Contents
  1. Techniek

Techniek

De werking van zonnepanelen

Zonlicht bestaat uit lichtdeeltjes, ook wel fotonen genoemd. Deze fotonen hebben zowel deeltjeseigenschappen als golfeigenschappen. Fotonen hebben een bepaalde energie die afhangt van de golflengte; hoe korter de golflengte hoe groter de energie van het lichtdeeltje.
De meeste zonnepanelen zijn opgebouwd uit zonnecellen die in serie zijn geschakeld. De spanning die de afzonderlijke zonnecellen opwekken wordt dan bij elkaar opgeteld. Een zonnecel wekt ongeveer 0,7 Volt op maar bij elkaar kan het hele paneel van 60 zonnecellen wel 42 Volt opwekken. Zonnecellen worden gemaakt van een halfgeleider, vandaag de dag meestal silicium, want dat is relatief goedkoop. Het kan worden gewonnen uit zand. Bovendien hebben zonnepanelen met zonnecellen van silicium een relatief hoog rendement, want een groot deel van de energie van de lichtdeeltjes wordt omgezet in elektrische energie, tot wel 17%.
Een silicium atoom heeft 4 elektronen in de buitenste schil die allemaal een covalente binding aangaan met een elektron van een naburig silicium atoom. Zo ontstaat een kristal van zuiver silicium dat een elektrische stroom slecht geleid, maar altijd nog iets beter dan een echte isolator zoals glas. Silicium is daarom een zogenaamde halfgeleider. Afhankelijk van het productieproces kristallizeert het silicium ofwel tot één groot cylindervormig kristal ofwel tot vierkante staven van meerdere kleine kristallen. Hiervan worden dan dunne plakjes gezaagd met een dikte van ongeveer 0,25 mm ook wel wafers genoemd. Zonnecellen gemaakt van de plakjes van één groot kristal worden mono-kristallijne zonnecellen genoemd, zonnecellen van gemaakt van de staaf met meerdere kristallen worden poly-kristallijne zonnecellen genoemd. De plak wordt aan één kant in een oven bestookt met boor in gasvorm en aan de andere kant met fosfor in gasvorm (het silicium wordt gedoteerd). Boor heeft drie elektronen in de buitenste schil (valentieëlektronen) en fosfor vijf. De booratomen vinden een plek in het kristalrooster, maar 1 elektron van een naburig atoom blijft ongebonden. Hierdoor onstaat een zogenaamd gat. Dit type gedoteerd silicium wordt het P-type silicium genoemd of een P-gebied.

P-type Silicium
P-type silicium

De fosforatomen zullen ook een plek in het kristalrooster zoeken, maar één van de vijf elektronen kan niet worden gebonden door de naburige silicium atomen en blijft over. Het is een vrij elektron dat zich makkelijk door het kristal heen kan bewegen. Dit wordt het N-type silicium genoemd.

N-type Silicium
N-type silicium

Het P-type en het N-type silicium geleiden de stroom veel beter dan puur silicium vanwege de vrije elektronen en gaten.
Gaten zijn positief geladen en elektronen zijn negatief geladen. Ze trekken elkaar aan. In het midden van de plak ontmoeten de gaten en vrije elektronen elkaar. Ze combineren met elkaar en er ontstaat een neutraal gebied. Doordat het P-gebied gaten heeft geleverd en het N-gebied elektronen, raakt de P-gebied hierdoor negatief geladen en het N-gebied positief geladen. Er onstaat dan een elektrisch veld binnen de silicium plak, dat verdere combinaties tussen gaten en elektronen tegenwerkt.
Als nu een foton de silicium plak binnendringt wordt de energie daarvan geabsorbeerd. Deze energie veroorzaakt de creatie van gat-elektron paren. Door het elektrische veld worden de gaten naar het P-gebied gedreven en de elektronen naar het N-gebied. Er ontstaat daardoor een elektrische spanning. Als de elektrode aan de kant met het P-gebied elektrisch wordt verbonden met de elektrode aan de kant van het N-gebied zal er een stroom gaan lopen. Dit is het werkingsprincipe van de zonnecel.

Zonnecel
Zonnecel

Werking van de omvormer

De omvormer moet een aantal taken uitvoeren. De belangrijkste zijn:
– de gelijkstroom (Direct Current of DC) zoals geleverd door de zonnepanelen omzetten in wisselstroom (Alternating Current of AC), zodat het gebruikt kan worden in huis en teruggevoerd kan worden naar het elektriciteitsnet
– zorgen dat de gegeneerde sinusgolf de juiste vorm heeft en in de pas loopt (in fase is) met het net
– het gegeneerde elektrische vermogen zo goed mogelijk maximaliseren
– monitoren hoeveel kilowattuur (kWh) er wordt opgewekt.
Verder heeft hij beveiligingsfuncties, zo moet de omvormer bijvoorbeeld uitschakelen zodra de spanning van het net valt. Een elektricien die in dat geval komt kijken rekent er immers niet op dat er toch nog spanning op de bedrading staat.
Het hart van de omvormer bestaat uit een schakeling die de H-brug wordt genoemd vanwege de gelijkenis van het schema met de letter “H”.

