Zonnepaneel
Een zonnepaneel of fotovoltaïsch paneel, kortweg PV-paneel is een paneel dat, met behulp van fotovoltaïsche cellen in het paneel, een deel van de fotonen uit het zonlicht omzet in elektriciteit. De zonne-energie die zo wordt opgevangen is een vorm van duurzame energie. Het op deze wijze opvangen en omzetten van zonne-energie wordt kortweg zon-PV genoemd (PV van photovoltaic cell).[1] Zonnepanelen worden ook toegepast voor energieopwekking in de ruimtevaart en voor energieopwekking in afgelegen gebieden.
Een zonnepaneel moet niet worden verward met een zonnecollector. Deze is op een ander principe gebaseerd, namelijk opwarming van een stromend medium, meestal water.
Bouw en werking
Zonnecellen zijn meestal gemaakt van silicium. Dat silicium bestaat uit twee lagen. Onder invloed van licht wordt elektrische spanning opgewekt tussen de lagen. Daarom heten zonnecellen ook wel fotovoltaïsche cellen (Oudgrieks φῶς, phōs: 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. 15 en 20%, waarbij de cellen met betere rendementen (nieuwere techniek) wel duurder zijn.
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.
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.
Soorten siliciumcellen
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).
- 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.
- 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.
- 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 bekendste verschijningsvorm van zonnepanelen is in een metalen omlijsting. Daarnaast zijn er ook:
- flexibele panelen
- frameloze glas-glas zonnepanelen (toegepast op Station Utrecht Centraal)
- dunnefilmpanelen (CdTe, CIGSSe, CIS, a-Si, µc-Si)
- dakpannen met geïntegreerde PV-cellen.
Toepassing
Er zijn grofweg vier toepassingen voor zonnepanelen, namelijk:
- Off-grid of autonome toepassing
- Ruimtevaart
- Direct verbruik
- Netgekoppelde zonnestroomsystemen
Off-grid of autonome toepassing
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 Rema in Ethiopië. Ook draagbare voorwerpen zoals rekenmachines en zaklampen worden voorzien van zonnepanelen. Om de stroom op te kunnen slaan is er een accusysteem nodig.
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. De bekendste in een baan om de aarde is het Internationaal ruimtestation ISS. Het grootste deel van dit ruimtestation bestaat uit een centraal geraamte waaraan zestien enorme zonnepanelen zijn bevestigd. Voor bestemmingen verder dan Mars is het licht te zwak voor een efficiente toepassing van zonnepanelen.
Direct verbruik
Er is de mogelijkheid dat een zonnepaneel direct een verbruikend toestel aandrijft. In de zuiverste vorm heeft dit enkel toepassing als "desk gadgets", denk daarbij aan een ventilator die het doet wanneer er voldoende licht op het bijbehorende pv paneel valt.
In huisinstallaties met een PV-installatie wordt ook over direct verbruik gesproken wanneer de kWh-meter van de netbeheerder 0 Watt aangeeft op het inkoop telwerk en er wel verbruikers zijn in de woning. In dit geval wordt de gegenereerde zonne-energie direct verbruikt door de huisinstallatie.
Netgekoppeld zonnestroomsysteem
De meeste zonnepanelen worden via een omvormer (inverter) aan het elektriciteitsnet gekoppeld. Overtollige energie kan dan via het net worden verdeeld, al dan niet tegen een vergoeding voor de bezitter.
Opbrengst
De opbrengst van een zonnepaneel is afhankelijk van een aantal factoren:
- De effectieve lichtinval: bij schuin invallend licht is de opbrengst kleiner.
- Het seizoen: er is langer zonlicht in de zomer, de zon staat hoger aan de hemel en er is minder bewolking.
- Rendement; het percentage van de energie in het op het zonnepaneel vallende zonlicht dat wordt omgezet in elektriciteit. Het rendement verschilt onder meer afhankelijk van het type zonnecel en de ouderdom.
- Temperatuur; bij hoge temperaturen wordt minder vermogen opgewekt dan bij lage temperaturen. Dit heeft te maken met de hogere diodedoorlaatspanning (temperatuurcoëfficiënt −2 mV/°C) bij lagere temperatuur. Op een nominale PV-celspanning in het maximumvermogenspunt van 400 mV betekent dit ongeveer 5% daling van het geleverde vermogen voor elke 10 °C temperatuurstijging.
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).
Afhankelijk van hoe zonnepanelen worden ingezet in een elektrische installatie kan de effectieve opbrengst lager zijn door verliezen in o.a. omvormers en opslagsystemen.
