Hoe werken zonnepanelen?
Hoe werken zonnepanelen? Een zonnepaneel vangt zonlicht op, en uit het stopcontact komt zonne-energie. Maar wat gebeurt er daartussen? Hoe verandert dat licht in elektriciteit? In dit artikel ontdek je hoe het licht van de zon in 5 stappen wordt omgezet naar groene elektriciteit.
Naast de werking van zonnepanelen lees je hier ook meer over de geschiedenis van de zonnecel, de samenstelling van een zonnepaneel, en de werking van verschillende soorten omvormers.
Extra info nodig?
Ontvang advies en een prijs op maat
Inhoud
Werking zonnepanelen systeem: hoe werkt zonne-energie?
Een zonnepaneel wekt zonne-energie op. Maar hoe gebeurt dat precies? Hieronder lees je meer over de precieze werking van zonnepanelen, en hoe zonne-energie benut kan worden.
Stap 1: het zonlicht raakt het zonnepaneel
De zon is een quasi onuitputtelijke bron van energie: naar schatting zal ze toch minstens voor de komende 5 miljard jaar in de hemel blijven hangen.
In België genieten we gemiddeld 4,7 uren zonlicht per dag, met hoge uitschieters in de zomermaanden, en diepe dalen in de wintermaanden.
Stap 2: zonnecellen zetten het licht van de zon om en wekken energie op: gelijkstroom
Een zonnepaneel bestaat uit zonnecellen. Die zonnecellen vangen het zonlicht op, en zetten het om in gelijkstroom. Eenvoudig uitgelegd zorgt de opbouw van de zonnecellen ervoor dat de elektronen in het zonnepaneel in actie schieten. Die beweging zorgt voor het opwekken van elektriciteit. Hoe dat precies gebeurt? Dat lees je hieronder.
Hoe werkt een zonnecel?
Fotovoltaïsche zonnepanelen bestaan uit siliciumcellen. Elke zonnecel bestaat uit 2 lagen. De ene laag heeft een positieve lading, de andere een negatieve lading.
Wanneer de zonnecel licht opvangt, komen elektronen los en ontstaat een elektrisch circuit. Daardoor ontstaat spanning tussen de twee lagen: gelijkstroom. Die gelijkstroom of gelijkspanning beweegt zich van de negatieve laag naar de positieve laag.
De warmte van de zon levert, zoals je ziet, geen bijdrage. Meer nog; hogere temperaturen gaan vaak gepaard met een lagere opbrengst!
Bij een temperatuurstijging van enkele graden boven de 25 graden Celsius gaat de werking van de meeste zonnepanelen er op achteruit. Ideale omstandigheden voor je zonnepanelen? Een zonnige maar niet al te hete dag.
Geschiedenis van de zonnecel
De Amerikaan Charles Fritts ontwikkelde de eerste zonnecel al in 1883. De zonnecel had een laag rendement, en zette maar 1 procent van het opgevangen zonlicht om in elektriciteit.
Zo’n 111 jaar later, in 1941, ontwikkelde Russel Ohl (ook van Amerikaanse bodem) de eerste siliciumcel. Iets meer dan 10 jaar (in 1954) later volgde de ontwikkeling van het eerste kristallijn silicium zonnepaneel. Het rendement van dat paneel was 4 keer groter dan dat van de zonnecel die Charles Fritts ontwikkelde: wel 4 procent.
Een rendement van 4 procent betekende helaas dat de zonnecellen nog geen echt rendabele energiebron waren. De eerste zonnepanelen werden wel al gebruikt in de ruimtevaart.
Beetje bij beetje werd er verder aan de technologie gesleuteld. Vandaag de dag hebben zonnepanelen een rendement van 15 tot meer dan 22 procent.
Stap 3: gelijkstroom loopt door het zonnepaneel
De fotovoltaïsche cellen worden in serie op elkaar aangesloten. De gelijkstroom die opgewekt wordt in de zonnecellen, beweegt zich van cel naar cel doorheen het paneel.
Ook de zonnepanelen zelf zijn in serie met elkaar verbonden. De stroom gaat dus van cel naar cel, en zo van paneel naar paneel.
Stap 4: de omvormer zet gelijkstroom om in wisselstroom
Gelijkstroom is op zich niet bruikbaar. Een elektrisch apparaat heeft er niets aan. Daarom zijn de zonnepanelen aangesloten op een omvormer.
Die zet de gelijkstroom om in bruikbare wisselstroom. De omvormer beschikt over een MPP-tracker die ervoor zorgt dat de zonnepanelen zoveel mogelijk energie kunnen opwekken.
