Hoe werken zonnepanelen?

Zonnepanelen iets voor jou?

Advies op maat Denk je erover om zonnepanelen te kopen? Check of jouw dak geschikt is en wat zonnepanelen je kosten en opleveren. Doe de check
De zon straalt een oneindige hoeveelheid energie naar de aarde. Zonnepanelen zetten een beetje daarvan om in stroom. Hier lees je hoe dat gaat.

In 1839 ontdekte de Franse natuurkundige Becquerel het zogeheten photovoltaïsch effect: dat je stroom kunt opwekken uit zonlicht. In de meeste zonnepanelen gebeurt dat nu met het mineraal silicium.

Energie van de zon maakt elektronen los uit het silicium. Die hebben een negatieve lading. Het gevolg is dat in een zonnecel elektrische spanning ontstaat. Door meerdere zonnecellen achter elkaar te schakelen in een paneel gaat er stroom lopen.

Zonnepanelen hebben niet per se direct of fel zonlicht nodig om stroom op te wekken. Ook op een bewolkte dag wekken zonnepanelen stroom op.

Schaduw bepaalt de opbrengst

Schaduw verlaagt de opbrengst van je zonnepanelen. In een overschaduwde cel loopt namelijk minder stroom. En doordat zonnecellen in serie zijn geschakeld, kan de opbrengst niet hoger zijn dan de 'zwakste schakel'.

Zogeheten bypass diodes verminderen dit opbrengstverlies. Ze slaan een overschaduwde cel tijdelijk over. Een systeem heeft meestal drie bypass diodes. En elke bypass diode schakelt een derde van het zonnepanelensysteem uit, waardoor het een derde minder stroom opwekt. Daarom is het belangrijk om schaduw te vermijden.

Oplossing: micro-omvormers of power-optimizers

Is schaduw onvermijdbaar? Dan kun je micro-omvormers gebruiken. Elk paneel krijgt dan zijn eigen omvormer, die voorkomt dat het hele systeem minder stroom opwekt door één beschaduwd paneel.

Je kunt opbrengstverlies door schaduw ook tegengaan door aan elk afzonderlijk paneel een Maximum Power Point-tracker te koppelen (ook wel MMP of power optimizer genoemd). Een power optimizer is een klein kastje dat een optimale verhouding regelt tussen de stroom en de spanning van het zonnepaneel. Hiermee benut je de opbrengst van het zonnepaneel maximaal. In sommige zonnepanelen zijn power optimizers geïntegreerd. Ze zijn meestal goedkoper dan micro-omvormers.

Belangrijk hoe je huis eruit ziet? Overweeg dummypanelen

Rond een schoorsteen, rookkanaal of dakkapel kun je ook een dummy-paneel leggen. Zo'n paneel ziet eruit als een zonnepaneel maar levert geen stroom. Dummy-panelen zorgen voor een rustiger beeld op je dak, zodat de zonnepanelen minder opvallen. Kijk voor meer tips en foto's op Hoe geschikt is je dak?

Watt? Watt-piek!

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

Zo'n 95 procent van de zonnepanelen op de Nederlandse markt zijn siliciumpanelen. Ze zijn zwart (monokristallijn silicium) of blauw (polykristallijn silicium). Tegenwoordig komen er op woningen bijna altijd zwarte panelen, omdat bewoners die mooier vinden. De opbrengst van blauwe en zwarte zonnepanelen is ongeveer gelijk. Blauwe zonnepanelen 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.

Dunne-filmpanelen: flexibel

Naast siliciumpanelen zijn er ook dunne-filmpanelen. Deze kunnen indirect zonlicht beter omzetten in stroom. Dunne-filmpanelen wekken daardoor meer stroom op bij bewolking en op daken met een minder ideale hellingshoek, dan siliciumpanelen. Dunne-filmpanelen zijn daarnaast flexibel; al komen ze bij gebruik op daken meestal wel in een vast frame te liggen. En per vierkante meter zijn deze panelen goedkoper. De verwachtingen van verdere ontwikkelingen van dunne-filmpanelen zijn hoog.

