Zonnepaneel

(Doorverwezen vanaf Zonnepanelen)

Een zonnepaneel, fotovoltaïsch paneel of PV-paneel is een paneel met aan elkaar gekoppelde fotovoltaïsche zonnecellen (ook PV-cellen genoemd), waarmee elektriciteit kan worden opgewekt. PV is de afkorting van het Engelse woord 'photovoltaic'.

Zonnepanelenpark in Nevada (Verenigde Staten)
Wim Sinke (UvA en ECN) over zonnepanelen - Universiteit van Nederland, 2017 (14 min.)
Natuurkundige Angèle Reinders (Universiteit Twente & TU Eindhoven) over zonnepanelen - Universiteit van Nederland, 2020 (11 min.)

Het zonnepaneel zet een deel van de fotonen uit het zonlicht om in elektriciteit. De zonne-energie die zo wordt opgevangen is een vorm van duurzame energie. Het vermogen van een PV-installatie wordt uitgedrukt in wattpiek (Wp), dat is de hoeveelheid energie die de panelen samen onder standaard-omstandigheden kunnen opwekken.

Zonnepanelen kunnen als netgekoppeld zonnestroomsysteem worden toegepast in het elektriciteitsnet, off-grid in net-onafhankelijke systemen voor energieopwekking in afgelegen gebieden, in losse apparaten die zijn voorzien een aantal zonnecellen en ook 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.

Bouw en werkingBewerken

  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 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.

PV-systemen kunnen ook worden gemaakt met behulp van 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 siliciumcellenBewerken

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.

VerschijningsvormenBewerken

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.
Panoramisch zicht op het solar park van Cariñena, Zaragoza, Spanje.

ToepassingBewerken

Verschillende toepassingen voor zonnepanelen zijn:

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

Off-grid of autonome toepassingBewerken

  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 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.

RuimtevaartBewerken

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 verbruikBewerken

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 zonnestroomsysteemBewerken

  Zie Netgekoppeld zonnestroomsysteem voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

In Nederland en België worden de meeste zonnepanelen via een omvormer (inverter) aan het elektriciteitsnet gekoppeld. Overtollige energie kan dan via het net worden verdeeld. Via de energieleverancier wordt hiervoor een vergoeding per kilowatt gegeven.

ZonneparkenBewerken

Steeds meer wordt zonne-energie collectief opgewekt in zonneparken, ook wel zonneweiden genoemd. Deze bestaan uit een groot aantal zonnepanelen. Meestal zijn ze gekoppeld aan het elektriciteitsnet.

In november 2019 werd een proef gestart met drijvende panelen op de Noordzee. Ook in Indonesië en Vietnam staan (stand 2020) projecten op stapel voor zonnevelden op water, hierbij gaat het om meren. Ook een drijvende zonneweide op het IJsselmeer zou overwogen kunnen worden.[1]

OpbrengstBewerken

 
Een elektriciteitsnet met een hoog percentage aan hernieuwbare energiebronnen heeft over het algemeen een flexibelere opwekking nodig in plaats van basislastcentrales

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).

Optimale opstellingBewerken

De optimale opstelling van zonnepanelen wordt door een complex aan factoren bepaald. Wanneer (zonne)licht loodrecht op een paneel valt, wordt de meeste stroom geproduceerd, al wordt dit minder naarmate het paneel warmer wordt. Uit economische en technische overwegingen worden panelen veelal vast gemonteerd. Daarbij wordt meestal een richting gekozen die, over het jaar gemiddeld, de meeste stroom oplevert. De meeste stroom wordt dan dagelijks rond de middag geproduceerd. Aangezien niet alle stroom op dat moment verbruikt wordt, kan voor een andere positie worden gekozen, bijvoorbeeld richting oosten en westen. Het verlies aan opbrengst is daarbij beperkt. Het stroomnet kan rond de middag overbelast raken, de panelen worden dan automatisch uitgeschakeld volgens de voorschriften van de netbeheerder.[2]

InstallatieBewerken

De opbrengst van de zonnepanelen is mede afhankelijk van het toegepaste PV-systeem. Van belang is de plaatsing van de panelen, de keuze van de omvormer en de toepassing van optimizers en eventuele opslagsystemen.

De gelijkstroom van zonnepanelen wordt doorgaans omgezet in wisselstroom. Doordat de omvormer verliezen veroorzaakt is de capaciteit van de omvormer mede bepalend voor de effectieve opbrengst. In de praktijk wordt deze veelal zo gekozen, dat de maximale produktie van de panelen niet benut wordt, ten gunste van een beter rendement bij een lagere produktie van de panelen.