De PVWatts Calculator[2] van het National Renewable Energy Laboratory in de VS is een handig hulpmiddel om opbrengst te schatten.
Plaatsing
Op daken versus op de grond
Zonnepanelen kunnen geplaatst worden op daken of er kan gekozen worden om een gedeelte van de schaarse ruimte op te offeren voor de plaatsing van zonnepanelen. De plaatsing van zonnepanelen op daartoe geschikte daken (wat betreft hellingshoek en positie naar het zuiden) leidt tot een betere benutting van de schaarse ruimte. Dit wordt versterkt door het feit dat er bij panelen op de grond er nog ruimte tussen de panelen moet zijn om schaduw te voorkomen en om er bij te kunnen komen voor onderhoud. Volgens een studie van hoogleraar Wim Sinke voldoet voor de opwekking van de hoeveelheid energie die nu wordt gebruikt, naast een paar vierkante kilometer voor accu's, één zonnepark van 35 bij 35 kilometer. Als er alleen zonnepanelen op daken worden gelegd, in optimale richting, 25 bij 25 kilometer.[3]
Alternatief
Sinds eind 2019 wordt ook energie gewonnen uit panelen op zee. Ook in Indonesië en Vietnam staan (stand 2020) projecten op stapel voor zonnevelden op water, hierbij gaat het om meren.[4]
Onderhoud en levensduur
Zonnepanelen zijn onderhoudsarm. Eventueel kunnen ze periodiek schoongemaakt worden om aanslag te verwijderen. Schuin liggende zonnepanelen zullen grotendeels schoonspoelen door de regen. Op platte daken worden ze schuin geïnstalleerd zodat ze schoonspoelen en een goede hoek hebben ten opzichte van de zon[5]. Door het vuil worden daalt de opbrengst van het zonnepaneel.
Zonnepanelen kunnen beter schoon blijven door toepassing van nanocoating. Dit is een vuilafstotende laag, waardoor het licht in mindere mate geblokkeerd wordt door dit eventuele vuil.
Mechanische schade kan ontstaan door inslag van bliksem, vallende voorwerpen, hot spots of storm.
Leveranciers van zonnepanelen stellen dat de technische levensduur van zonnepanelen rond de 25 jaar bedraagt. Het Kiwa schat dat de helft van de zonnepanelen in de praktijk de levensduur van 20-25 niet haalt.[6] De praktische levensduur ligt volgens onderzoek dichter bij 17 jaar.[7]
Subsidiering
Nederland
In Nederland kunnen particulieren bij plaatsing van zonnepaneelsystemen bij de belastingdienst de btw terugvragen. Verder geldt ook (nog) de salderingsregeling waarbij de geleverde kWh's aan het net worden verrekend met de hoeveelheid afgenomen kWh's. Deze blijft geldig tot (minimaal) 2023.[8] Daarnaast geldt er ook de postcoderoosregeling (Regeling Verlaagd Tarief) waarbij particulieren die daartoe een vereniging of coöperatie hebben opgericht in een gebied van de eigen postcode en aangrenzende postcodes (de cijfers) van een duurzame bron stroom afnemen met een verlaagd energietarief. Deelnemers zijn daarbij tot een verbruik van 10.000 kWh vrijgesteld van energieheffing en btw, terwijl de opgewekte kWh's verkocht kunnen worden. Ondernemers kunnen bij het plaatsen van zonnepanelen gebruik maken van de SDE-regeling. Daarbij is plaatsing van een aparte meter wel verplicht.
België
In België geldt er sinds 2018 geen verlaagd tarief meer voor de btw. Daarnaast rekenen de netbeheerders een vast bedrag (om te betalen) per kW van het vermogen. Gunstig is wel dat er in België geen sprake is van verplichte vervanging van de elektriciteitsmeter door een slimme meter wat inhoudt dat door het terug draaien van de kWh-meter er automatisch een salderingsregeling is [9].
Aantallen Nederland
Het aantal woningen met zonnepanelen groeit sinds 2012 explosief. Uit onderzoek van het Economisch Bureau van ING uit 2018, bleek dat ruim een derde van de Nederlanders bereid is zonnepanelen aan te schaffen, mits de investering binnen tien jaar is terugverdiend.[10]
| Jaar | Aantal huizen met zonnepanelen |
|---|---|
| 2015 | 400.000[11] |
| 2016 | 500.000[12] |
| 2017 | 670.000[13] |
| 2018 | 800.000[14] |
Externe links
Bronnen, noten en/of referenties
|
 |
Zie de categorie Solar panels van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp. |