Colani's PI, Arduino & Home Domotica

Zonnepanelen zetten licht om in elektrische spanning. Dat noemen we een fotovoltaïsche reactie, daarom heten zonnepanelen ook wel fotovoltaïsche (in Engels photo voltaic), of PV-systemen. Met de elektrische spanning wordt elektriciteit (stroom) opgewekt.

Hoe werken zonnepanelen?

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 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.

Zonnepanelen zijn duurzaam: ze zetten zonne-energie om in stroom. Daarvoor hoeft de zon niet fel te schijnen: ook op een bewolkte dag leveren jouw panelen elektriciteit. De populairste zonnepanelen zetten 12 tot 16 procent van het zonlicht dat erop valt om in elektriciteit. In 2 jaar heeft een zonnepaneel al meer energie bespaard dan het kostte om het paneel te maken. Daarna leveren jouw zonnepanelen nog 23 jaar milieuwinst!

Watt-piek!

Per watt piek: Het vermogen van een zonnemodule wordt vaak uitgedrukt in watt piek (Wp). Dit is de theoretische opbrengst van het zonnepaneel bij optimale omstandigheden. Deze ideale waarde wordt in het relatief sombere Nederland niet vaak gehaald. Daarnaast treedt er bij het omvormen van de stroom ook warmte-omzetting op. Uit de praktijk is gebleken, dat je in Nederland voor een redelijke schatting het vermogen in Wp dan ook met een factor 0,85 (85%) moet vermenigvuldigen om de jaaropbrengst in kWh te verkrijgen. Een PV-systeem met een vermogen van 1000Wp levert dan dus op jaarbasis zo’n 880kWh aan stroom.
Net als bij alle elektrische apparaten staat ook het vermogen van zonnepanelen uitgedrukt in watt. De productie van elektriciteit is niet gelijkmatig doordat de hoeveelheid zonlicht steeds verandert. Daarom staat bij zonnepanelen het maximale vermogen aangegeven: watt-piek (wp). Dit vermogen wordt vastgesteld in een testomgeving bij een standaardtemperatuur en -belichting.

Bij het berekenen van de werkelijke opbrengst, gebruiken installateurs software programma’s om de waarden voor Nederlandse omstandigheden te combineren met de hellingshoek en windrichting van het paneel.

Zwart, blauw, dunne film

95 procent van de zonnepanelen op de Nederlandse markt zijn van monokristallijn silicium (zwarte panelen) of polykristallijn silicium (blauwe panelen). Er zijn iets meer zwarte panelen dan blauwe panelen. 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 (bijvoorbeeld groen, paars of bronskleurig). De opbrengst van deze gekleurde panelen is een tiende tot een kwart lager dan van gangbare panelen.

Blauwe zonnepanelen van polykristallijn silicium zijn goedkoper, maar hebben ook een iets lagere stroomopbrengst dan zwarte panelen van hetzelfde formaat.

Minder dan 5 procent van de panelen op de Nederlandse markt zijn dunne-film-panelen. 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 dunnefilmpanelen 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. Per vierkante meter zijn deze panelen goedkoper maar hun opbrengst per vierkante meter is nog beduidend lager dan de bovenstaande technieken. Hierdoor zijn de polykristallijne silicium panelen financieel gezien vooralsnog interessanter. Van de toekomstige ontwikkeling van deze dunnefilm techniek wordt veel verwacht.

Dunne film zonnepanelen, ook wel CIS zonnepanelen en cigs zonnepanelen, genoemd zijn de laatste jaren in opkomst.  Ze worden nog niet zoveel geplaatst als de gangbare kristallijne zonnepanelen, maar het aandeel van dunne film neemt zeker toe.

Mono of poly zonnepanelen? Wat is het verschil?

Mono en poly zonnepanelen komen qua techniek het meeste voor. Het gaat hier om zogenaamde kristallijne zonnepanelen waarbij de zonnecellen gemaakt zijn van silicium. Silicium komt veel voor op deze aarde, vooral in zand. Silicium zonnecellen zijn er in 2 vormen: zogenaamde monokristallijne zonnecellen en polykristallijne zonnecellen. Het productieproces van de cellen bepaalt of het om mono- of polycellen gaat.

