Zo werkt een zonnepaneel

Door zonne-energie is er leven mogelijk op aarde, omdat alles groeit en bloeit onder invloed van de zon. De zon is een zeer grote en permanent beschikbare bron van energie. Door middel van zonnecellen en zonnepanelen kan op een duurzame wijze energie opgewekt worden. Maar hoe werkt een zonnepaneel nu eigenlijk?

Werking zonnepaneel

Over het algemeen zijn zonnecellen – en dus zonnepanelen – gemaakt van silicium (met lagen fosfor en borium). Van silicium moet een halfgeleider gemaakt worden, waarvoor aan de bovenkant een laagje fosfor en aan de onderkant een laagje borium wordt toegevoegd. Om dit geheel te beschermen worden twee glasplaten aan weerszijden van deze zonnecel geplaatst.

Zonlicht bevat UV-straling en zodra er zonlicht op een zonnecel (of paneel) valt komen er elektronen los uit de bovenste laag van het paneel onder invloed van deze straling. Er ontstaat vervolgens een elektrisch geladen veld op het grensvlak tussen de boven- en onderkant van het paneel, en door de ongelijke ladingverdeling kunnen de elektronen maar één kant op (van min naar plus). Hierdoor ontstaat een spanningsverschil tussen de twee kanten van het zonnepaneel. Wanneer vervolgens de bovenkant en de onderkant met een draad op elkaar aangesloten worden, zal er over die draad een stroom gaan lopen.

De spanning van één zonnecel is echter erg laag (ca. 0,5 Volt). Om deze reden worden in een zonnepaneel meerdere zonnecellen aan elkaar gekoppeld in serie, waardoor een spanning van rond de 24 Volt gelijkstroom ontstaat. Een omvormer kan er ten slotte voor zorgen dat deze spanning omgezet wordt naar 230 Volt wisselstroom waar de meeste elektrische – huishoudelijke – apparaten op werken.

Opbrengst

Een zonnepaneel van 250 Wattpiek (Wp) kan in Nederland circa 200 kilowattuur (kWh) per jaar aan elektriciteit opwekken. Een gemiddeld Nederlands huishouden gebruikt jaarlijks zo’n 3600 kWh, dus met achttien van dergelijke zonnepanelen zou een gemiddeld Nederlands huishouden zelfvoorzienend kunnen zijn qua elektriciteitsgebruik. De opbrengst is echter afhankelijk van het type paneel en daarnaast nog van een aantal andere factoren, zoals:

• Plaatsing: een paneel op het zuiden gericht is efficiënter dan een paneel dat op het noorden gericht is.
• Hellingshoek: een schuin geplaatst paneel is efficiënter dan een horizontaal of verticaal geplaatst paneel; idealiter wordt een zonnepaneel geplaatst onder een hoek van 20 tot 60 graden. Omdat in Nederland de meeste daken schuingeplaatst zijn, zijn deze uitermate geschikt om zonnepanelen op te monteren. Daarnaast is ook een lichte zijwaartse hellingshoek beter dan een panneel dat exact op het zuiden geplaatst is, een helling van 5 graden ten westen van het zuiden is de meest ideale hoek.
• Zoninstraling: Hoe zonniger het is, hoe groter de opbrengst. Hoewel zonnepanelen energie opwekken zodra er licht op valt, is de opbrengst wel degelijk groter wanneer er veel en sterk zonlicht op een paneel valt. In een zonniger jaar zal de opbrengst dus een stuk groter zijn dan in een jaar met een slechte zomer.
• Systeem: Het systeem kan aan het elektriciteitsnet gekoppeld worden en kan dan elektriciteit ‘terugleveren aan het net’ (salderen; zie onderstaand), maar dit is niet per se nodig. Het systeem kan namelijk ook los van het elektriciteitsnet staan (zelfvoorziening), in dergelijke gevallen speelt de grootte van de accu of batterij een rol qua opbrengst.
• Omvormer: Om de spanning van het systeem om te zetten in 230 Volt wisselstroom, zodat huishoudelijke apparaten er op kunnen werken, is een omvormer nodig. Hoe dichter de omvormer bij het systeem geplaatst wordt, hoe lager het verlies in rendement.
• Onderhoud: In principe zijn zonnepanelen zeer onderhoudsvriendelijk. Er hoeft nauwelijks onderhoud aan gepleegd te worden, maar voor het rendement is het aan te raden om zonnepanelen minimaal eenmaal per jaar schoon te maken.
• Ventilatie: Hogere temperaturen zorgen voor een lager rendement van de zonnepanelen. Goede ventilatie kan voorkomen dat de temperatuur rond het systeem te hoog oploopt en daarmee kan het rendement verhoogd worden.

Salderen

De meeste Nederlanders kiezen niet voor een op zichzelf staand systeem, maar voor een systeem dat aan het net gekoppeld wordt. Op deze manier kan de niet verbruikte stroom terug geleverd worden aan het elektriciteitsbedrijf. Dit wordt salderen genoemd.
Het grote voordeel van salderen is dat de zelf opgewekte (en terug geleverde) elektriciteit mag worden afgetrokken van de van het elektriciteitsbedrijf gekochte elektriciteit. Dus wanneer een huishouden 1000 kWh afneemt bij een elektriciteitsbedrijf (bijvoorbeeld om pieken op te vangen, of om ’s nachts te gebruiken) en zelf 300 kWh terug levert aan het net, hoeft men maar voor 700 kWh te betalen. Door middel van salderen kunnen huishoudens dus in wezen ook ’s nachts hun zelf opgewekte stroom gebruiken en het elektriciteitsbedrijf functioneert als een soort tijdelijke opslag (of accu).