H-brug

Eenvoudig voorbeeld van een H-brug
In het bovenstaande schema met 4 transistors kan van gelijkstroom een blokgolf worden gemaakt. De transistors doen hier dienst als aan/uit-schakelaars. Door het beurtelings in en uitschakelen van transistor 1 en 4 en dan weer 2 en 3 wordt de blokgolf gegeneerd. Eerst worden 1 en 4 ingeschakeld en 2 en 3 staan uit, dan worden alle transistors uitgeschakeld, vervolgens worden 3 en 4 ingeschakeld en 1 en 4 staan uit, als laatste worden alle transistors uitgeschakeld. Deze cyclus herhaalt zich en zo ontstaat de blokgolf.
Met een laagdoorlaatfilter (een grote condensator) kan van de blokgolf een sinusgolf worden gevormd. Op bovenstaand schema zijn natuurlijk talloze verbeteringen mogelijk en omvormerfabrikanten hebben dat ook gedaan. In plaats van transistors kunnen andere actieve componenten gebruikt worden en inductieve spanningspieken kunnen worden afgevlakt met anti-parallelle diodes, golven die meer lijken op een zuivere sinus kunnen worden gegenereerd, etc.
Merk op dat in het bovenstaande schema het spanningsverschil tussen piek en dal van de blokgolf nooit groter dan 2 maal de ingaande spanning kan worden. Aangezien het net 220 volt nodig heeft is er dus een minimale spanning die door de zonnepanelen moet worden opgewekt, waaronder de omvormer niet voldoende wisselspanning kan leveren. Ontwerpen met een transformator erin kunnen in principe een lagere startspanning aan, maar die hebben weer andere nadelen zoals grotere verliezen en meer geluidsproductie.
Een omvormer heeft ook onderdelen die zijn ontworpen op een bepaalde maximum spanning, zoals condensators. Er is dus altijd een bepaald spanningsgebied waarbinnen de omvormer goed functioneert. Een omvormer moet daarom correct worden gekozen bij het aantal panelen van het zonnestroomsysteem.
Het deel van de omvormer dat het maximaal te genereren vermogen opzoekt wordt de Maximum Power Point Tracker (MPPT) genoemd.
Als we de stroom die door een zonnepaneel wordt opgewekt laten verbruiken door een variabele weerstand (load) dan kunnen we in een grafiek de stroom uitzetten tegen de spanning, de zogenaamde I-V curve.

Zonnepaneel met load

Dan krijgen we een grafiek die er als volgt uit ziet:

I-V curve

Het elektrisch vermogen dat door de load wordt opgenomen is gedefinieerd als
P = I * U
Hierin staat I voor de stroom in ampère (A) die door het elektrisch circuit loop en U voor de spanning in volt (V) over een onderdeel.
Het opgewekte vermogen als functie van de spanning heeft een duidelijk maximum, het Maximum Power Point (MPP).

P-V curve

Het maximale vermogen dat een paneel kan leveren is o.a. afhankelijk van de temperatuur. Hoe lager de temperatuur des te hoger de spanning die het paneel levert. Door variaties in de temperatuur van het paneel, een wolk die voor de zon schuift, de verandering van de stand van de zon, een schaduw die plotseling op een paneel valt e.d. verandert ook de plaats van het MPP. De omvormer moet dan zijn interne weerstand wijzigen om weer het optimale vermogen uit de panelen te halen. Dit doet de MPPT, die bestaat uit een combinatie van een stuk elektronica en een stuk software met een slim algoritme.
Een belangrijk kwaliteitskenmerk van een omvormer is zijn efficiency. Deze wordt berekend als:
η = (Puit/Pin) * 100%
Hierin staat η voor de efficiency, Pin voor het ingaand vermogen (DC kant) en Puit voor het uitgaand vermogen (AC kant) van de omvormer. Hoe dichter dit getal bij de 100% komt hoe beter de efficiency van de omvormer.

