Zonnestroompanelen in Nederland

duurzaamheid achter de meter

Werkingsprincipe

Zonlicht treft het zonnestroompaneel. Licht is raar spul. Voor de gelegenheid vatten we licht op als een voortdurende stroom van pakketjes energie (een stroom fotonen). Op de animatie hieronder ziet u wat er gebeurt
pv_principle_mEen zonnecel is een sandwich van twee lagen kristallijn halfgeleidend materiaal: een P-laag en een N-laag, met daartussenin een dunne grenslaag. Fotonen uit het zonlicht maken in de P laag elektronen los. Deze elektronen hopen zich op in de N-laag. De grenslaag laat alleen elektronen door van de P-laag naar de N-laag (diode-werking). Omdat elektronen negatief zijn geladen, krijgt de P-laag onder invloed van zonlicht een positieve lading (tekort aan elektronen) en de N-laag een negatieve lading (overschot aan elektronen). Zonlicht veroorzaakt dus een elektrisch spanningsverschil tussen de P-laag en de N-laag. Dit spanningsverschil kan bij volle zon oplopen tot ongeveer 0,3 V. Een zonnestroompaneel is opgebouwd uit een aantal zonnecellen die in serie zijn geschakeld. Een zonnepaneel met 36 cellen levert dus ongeveer 12V en een paneel met 72 cellen levert 24V. Let op dat het hier altijd om gelijkstroom gaat. Vanaf 1958 worden zonnepanelen toegepast, in de eerste tijd in de ruimtevaart. Vanaf de jaren ’80 worden zonnepanelen ook buiten de ruimtevaart toegepast, namelijk op aarde!

bequerel_pub

Het fotovoltaische principe is al in 1839 ontdekt, namelijk door de Franse natuurkundige Edmond Becquerel. Links ziet u de aanhef van het artikel van Becquerel waarin hij de ontdekking van het fotovoltaische effect uitlegt (voor de liefhebber: Comptes Rendus hebdomadaires des Séances de l’Academie des Sciences, 1839, pagina’s 561-566).Edmond was de vader van de latere Nobelprijswinnar Henri Becquerel

polykristalliijn_celOpname van dichtbij van een moderne zonnecel, ofwel een dun plakje polykristallijn silicium. De omzetefficiency van zonlicht naar elektriciteit van polykristallijn silicium is ongeveer 15%. De zilveren streepjes zijn elektroden die de elektronen die uit het silicium vrijkomen geleiden naar de omvormer of het verbruiksapparaat.

Monteert u een aantal zonnecellen bij elkaar en schakelt u ze in serie, dan is het resultaat een zonnepaneel. Links ziet u de voorkant en de achterkant van zo’n paneel, in dit voorbeeld een Kyocera KC-50. Achterop het paneel bevindt zich een junction box. Als u deze aansluitdoos opent (plaatje links onder) dan ziet u de aansluitpunten met daartussen bypass diodes (deze beschermen de zonnecellen tegen beschadiging als het paneel niet egaal door zonlicht wordt beschenen – bijvoorbeeld een hoekje krijgt schaduw).

 

kc_50Ik heb voor u ingetekend vanaf de aansluitpunten in de junction box de rode en blauwe gelijkstroomdraden die naar de omvormer (inverter) lopen. De inverter hangt binnen, goed beschermd ergens op zolder. Vanuit de omvormer komt een snoer met een stekker. De stekker gaat in het stopcontact. Dat is alles en de stroomproductie voor eigen gebruik kan beginnen. Buitengewoon simpel.

Er zijn zo veel typen en merken omvormers dat voor deze elektronische apparaten een aparte pagina is ingericht: de pagina “kleine omvormers”

Zonnestroompanelen kunnen op twee manieren worden toegepast: autonoom en net-gekoppeld.

toepassingen komen veel in afgelegen gebieden voor of op plaatsen waar geen openbare elektriciteitsvoorziening is. Voorbeelden zijn vaartuigen, campers, derde-wereld. De belangrijkste componenten van autonome systemen zijn de zonnestroompanelen, accu’s en een regelunit. Overdag wordt electriciteit geproduceerd die wordt verbruikt door apparaten (bijvoorbeeld een 24V gelijkstroomkoelkast of TV) en/of in de accu’s wordt opgeslagen. Als de zon niet schijnt kan de gelukkige eigenaar gewoon doorgaan met TV kijken en koud bier drinken, want de energie voor de apparaten wordt uit de accu’s betrokken. Een grandioos voorbeeld van een volledig autonoom systeem vindt u in een Benedictijnenklooster, Monastery of Christ in the Desert

Net-gekoppelde toepassingen komen typisch in de stedelijke omgeving tot zijn recht. Panelen op het dak produceren gelijkstroom die door een ingenieus stukje elektronica, de omvormer of inverter, wordt omgezet in 230V (Europa) of 115V (USA) wisselstroom. De inverter is gekoppeld aan de normale elektrische installatie van de woning. De opgewekte stroom wordt gebruikt door allerlei apparaten. Als er zo veel zon is dat de panelen meer stroom produceren dan er door de apparaten in het huis wordt verbruikt, vloeit het teveel aan stroom via de electriciteitsmeter terug het openbare net in. ’s Nachts produceren de zonnepanelen geen elektriciteit en wordt het gehele stroomverbruik van de woning gehaald uit het openbare elektriciteitsnet.

Een belangrijk verschil tussen autonome en net-gekoppelde systemen is dat bij “stroomuitval in de wijk” de zonnepanelen van de net-gekoppelde toepassingen automatisch stoppen met stroomproductie! Autonome systemen hebben maling aan het openbare elektriciteitsnet en gaan gewoon door met stroom leveren, ook als het openbare net door storing plat ligt. Californiërs met net-gekoppelde systemen hebben net zoveel te lijden van rolling blackouts als hun buren zonder zonnestroompanelen! Alleen de bezitters van autonome systemen lachen in dat geval in hun vuistje