Hogere temperatuur: lagere opbrengst

Bij hogere temperaturen wekken zonnepanelen minder stroom op. Voor elke 10 graden temperatuurstijging daalt de stroomopbrengst met ongeveer 4,5 procent. Daarom is het belangrijk dat er lucht achter de zonnepanelen kan stromen; de temperatuur kan dan niet te hoog oplopen.

Hoe meer licht er op de zonnepanelen valt, des te warmer wordt ook de omvormer. Maar als die te warm wordt, daalt de efficiëntie. Daarom is het slim om de omvormer te plaatsen op een plek met voldoende vrije luchtstroom eromheen.

Vermogen neemt geleidelijk iets af

In de loop van de tijd neemt de opbrengst van zonnepanelen iets af. Leveranciers garanderen meestal dat de zonnepanelen na 25 jaar nog 80 procent van hun oorspronkelijke vermogen leveren. Milieu Centraal houdt hier rekening mee in berekeningen van de kosten en baten van zonnepanelen.

Omvormer: hart van het systeem

Man monteert omvormer. De omvormer vormt het hart van het systeem van zonnepanelen.

De omvormer zet de gelijkstroom van je zonnepanelen om in de wisselstroom van het elektriciteitsnet. Een omvormer heeft één of meer Maximum Power Point Trackers (MPPTs). Die zorgen ervoor dat je zonnepanelen zo veel mogelijk stroom produceren als mogelijk is bij de lichtintensiteit en temperatuur van dat moment.

Plaats de omvormer het liefst dichtbij de panelen. Als de omvormer ver weg staat, verlies je wat stroomopbrengst. De omvormer kan enig geluid maken, zoals tikken bij opstart of zachtjes zoemen. Sommige mensen vinden dat vervelend.

Zonnepanelen sluit je in serie aan op een omvormer. Bij grotere systemen worden meer serieschakelingen (strings) 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 micro-omvormer kost zo'n 120 euro. Zonnepanelen met micro-omvormers zijn daardoor duurder in aankoop. Bij 10 zonnepanelen zijn de meerkosten ongeveer 1.200 euro. Daar staat tegenover dat micro-omvormers wel zo'n 25 jaar meegaan. Ter vergelijk: een centrale omvormer moet je na ongeveer 12 jaar vervangen, en dat kost ook zo'n 1.200 euro. Per saldo is een systeem met micro-omvormers dus niet duurder. Een ander voordeel van micro-omvormers is dat ze de kans op brand verminderen, doordat er minder stroom loopt door de kabels op het dak.

Duurzaamheid van zonnepanelen

Voor het maken en afdanken van zonnepanelen is energie nodig, die grotendeels uit fossiele brandstoffen komt. Dat levert CO2-uitstoot op. Maar stroom opgewekt met zonnepanelen veroorzaakt veel minder CO2-uitstoot dan stroom uit fossiele brandstoffen. Dat geldt ook voor zonnepanelen uit China. En de komende jaren gaat de CO2-uitstoot van zonnepanelen verder omlaag. Daarom zijn zonnepanelen duurzaam.

Opbrengst zonnepanelen per maand

Hoeveel stroom zonnepanelen opwekken, verschilt per maand. Dat komt omdat er in Nederland in het voorjaar en de zomer meer zonuren zijn dan in de herfst en de winter. De zonnestraling is in de zonnige maanden ook sterker. Zonnepanelen wekken daardoor in de zomermaanden de meeste stroom op.

Ook regionale verschillen

Ook regionaal zijn er duidelijk verschillen in stroomopbrengst van zonnepanelen. In het westen van Nederland is schijnt de zon intensiever dan in het oosten. Dit kan zorgen voor een verschil in opbrengst tot wel 10 procent.

Bron: KNMI

Nieuwe technieken

Technische verbeteringen aan zonnepanelen zorgen voor hogere stroomproductie, minder benodigde grondstoffen en verbeterde recycling. Die ontwikkelingen zorgen ervoor dat de hoeveelheid CO2 die vrijkomt tijdens de levensduur van zonnepanelen de komende jaren gaat dalen. Zonnepanelen worden dus steeds duurzamer.