Monitoring

Voor het monitoren van de hoeveelheid opgewekte kWh heeft de omvormer een apart functieblok. Deze bevat vaak een geheugen, zodat er statistieken bijgehouden kunnen worden zoals de totale opgewekte energie sinds de inbedrijfsname, van de laatste maand en van de dag zelf, de hoeveelheid CO2 die daardoor werd uitgespaard e.d. De omvormers die Zie Het Zonnig voert kunnen deze gegevens doorgeven aan een server op het internet, waarna de gebruiker ze kan benaderen via een browser op zijn computer of een app op zijn mobiele telefoon. Hiervoor moet de omvormer een internet toegang krijgen. Dit kan door een ethernetkabel erop aan te sluiten, maar dan moet er een extra kabel worden getrokken naar de omvormer. Het aansluiten op het internet gaat makkelijker als de omvormer is uitgerust met een WiFi-adapter, zoals de meeste modellen van Omnik.

Monitoring1
Omnik Portal

De installatie

Wij zoeken voor u uit hoeveel panelen optimaal zijn voor uw huis en adviseren u daarover. We maken een legplan en ontwerp op maat welke deel uit maakt van de offerte. Het aanzicht en de netheid zijn uiteraard belangrijk voor al onze klanten maar ook voor Zie Het Zonnig, omdat we iedere klant als een visitekaart van ons bedrijf beschouwen.
We komen op de afgesproken dag uw zonnestroomsysteem installeren. De zonnepanelen en de omvormer worden geplaatst en uw zonnestroomsysteem wordt aangesloten op de meterkast. We leveren hierin kwaliteit op maat. Onze elektricien bespreekt met u hoe de kabel van de omvormer naar uw meterkast dient te lopen en zorgt ervoor dat het netjes gebeurt. Wij leveren uw zonnestroom systeem getest en werkend op en na onze komst kunt u genieten van uw eigen groene stroomproductie.
Zie Het Zonnig is VCA VOL gecertificeerd. Dit betekent dat we altijd voldoende maatregelen nemen voor de veiligheid en waar mogelijk gebruiken we een steiger. We aarden ook altijd het hele systeem en de behuizing van de zonnepanelen. Dit is nodig volgens de NEN1010-normen. Sommige installateurs doen dit echter niet, omdat het wettelijk niet verplicht is.
We gebruiken uitsluitend A-merk montagesystemen: ClickFit (schuine daken), Schletter (zowel schuin als plat), Ubbink (platte daken). Vooraf bepaalt onze specialist middels een bezichtiging welk montagemateriaal geschikt is voor uw dak.

Het effect van schaduw

De stroomproductie van een zonnepaneel is sterk afhankelijk van de hoeveelheid licht die erop valt. Bij zonnig weer wordt er meer stroom opgewekt dan bij bewolkt weer. Toch levert een zonnepaneel wel degelijk stroom bij bewolkt weer. De opgewekte spanning is weer sterk afhankelijk van de temperatuur. Hoe warmer het weer des groter de interne elektrische weerstand van de zonnecellen. Hoe kouder het paneel des te hoger de opgewekte spanning.
Een schaduw is wel heel nadelig voor de opbrengst van het paneel. Laten als voorbeeld een keten (string) van 6 zonnecellen in serie beschouwen. Zelfs als slechts 1 zonnecel in de schaduw ligt, dan wordt de opgewekte stroom van de hele string daardoor omlaag gehaald.

Zonnecellen zonder schaduw
Zonnecellen met schaduw

De ene zonnecel in de schaduw gaat nu geen elektrische energie genereren. Hij gaat zich gedragen als een extra elektrische weerstand in de keten. Hij wordt warm en gaat elektrische energie dissiperen in plaats van opwekken.
Daarom worden de meeste zonnepanelen voorzien van by-pass diodes. Vaak zijn dit er 3, nl. 1 by-pass diode voor een string van 20 zonnecellen.
Ter illustratie zijn in het schema hieronder zijn twee by-pass diodes gebruikt, elk voor een string van 3 zonnecellen.

Zonnecellen met schaduw en bypass diodes

De stroom loopt langs de string met de zonnecel in de schaduw heen. Hierdoor wordt nu slechts ongeveer de helft van het normale elektrische vermogen opgewekt, maar de stroom blijft wel bijna gelijk aan de stroom in de situatie zonder schaduw. Dit levert toch wel meer vermogen op dan zonder de by-pass diodes.

I-V curve met diodes

I-V curves van paneel met twee strings van elk 18 zonnecellen, met en zonder by-pass diodes
De rode grafiek is de normale curve in een situatie zonder schaduw. De paarse grafiek is de situatie zonder by-pass diodes, maar met 1 zonnecel in de schaduw. De groene grafiek representeert de stituatie van 1 zonnecel in de schaduw, waarbij die string van 18 zonnecellen waar de cel in de schaduw deel van uit maakt wordt gepasseerd door een diode.