• Voor de fabricage van polykristallijne zonnecellen wordt silicium gesmolten bij een temperatuur van 1500 graden. Vervolgens vindt afkoeling plaats waarbij kristallen ontstaan die in feite kriskras door elkaar liggen. Uiteindelijk worden plakjes gemaakt die later in zonnepanelen worden toegepast.
• Ook bij monokristallijne zonnecellen wordt het silicium gesmolten. Alleen de afkoeling vindt op gecontroleerde wijze plaats waardoor de kristallen allemaal netjes eenzelfde richting hebben. Daardoor zien de mono zonnecellen er geordend uit.
• Mono zonnecellen zijn vooral mooier. Ze hebben een donkere kleur, bijna zwart. Poly zonnecellen hebben vaak een blauwe kleur waarbij kristallen zichtbaar kunnen worden. Dit is dan ook de belangrijkste reden waarom mensen voor mono zonnepanelen kiezen.
• Het poly zonnepaneel doet het met diffuus (indirect) licht beter, het mono zonnepaneel met direct licht. Kijken we naar het Nederlandse klimaat dan is het verschil in praktijk minimaal.

Hogere temperatuur: lagere opbrengst

Bij hogere temperaturen wordt de opbrengst van zonnepanelen lager. Voor iedere 10 graden temperatuurstijging daalt de stroomopbrengst met ongeveer 5 procent. Het is daarom belangrijk dat er lucht achter de panelen langs kan stromen, zodat de temperatuur niet te hoog oploopt. Ook de omvormer moet niet te warm worden. Hoe meer licht op de panelen valt, hoe warmer de omvormer. Wanneer de omvormer te warm wordt, daalt zijn efficiëntie. Bij het kiezen van de plek van de omvormer moet dus ook worden gelet op voldoende vrije luchtstroom rond de omvormer.

Vermogen neemt geleidelijk iets af

In de loop van de tijd neemt de opbrengst van zonnepanelen iets af. Ieder jaar wordt ongeveer een half procent minder stroom opgewekt. Na 25 jaar is het rendement van de zonnepanelen dus zo’n 12,5 procent lager dan in het eerste jaar. Hiermee is rekening gehouden in de berekeningen van de kosten en baten van zonnepanelen.

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. Om opbrengstverliezen te beperken kan de omvormer het beste dicht bij de panelen geplaatst worden. De omvormer kan wat geluid maken, bijvoorbeeld tikken als hij opstart of zachtjes zoemen. Sommige mensen vinden dat vervelend.

Zonnepanelen worden in serie op een omvormer aangesloten. Bij grotere systemen kunnen meer serieschakelingen (strings) worden aangesloten op een zogenoemde stringomvormer. Als je van tevoren weet dat er schaduw op zal vallen, kun je micro-omvormers gebruiken. Daarbij heeft ieder paneel zijn eigen omvormer en zorgt een beschaduwd paneel er niet voor dat het gehele systeem minder produceert. Een systeem met micro-omvormers is duurder.

Kosten omvormers

Er zijn verschillende soorten omvormers beschikbaar, elk met een eigen prijs en kenmerken. Over het algemeen wordt er onderscheid gemaakt tussen string-omvormers, multi-string-omvormers en micro-omvormers. De gemiddelde kosten worden in de volgende tabel aangegeven. U kunt ervan uitgaan dat een huishouden van twee personen ongeveer 3500 Wp nodig heeft en een gezin van 4 gemiddeld 4700 Wp. De kosten zijn inclusief BTW.

Nieuwe technieken

Er is veel onderzoek naar het verbeteren van zonnepanelen. Zo zou de opbrengst groter kunnen zijn als er minder verlies van zonlicht optreedt door reflectie op het zonnepaneel. Onderzoek naar anti-reflectietechnieken, oppervlaktestructuren en absorptie van licht moeten die verliezen in de toekomst tegengaan.

Zonnecellen met nanodeeltjes die voor een verbeterde lichtindringing zorgen zijn in een experimenteel stadium van ontwikkeling. In laboratoria wordt verder geëxperimenteerd met organische en polymere cellen.

Voor de lange termijn worden PV-systemen met een potentieel vermogen van 200-300 Wp per m2 voorzien. De dunnefilmtechnieken zouden mogelijk over tien tot twintig jaar slechts een fractie kosten van de huidige kristallijne panelen, onder meer omdat er veel minder grondstof voor nodig is.

