Zonnepaneel

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
(Doorverwezen vanaf Zonnepanelen)
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. 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.

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.

Zonnepanelenpark in Nevada (Verenigde Staten)

Bouw en werking

1rightarrow blue.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. 10 en 20%, 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.

Verschijningsvormen

De meest bekende verschijningsvorm van zonnepanelen is in een metalen omlijsting. Daarnaast zijn er ook:

  • flexibele panelen
  • glas-glas zonnepanelen (toegepast op Station Utrecht Centraal)
  • dunnefilmpanelen (CdTe, CIGSSe, CIS, a-Si, µc-Si

Toepassing

Er zijn grofweg vier toepassingen voor zonnepanelen namelijk:

  • Off-grid of autonome toepassing
  • Ruimtevaart
  • Direct verbruik
  • Netgekoppelde zonnestroomsystemen

Off-grid of autonome toepassing

1rightarrow blue.svg Zie Off-grid voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Men vindt zonnecellen vaak op plaatsen waar het te duur of onmogelijk is om gebruik te maken van het lichtnet,hoogspanningsnet of van een aggregaat. Toepassingen zijn bijvoorbeeld op zeiljachten, lichtboeien op het water, lantaarnpalen op afgelegen kruispunten of het gehele dorp zoals bijvoorbeeld Rema in Ethiopië. Ook draagbare voorwerpen zoals rekenmachines en zaklampen worden voorzien van zonnepanelen. Om de stroom op de kunnen slaan is er een accu systeem nodig. 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. Voor satellieten is er zelfs geen redelijk alternatief (zie ruimtevaart).

Ruimtevaart

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.

Direct verbruik

Er is de mogelijkheid dat een zonnepaneel direct een verbruikend toestel aandrijft. Een voorbeeld is de zonnewagen, die met behulp van een accu ook kan rijden wanneer er onvoldoende zonlicht beschikbaar is.

Netgekoppeld zonnestroomsysteem

1rightarrow blue.svg Zie Netgekoppeld zonnestroomsysteem voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

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.

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.[bron?]
  • 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).

Onderhoud en levensduur

Zonnepanelen zijn onderhoudsarm. Eventueel kunnen 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.

Schade kan ontstaan door inslag van zware hagelstenen of vallende voorwerpen zoals takken. Er wordt nu vanuit gegaan dat de technische levensduur ergens ligt rond de 25 jaar.

Zie ook

Externe links

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