P-V curve met diode

De bijbehorende vermogens curves. De rode curve is de normale situatie zonder schaduw, de paarse curve is de met schaduw, maar zonder by-pass diodes. Zie hoe het vermogen hier met ongeveer een factor 5 inzakt doordat 1 zonnecel in de schaduw ligt. De groene grafiek is de situatie met schaduw, maar met by-pass diodes. De groene curve heeft twee maxima! Een globaal Maximum Power Point (MPP) bij ongeveer 7 V en een locaal MPP bij ongeveer 16 V. Een goede omvormer zal overigens altijd het globale maximum vinden. Sommige types blijven echter steken in het locale maximum, waardoor veel vermogen verloren gaat.

Hellingshoek en oriëntatie

rendement

De ideale hellingshoek voor zonnepanelen is ongeveer 37 graden in Nederland. De beste oriëntatie is pal gericht op het zuiden. Tussen zuidoost en zuidwest is echter prima. Een hellingshoek tussen 20 graden en 60 graden is heel goed. Het donkergroene gebied in de grafiek is de best mogelijke combinatie van hellingshoek en oriëntatie.

Veel gestelde vragen

Zijn mijn zonnepanelen verzekerd?

Als u een opstalverzekering heeft afgesloten vallen de panelen daar meestal ook onder, vaak zonder extra kosten.  Neem contact op met uw verzekeraar om na te gaan of dit ook zo is.

Hoe lang gaan de zonnepanelen mee?

Het rendement van alle zonnepanelen daalt enigszins in de loop der jaren. Onze merken zonnepanelen geven de garantie dat ze na 25 jaar nog minimaal 80% van hun oorspronkelijke vermogen zullen leveren (d.w.z. een max. degradatie van ongeveer 0,7% per jaar).

Hoe goed is de kwaliteit van de zonnepanelen bij Zie Het Zonnig?

Zie Het Zonnig levert alleen zonnepanelen die door Photon zijn getest en zeer goed zijn bevonden. Photon is een prestigieus blad over Photovoltaic (PV) systemen of zonnestroomsystemen. Ze vergelijken vele merken zonnepanelen en omvormers over de jaren heen. Meer informatie over onze producten en de garanties kunt u vinden onder ’producten’. Aangezien we veel vertrouwen hebben in onze kwaliteit bieden we ook de niet-goed-geld-terug-garantie.

Wat is het financieel rendement van mijn zonnepanelen?

In bovenstaand rekenvoorbeeld zou dat zijn: jaaropbrengst / investering = € 517 / € 3779 = 13,7%! Het is zeer moeilijk om andere investeringen te vinden met een dergelijk laag risicoprofiel die zo’n hoog rendement opleveren!

Wat is de terugverdientijd van mijn zonnepanelen?

Rekenvoorbeeld: installatie van 10 zonnepanelen, 250Wp:
 
Materiaal kosten:                              € 4025,-
 
Installatie:                                   €  700,-

Bruto                                          € 4725,-

Collectieve korting van 5%:            – 236,-

BTW aftrek                                      – 641,-

Netto kostprijs:                               € 3848,-

Verwachte productie van dit systeem is 2250 kWh per jaar. Hiermee bespaart u € 517 per jaar. Dit betekent een terugverdientijd van 7 jaar. Let u op: deze berekening is gebaseerd op €0,23 per kWh (anno 2013) en er is geen rekening gehouden met veranderingen in de energieprijs de komende jaren. Volgens het CBS zijn de energieprijzen echter hard gestegen de afgelopen vijftien jaar.

Moet ik mijn energiemaatschappij melden dat ik zonnepanelen ga installeren?

Ja, de netwerkbeheerder moet misschien een smartmeter installeren om bij te kunnen houden hoeveel u terug levert aan het net. Als het systeem geïnstalleerd is kunt u dit te melden op de website  energieleveren.nl 

Wat is de terugleververgoeding?

Als u meer kWh terug levert dan u zelf heeft verbruikt dan krijgt u voor het surplus een terugleververgoeding van de energieleverancier. Deze is echter beduidend lager dan kWh-prijs die u zelf betaalt en ligt momenteel rond de 6 eurocent per kWh.

Hoe werkt salderen en wat is het?

In de zomermaanden wekt u waarschijnlijk meer op dan u verbruikt. U levert dan stroom terug aan het net. Het aantal kilowattuur (kWh) dat u terug levert wordt tegen dezelfde prijs als u zelf betaalt verrekend met uw verbruik. Dat heet salderen.

Heb ik een vergunning nodig?

Tenzij u in een monumentaal pand woont heeft u geen vergunning nodig voor het plaatsen van zonnepanelen.

Heeft een zonnepaneel direct zonlicht nodig?

Nee, een zonnepaneel levert ook op een bewolkte dag elektriciteit, maar minder dan in de volle zon.

Contact Us

We're not around right now. But you can send us an email and we'll get back to you, asap.

Not readable? Change text. captcha txt