Er zijn drie soorten omvormers.
1. De centrale omvormer of string-omvormer
De meeste zonnepaneelinstallaties werken met een centrale of string-omvormer. Zoals je hierboven las, zijn zonnepanelen in serie met elkaar verbonden.
Zo vormen ze een lange string. De gelijkstroom loopt van zonnepaneel naar zonnepaneel, en belandt uiteindelijk in de omvormer. Die vormt de gelijkstroom om naar wisselstroom.
Een systeem met een centrale string-omvormer brengt echter wat uitdagingen met zich mee. Als er schaduw op een van de zonnepanelen valt, produceert dat zonnepaneel geen of minder gelijkstroom. De gelijkstroom die de andere zonnepanelen in de serie opwekken, moet echter wel nog door dat beschaduwde zonnepaneel reizen.
Daarbij kan energie verloren gaan: het beschaduwde zonnepaneel absorbeert een deel van de gelijkstroom die de andere zonnepanelen opwekten.
2. Micro-omvormers
Om dat probleem op te lossen, werd de micro-omvormer ontwikkeld. Een installatie met micro-omvormers bestaat uit meerdere zonnepanelen die elk over hun eigen, persoonlijke omvormer beschikken.
Een beschaduwd zonnepaneel heeft dan geen invloed op de productie van de andere zonnepanelen. De gelijkstroom loopt rechtstreeks van het zonnepaneel naar de micro-omvormer, die ervoor zorgt dat de gelijkstroom wordt omgezet in wisselstroom.
3. Power optimizers
Nog een oplossing is het gebruik van power optimizers. Elk zonnepaneel is dan voorzien van zijn eigen MPP-tracker. Die MPP-tracker zorgt voor de optimale opbrengst van elk individueel zonnepaneel.
Elke power optimizer is aangesloten op de centrale omvormer. De gelijkstroom loopt hier dus ook richting een centrale omvormer.
Hoe werkt een omvormer? Andere functies
De omvormer wordt beschouwd als het brein van de zonnepaneelinstallatie. Een omvormer doet meer dan enkel het omzetten van gelijkstroom naar wisselstroom.
Een omvormer biedt bescherming tegen overspanning en houdt het de statistieken van de installatie bij. Met zijn MPP-tracker of -trackers waakt de omvormer over de efficiëntie van de energieproductie.
Een goed werkende omvormer is dus cruciaal voor een goede opbrengst. Omvormers gaan gemiddeld 10 jaar mee, en moeten dus sneller vervangen worden dan de zonnepanelen zelf. Micro-omvormers gaan overigens wat langer mee en hebben een levensduur van 25 tot wel 35 jaar.
Daarnaast is het ook belangrijk dat de omvormer een vermogen heeft dat past bij het totale vermogen van de zonnepaneelinstallatie.
Stap 5: de meterkast
Die bruikbare wisselstroom belandt niet meteen in je elektrische apparaten. Hij maakt nog een laatste stop in de meterkast. De omvormer is met een kabel verbonden aan de meterkast. Die kabel is aangesloten op een vrije groep.
Vanuit de meterkast wordt de bruikbare elektriciteit verdeeld over je woning. De elektriciteit doet je koelkast draaien, laadt je gsm op, of zorgt voor licht in de kelder.
Maar wat met de elektriciteit die je niet zelf verbruikt? Er zijn 2 opties.
Optie 1: Wisselstroom gaat naar het net (digitale meter)
Als je meer stroom opwekt dan je zelf verbruikt, wordt de resterende elektriciteit op het distributienet gezet. Vroeger kreeg je een vergoeding voor de stroom die je op het net zette. Sinds het uitrollen van de digitale meter en de afschaffing van de terugdraaiende teller is dat helaas niet langer het geval.
Optie 2: Wisselstroom wordt opgeslagen in de batterij
Nu de digitale meter er is, heeft het nog weinig zin om de overtollige elektriciteit weer op het net te zetten. Om zoveel mogelijk winst uit je zonnepanelen te halen, moet je dus zoveel mogelijk van je groene stroom zelf verbruiken.
Helaas zijn we lang niet allemaal thuis op het moment dat de zonnepanelen energie opwekken. Een beetje stroom houdt je koelkast draaiend, en met een slimme wasmachine kun je instellen dat die je was doet ook als je er zelf niet bent. Toch blijft er vaak nog best wat elektriciteit over.
Een thuisbatterij kan die overtollige stroom voor je opslaan. Als je ‘s avonds thuiskomt, gebruik je die opgeslagen energie en hoef je dus geen netstroom te gebruiken – en dus ook niet te betalen.
