conventionele energiebronnen, zijn zonnepanelen nog relatief duur in aanschaf en daardoor slechts op middellange termijn of voor speciale toepassingen kostenbesparend. Dat is als je naar de zuivere kosten kijkt, maar vaak worden deze voor de eindgebruiker/particulier verhoogd met allerlei belastingen en heffingen, zodat het nu al voor particulieren voordeliger is dan geld op een bankrekening zetten. Van de wereldwijde energiebehoefte wordt momenteel slechts een zeer klein deel opgewekt met zonnepanelen. In Portugal, Duitsland, Japan, Australië, Canada en de Verenigde Staten staan enkele grote zonnepaneelinstallaties die veelal door overheden zijn gesubsidieerd.

Daarnaast vinden zonnepanelen ook toepassing in off-grid-toepassingen. Dit zijn vaak afgelegen elektrische installaties met een geringe energiebehoefte, waar het aansluiten van de installatie op het lichtnet of het hoogspanningsnet, of het gebruik van een aggregaat te duur of onmogelijk is. Voorbeelden zijn lichtboeien op het water, lantaarnpalen op afgelegen kruispunten of het gehele dorp Rema in Ethiopië. Voor satellieten is er zelfs geen redelijk alternatief.

De grootste PV-installatie (tot 2009) in België is 5600 m² groot (op een dakoppervlakte van 12 000 m²) en heeft een vermogen van 340 kWp (kilowattpiek). Ze werd in mei 2007 geïnstalleerd op het dak van mediabedrijf Alfacam in Lint. De 1927 fotovoltaïsche panelen produceren jaarlijks 270 000 kWh aan elektriciteit. In december 2009 werd op het dak van Flanders Expo in Gent een installatie van 53 000 m² in gebruik genomen. Op de gebouwen van Katoen Natie in Antwerpen, Kallo, Gent en Genk wordt op hetzelfde moment gewerkt aan een installatie die een gezamenlijke oppervlakte van ongeveer 800 000 m² zal bestrijken.

Solarkraftwerk Waldpolenz, de eerste 40-MW CdTe PV Array geïnstalleerd door JUWI Group in Brandis, Duitsland

De grootste zonnestroomcentrale ter wereld, Solarkraftwerk Waldpolenz met 550 000 zonnepanelen op een oppervlak van 110 hectare, kwam in 2008 gereed bij het Duitse stadje Brandis bij Leipzig. Ze heeft een vermogen van 40 megawattpiek en zal jaarlijks 40 000 megawattuur leveren. Dat lijkt veel, maar de opbrengst is wel beperkt als je deze vergelijkt met een moderne kerncentrale. Borssele II bijvoorbeeld zou 2500 MW produceren. Dat is ongeveer 100 keer zoveel. De voorziene levensduur van Waldpolenz is ten minste 20 jaar, maar waarschijnlijk 30 tot 40 jaar. Jaarlijks wordt er ongeveer 25 000 ton CO2 uitstoot bespaard.

In Abu Dhabi wordt een zonnecentrale van 60 MWp gebouwd voor het project Al Masdar, de eerste CO2-neutrale stad ter wereld. Er zouden plannen zijn om deze centrale later uit te breiden tot 500 MWp, genoeg om een half miljoen gezinnen van stroom te voorzien. Het opmerkelijke is dat Abu Dhabi zelf een aardoliereserve van 100 miljard vaten heeft (de op twee na grootste voorraad in de wereld).

Een gebied waar zonnepanelen op grote schaal zeer succesvol worden toegepast is de ruimtevaart. Ruimtevaartuigen in een baan om de Aarde en met bestemmingen in het binnenste deel van het zonnestelsel worden veelal uitgerust met zonnepanelen. Voor bestemmingen verder dan Mars kunnen zonnepanelen onvoldoende energie opwekken als gevolg van het zwakke zonlicht en zijn dus andere systemen zoals thermo-elektrische radio-isotopengeneratoren beter geschikt.

Opbrengst

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.
  • Oppervlakte (lengte x breedte).
  • 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 van nieuwe types 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 niets.
  • 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. Aan de Franse Rivièra, waar veel minder bewolking is, levert de zon toch slechts 1,5 keer zoveel energie als in Nederland.
  • Zonuren; de hoeveelheid uren per jaar zonder bewolking is medebepalend voor het rendement. Op Texel zijn ongeveer 20% meer zonuren dan in het oosten van Nederland.
  • 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.

Om het vermogen van zonnepanelen te kunnen vergelijken, zijn er standaardcondities opgesteld: een instraling van 1000 W/m², waarvan het spectrum overeenkomt met het spectrum van zonlicht bij een luchtmassa van 1,5 (dit betekent dat het zonlicht een afstand door de atmosfeer heeft afgelegd die gelijk is aan anderhalf maal de gemiddelde dikte van de atmosfeer) en een celtemperatuur van 25°C. Het maximale elektrische vermogen van een zonnepaneel onder deze condities wordt het piekvermogen genoemd en wordt geschreven als Wp (Wattpiek).

Zie ook

Externe links

Bronnen, noten en/of referenties
Zoek dit woord op in WikiWoordenboek