MontageBewerken

Op daken versus op de grondBewerken

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 richting de evenaar) 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]

Indak versus opdak zonnepanelenBewerken

Er zijn hoofdzakelijk twee verschillende soorten systemen om zonnepanelen op het dak te plaatsen. Het indak systeem en het meer bekendere opdak systeem. Het indak systeem ziet er wat netter uit maar kan sneller brand veroorzaken wanneer de installatie niet nauwkeurig verloopt. De zonnepanelen liggen namelijk vlak boven de isolatie en er is minder ruimte voor luchtcirculatie. Dit in tegenstelling tot het opdak systeem.

Onderhoud, levensduur en milieu-impactBewerken

Vervuilde zonnepanelen verlagen de opbrengst ervan, echter is het oppervlak van de zonnepanelen - afhankelijk van omgevingsfactoren - relatief onderhoudsarm. Schuin liggende zonnepanelen spoelen veelal grotendeels schoon door de regen en eventueel kan met een periodieke schoonmaakbeurt aanslag worden verwijderd. Zonnepanelen worden soms voorzien van een nanocoating: een vuilafstotende laag waardoor het licht minder snel geblokkeerd wordt door mogelijk vuil.

Leveranciers van zonnepanelen stellen dat de technische levensduur van zonnepanelen rond de 25 jaar bedraagt. Het Kiwa schat dat de helft van de zonnepanelen de levensduur van 20-25 niet haalt.[4] De praktische levensduur ligt volgens onderzoek dichter bij 17 jaar.[5] De gemiddelde leeftijd van de omvormer ligt rond de 10 à 15 jaar.[6]

Mechanische schade kan ontstaan door inslag van bliksem, vallende voorwerpen, hot spots of storm. Bij brand kan dit door rondvliegende glassplinters grote gevolgen hebben voor het milieu en de leefomgeving[7] en economische schade[8] opleveren.

Anno 2021 is goede recycling van zonnepanelen nog niet mogelijk, omdat ze zijn opgebouwd uit verschillende lagen die versmolten zijn. Door die versmelting kunnen de verschillende materialen niet meer goed worden gescheiden, en alleen worden hergebruikt in laagwaardige toepassingen, en niet in nieuwe zonnepanelen.[9] Zonnepanelen worden op kleine schaal gerecycled. Voor panelen uit Nederland vindt dat alleen plaats in Duitsland en België.[10] Het grootste deel van zonnepanelen bestaat uit gemakkelijk te recyclen glas (dat voornamelijk bestaat uit de stof silica of siliciumdioxide, dat weer wordt gemaakt van zand) en elektroden van metaal[11], maar een van de problemen bij het recyclen is dat zonnepaneelproducenten de zonnecellen in een transparante lijmlaag inpakken om ze te beschermen - wat effectieve recycling weer moeilijker maakt.[12] De verwerkte mineralen en kritieke metalen die voor efficiënte energieproductie zorgen van een zonnepaneel zijn niet terug te winnen.[10] De zonne-energiesector maakt op grote schaal gebruik van silicium waardoor zij bijdraagt aan uitputting van de bodem.[10]

SubsidiëringBewerken

NederlandBewerken

In Nederland kunnen particulieren bij plaatsing van zonnepaneelsystemen bij de belastingdienst de btw terugvragen. Verder geldt ook (nog) de salderingsregeling waarbij het geleverde aantal kilowattuur aan het net wordt verrekend met het afgenomen aantal kilowattuur. Deze blijft geldig tot (minimaal) 2023.[13] 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 kilowatturen 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.

BelgiëBewerken

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 terugdraaien van de kWh-meter er automatisch een salderingsregeling is.[14]

CO2-uitstootreductie NederlandBewerken

Nederland heeft in 2020 het doel om de totale CO2-emissie met 25% te reduceren ten opzichte van het jaar 1990.[15] Volgens een onderzoek uit 2018 kan het plaatsen van zonnepanelen op elk geschikt dak in Nederland de aan elektriciteitsproductie gerelateerde CO2-uitstoot met 63% verminderen, wat zal resulteren in een totale CO2-uitstootreductie van 20%. Op basis van het huidige Nederlandse energieverbruik en productie zal het aandeel van energie uit hernieuwbare bronnen 16% bedragen.[16]

Aantallen zonnepanelen in NederlandBewerken

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.[17]