Werking oriëntatie of richting zonnepanelen
De opstelling van zonnepanelen is erg belangrijk. De juiste opstelling maakt een wereld van verschil wat de opbrengst van je installatie betreft.
Een van de belangrijkste factor is de oriëntatie of richting waarin de zonnepanelen geïnstalleerd worden. Die beïnvloedt hoeveel zon er op de zonnepanelen valt.
Meer zoninval betekent meer zonlicht dat de cellen om kunnen zetten in elektriciteit. Hoe beter het rendement van je installatie, hoe meer van het zonlicht het kan verwerken. Hoe hoger het vermogen, hoe meer stroom het kan opwekken. Het begint echter allemaal bij het zonlicht, en precies daarom is die oriëntatie zo belangrijk.
Voor de meeste daken zal een zuidelijke oriëntatie de beste optie zijn, indien het mogelijk is de zonnepanelen in die richting te installeren.
Hoe meer je de zonnepanelen richting het Noorden oriënteert, hoe minder zon de panelen opvangen, en hoe lager de opbrengst.
Hoewel een zuidelijke oriëntatie doorgaans ideaal is, is dat niet altijd mogelijk. Op een plat dak kan een zuidelijke oriëntatie bijvoorbeeld betekenen dat de zonnepanelen schaduw op elkaar werpen. Dat kan de opbrengst doen dalen. Een hellend dak kan dan weer west-oostelijk georiënteerd zijn.
Is jouw dak niet naar het Zuiden gericht? Geen paniek, ook dan is een zonnepaneelinstallatie mogelijk én rendabel. Een ervaren installateur zal bekijken wat mogelijk is op jouw dak en gaat op zoek naar de optimale opstelling.
Hoe worden zonnepanelen gemaakt?
Verschillende producenten maken en verkopen zonnepanelen. Het productieproces, en dus ook het uiteindelijke zonnepaneel, zal er bij elke producent net dat beetje anders uit zien.
Samenstelling van zonnepanelen
Een fotovoltaïsch zonnepaneel bestaat doorgaans uit 5 lagen.
- Een aluminium frame dat het zonepaneel bij elkaar houdt.
- Veiligheidsglas dat de zonnecellen beschermt.
- Silicium zonnecellen en contactpunten.
- Een plastic of glazen onderlaag.
- Een geïsoleerde, beschermende achterplaat.
De 2de, 3de en 4de laag worden aan elkaar gekleefd met speciale hars. Zo behoudt het zonnepaneel zijn structuur.
Kan ik stroom van zonnepanelen direct gebruiken?
Zonnepanelen wekken gelijkstroom op. Gelijkstroom is op zich niet bruikbaar, maar de omvormer zet de opgewekte stroom meteen om in wisselstroom. Die wisselstroom kun je wél meteen gebruiken, of opslaan in de thuisbatterij.
Hoe lang gaan zonnepanelen mee?
Zonnepanelen hebben een levensduur van gemiddeld 25 jaar. Na verloop van tijd zal het vermogen van een pv-installatie of zonnepaneel installatie echter wat dalen.
Bij de meeste producenten geldt voor de eerste 20 tot 25 jaar gelukkig een vermogensgarantie. Daarmee belooft de producent dat het paneel minstens een bepaald percentage (bijvoorbeeld 80 of 85 procent) van zijn oorspronkelijke vermogen behoudt gedurende de garantieperiode.
De mate waarin het vermogen van een zonnepaneel afneemt, wordt steeds kleiner. Nieuwere, modernere zonnepanelen gaan dus steeds langer mee én behouden daarbij hun vermogen. Daarbij komt ook dat nieuwere zonnepanelen van bij de meet een steeds hoger vermogen en een steeds hoger rendement hebben.
Populaire artikelen
Meer weten over hoe zonnepanelen werken? Stel je vraag en ontvang advies op maat
Is je dorst naar kennis nog niet gelest? Bij een ervaren installateur kun je al je vragen kwijt. Een specialist legt je met plezier uit hoe je zonnepanelen werken, welke factoren de opbrengst van je installatie beïnvloeden, en hoe je jouw zonnepaneelinstallatie optimaal benut.
Ben je op zoek naar een erkend installateur? Vul dan onderstaand formulier in. Je ontvangt niet enkel gratis en vrijblijvend advies van experts, maar ook offertes op maat. Zo kun jij snel en eenvoudig informatie inwinnen, prijzen vergelijken, en een zo voordelig mogelijke oplossing vinden voor jouw project!