Zonnepaneel

WikiWoordenboek

Zonnepanelenpark in Nevada (Verenigde Staten)

Een zonnepaneel of PV-paneel (van het Engelse 'Photo-Voltaic') is een paneel dat zonne-energie omzet in elektriciteit. Hiertoe wordt een groot aantal fotovoltaïsche cellen op een paneel gemonteerd. Ook de zonnecollector wordt soms tot de zonnepanelen gerekend, maar deze is op een ander principe gebaseerd, namelijk opwarming van een stromend medium, meestal water.

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.

Bouw en werking

Zie Fotovoltaïsche cel voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Zonnepaneel langs de Duitse autobahn

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 zonnepanelen 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. De fotovoltaïsche opgewekte stroom kan aan het lichtnet geleverd worden (netgekoppeld systeem), in accu's opgeslagen worden (voor verlichting of bijvoorbeeld voor communicatiesystemen op afgelegen plekken) of direct gebruikt worden om bijvoorbeeld een pomp aan te drijven (autonoom systeem). 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.

Koppeling aan het elektriciteitsnet

Sommige zonnepanelen worden via een inverter aan het elektriciteitsnet gekoppeld, andere slaan overtollige energie op in een accu. Voor de tweede mogelijkheid wordt vooral gekozen op plekken waar het elektriciteitsnet ontbreekt of een aansluiting te duur is. De accu's moeten natuurlijk wel voldoende capaciteit hebben om een paar donkere dagen te overbruggen. Systemen die aan het elektriciteitsnet zijn gekoppeld sluizen de energie die niet wordt gebruikt door naar het energiebedrijf. In dat geval loopt de elektriciteitsmeter terug zolang in huis minder elektriciteit wordt gebruikt dan het zonnepaneel levert. Systemen die aan het elektriciteitsnet gekoppeld worden zijn netgekoppelde decentrale opwekkers.

Kosten

Zonnepanelen op een dak

De terugverdientijd voor fotovoltaïsche zonnepanelen ligt anno 2010 bij ongeveer 32 jaar bij gelijkblijvende elektriciteit-prijs. Gemiddeld kost een Wp van een kristallijne zonnepaneel ongeveer EUR 5,50 (ex. montage). 100 Wp levert in Nederland circa 75kWh per jaar aan energie op. Met een gemiddelde prijs van 23 cent per kWh (juni 2008) levert een Wp 17,25 cent per jaar op en daarmee wordt de terugverdientijd 32 jaar. Bij een electriciteitprijsstijging van 10% per jaar wordt de terugverdientijd ca. 15 jaar. Als de elektriciteitsprijs nog sneller stijgt zal deze tijd korter worden.

De levensduur van zonnepanelen met kristallijne cellen, afhankelijk van de kwaliteit, ligt tussen de 30 en 45 jaar. In het geval dat de prijs van electriciteit niet zal stijgen, zal de installatie net quitte draaien.

De levensduur van zonnepanelen op basis van amorf silicium ligt tussen de 5 en 15 jaar.

Tot 2004 werd in Nederland veel geïnvesteerd in zonne-energie, maar het abrupt stopzetten van subsidie heeft hier een eind aan gemaakt. In andere Europese landen wordt nog wel veel geïnvesteerd in zonnepanelen omdat deze op lange termijn zinvol zijn. Niet alleen vanuit milieu-oogpunt, maar met de stijgende stroomprijs (tussen 2000 en 2004 met 8% per jaar en in 2005 met 12%), toenemend ook vanuit economisch oogpunt.

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

In België, maart 2007 resulteerden de tegemoetkomingen van de diverse overheidsinstanties - gegeven de elektriciteitsprijzen bij Electrabel - 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. Europese deskundigen voorspellen dat zonnestroom vanaf 2015 of 2017 volledig kan concurreren met marktprijzen van conventioneel opgewekte elektriciteit.

De productie van zonnepanelen vraagt op zich ook energie. De terugverdientijd van zo’n systeem in termen van energie in België en Nederland ligt tussen 1 en 2 jaar.

Toepassing

De grootste PV-installatie (tot 2009) in België is 5.600 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 1.927 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.

Eerste 40-MW CdTe PV Array geinstalleerd door JUWI Group in Waldpolenz, Duitsland

De grootste zonnestroomcentrale ter wereld, 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 GWh giga-wattuur leveren. De voorziene levensduur is ten minste 20 jaar, maar waarschijnlijk 30 tot 40 jaar. Jaarlijks wordt er ongeveer 25.000 ton CO₂ uitstoot bespaard.

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 radio-isotoopgeneratoren 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.
• Oppervlak (lengte maal breedte). Maar ook hoe de panelen aan elkaar zijn bevestigd (parallel of serieel).
• 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 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 niks.
• 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.

Om het vermogen van zonnepanelen te kunnen vergelijken zijn er standaardcondities opgesteld : een instraling van 1000 Watt/m², waarvan het spectrum overeenkomt met het spectrum van zonlicht bij een luchtmassa van 1,5 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

• Terugleververgoeding

Externe links

• Zonnecel efficiënter met lood en selenium (Kennislink.nl)
• Informatie van rijksoverheid over zonnepanelen aan huis (VROM)
• (en) Model van zonnepaneel aansturing - Beschrijving en werkend VisSim broncode diagram

Mediabestanden

Zie de categorie Photovoltaics van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.