Aantallen
Jaar Aantal huizen met zonnepanelen
2015 400.000[18]
2016 500.000[19]
2017 670.000[20]
2018 800.000[21]
2020 1.000.000[22]
2021 1.500.000[23]

Zie ookBewerken

ReferentiesBewerken

  1. Winterstormen krijgen de zonnepanelen op de Noordzee niet kopje onder. Trouw, 11 maart 2020
  2. Spanningsproblemen met zonnepanelen voorkomen.   Netbeheer Nederland, 2021. via
  3. Zonnepark zo groot als provincie Utrecht kan Nederland voorzien van stroom, Algemeen Dagblad, 17 juli 2017
  4. Joop Bouma, Zorg om kwaliteit zonnepanelen 'Helft haalt de twintig jaar niet...'. Trouw (20 februari 2013). Gearchiveerd op 9 juli 2021. Geraadpleegd op 1 juli 2021.
  5. Ferroni, F. e.a. (2016) Energy Return on Energy Invested (ERoEI) for photovoltaic solar systems in regions of moderate insolation in Energy Policy Volume 94, juli 2016, p. 336–344
  6. Peter van der Wilt, Terugverdientijd zonnepanelen, Consumentenbond, 9 april 2021. Geraadpleegd 1 juli 2021.
  7. Merlin Mulder, Zorgen om gras vol splinters zonnepaneel na brand bij bollenbedrijf 'Dit is voor ons ook nieuw', Noordhollands Dagblad, 3 augustus 2020. Geraadpleegd 6 augustus 2020.
  8. Energietransitie levert ook nieuwe problemen op: boerin Hillie kreeg glas van zonnepanelen in haar weiland en kan de schade niet verhalen, EenVandaag, 22 juni 2021. Geraadpleegd 1 juli 2021.
  9. Recycling van zonnepanelen moeizaam NRC, 4 december 2021
  10. a b c Frank Straver, Afgedankte zonnepanelen: Als zonnepanelen worden afgedankt veroorzaken ze nu nog een nieuwe afvalstroom, tot de recycling verbetert, Trouw, 21 juni 2021. Geraadpleegd 1 juli 2021.
  11. Roos van Tongeren, Hoe circulair is een zonnepaneel?, TU Delft, april 2018. Geraadpleegd 6 augustus 2020.
  12. Olaf van Miltenburg, 'Zonnepanelen leiden tot afvalberg door slechte recycleerbaarheid', Tweakers, 19 april 2019. Geraadpleegd 6 augustus 2020.
  13. Salderingsregeling zonnepanelen verlengd. milieucentraal.nl (26 april 2019). Gearchiveerd op 24 september 2019. Geraadpleegd op 28 mei 2019.
  14. zonnepanelenenergie.be
  15. Ministerie van Economische Zaken en Klimaat, Kabinet neemt extra maatregelen voor CO2-reductie. Rijksoverheid (9 december 2020). Gearchiveerd op 8 maart 2021. Geraadpleegd op 18 februari 2021.
  16. (en) State of the State report: Solar panels could provide half of Dutch electricity demand, Deloitte, maart 2018
  17. Derde van de Nederlanders wil graag zonnepanelen. Algemeen Dagblad (9 juli 2018 2018). Gearchiveerd op 22 maart 2019. Geraadpleegd op 22 maart 2019.
  18. 400.000 huizen met zonnepanelen: hoe kom je er bij?. Milieucentraal.nl (juli 2016). Gearchiveerd op 3 mei 2019. Geraadpleegd op 22 maart 2019.
  19. 25% meer woningen met zonnepanelen. energieplus.nl (9 oktober 2017). Gearchiveerd op 22 maart 2019. Geraadpleegd op 22 maart 2019.
  20. Juli recordopbrengst zonnepanelen. Milieucentraal.nl (1 augustus 2018). Gearchiveerd op 24 september 2019. Geraadpleegd op 22 maart 2019.
  21. 2019 topzomer voor zonnepanelen. Milieucentraal.nl (25 september 2019). Gearchiveerd op 26 september 2019. Geraadpleegd op 26 september 2019.
  22. Snelle groei zonnepanelen zet door: 'Als je ze niet hebt ben je dief van je eigen portemonnee’. Algemeen Dagblad (8 mei 2020). Gearchiveerd op 23 augustus 2021. Geraadpleegd op 7 september 2021.
  23. Aantal huishoudens met zonnepanelen blijft groeien. NU.nl (30 augustus 2021). Gearchiveerd op 30 augustus 2021. Geraadpleegd op 7 september 2021.

Externe linksBewerken

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