Wat kosten zonnepanelen?

1, 2 en 6 = per jaar.

Uitleg berekening

1. Bron: RVO bewerkt door Nibud. Gemiddeld gebruik per jaar in kWh.
2. Geïnstalleerd vermogen in Wattpiek. Berekening: Aantal kWh / 0,85
3. Aantal zonnepanelen benodigd. Wij gingen uit van een zonnepanelen met 300 WattPiek (WP). Hoe hoger de WP des te minder zonnepanelen je nodig hebt. Ideaal als je een kleine dakoppervlakte bezit.
4. De kosten bereken je door het vermogen in WP te vermenigvuldigen met de prijs per Wattpiek. De totaalprijs die je hier ziet is inclusief BTW en inclusief installatie.
5. De 21% procent btw die je hebt betaald mag je aftrekken omdat je als ondernemer wordt gezien.
6. De besparing per jaar is de huidige energieprijs x het gemiddeld aantal kWh per jaar(2017 = 0,23 euro per kWh).

Een gemiddeld huishouden heeft 2910 kWh per jaar nodig volgens het Nibud.

Verschil in kostprijs

Bovenstaande maakt reeds duidelijk dat er tussen de verschillende soorten zonnepanelen op de markt een duidelijk prijsverschil bestaat. Om dit prijsverschil aan jou duidelijk te maken hebben we even de verschillende opties inclusief hun gemiddelde aankoopprijs voor jou op een rijtje geplaatst.

Bovenstaande zorgt er voor dat we een onderscheid kunnen maken tussen drie verschillende voordelen in de praktijk, namelijk:

Goedkoopste oplossing:

Er wordt wel eens gezegd dat een systeem met zonnepanelen plaatsen uitsluitend mogelijk is voor mensen die over een groot budget beschikken. Dat hoeft evenwel helemaal niet het geval te zijn, in tegendeel. Er is de voorbije jaren heel wat gezegd en geschreven over het zogenaamde dunne film zonnepaneel. Dit type zonnepaneel is de voordeligste op de markt, maar zou een stuk minder kwalitatief zijn. Omdat de aankoopprijs evenwel een stuk lager ligt blijft de terugverdientijd relatief gelijk in vergelijking met de andere systemen op de markt. Kiezen voor een systeem met dunne film zonnepanelen mag dan op het eerste zicht niet echt optimaal zijn, het zorgt er wel voor dat je kan genieten van de voordelen die zonnepanelen met zich meebrengen en dat zonder dat je een echt grote investering moet doen.

Best prijs-kwaliteitverhouding:

Heb je een iets groter budget ter beschikking en wil je er zeker van zijn dat je ten minste gedurende een periode van 20 à 25 jaar gebruik kan blijven maken van je zonnepanelen systeem? In dat geval is het wellicht interessant om te kiezen voor een systeem met polykristallijn zonnepanelen. Ook dergelijke zonnepanelen worden immers gekenmerkt door een uitstekende kwaliteit en dat terwijl ze voordeliger zijn ten opzichte van de monokristallijn zonnepanelen. Wil je met andere woorden kiezen voor een systeem die rendabeler en bovendien ook efficiënter is dan dunne film zonnepanelen, maar toch niet de duurste optie op de markt is? In dat geval is kiezen voor polykristallijn zonnepanelen absoluut een aanrader.

Meest optimale oplossing:

In het meest optimale geval wordt er voor gekozen om gebruik te maken van monokristallijn zonnepanelen. De reden hiervoor is niet ver te zoeken. Het optimale rendement zorgt er namelijk voor dat je niet zoveel zonnepanelen op je dak moet plaatsen en bovendien zorgt de kwaliteit van de onderdelen voor een levensduur om u tegen te zeggen. Tel daar ook nog eens bij op dat het prijsverschil ten opzichte van de polykristallijn zonnepanelen door de jaren heen een flink stuk beperkter is geworden en je hebt meteen al enkele prima redenen om te kiezen voor een systeem met monokristallijn zonnepanelen.

Gerelateerde berichten:

Slimme meter uitlezen met je Raspberry Pi Gelijk en wisselstroom Kleurcodes voor weerstanden Stroom LED weerstand berekenen