---

30 jaar ingenieurservaring in industriële en huishoudelijke projecten. 

Het beste is maar goed genoeg.

---

PV-panelen of photovoltaïsche zonnepanelen < 10 kW
Leg een geldmachine op uw dak

Per uur valt er op aarde meer energie van de zon dan de mensheid nodig heeft gedurende 1 jaar!

1 uur zonnestraling = jaarverbruik van de mensheid!

Er zijn vier systemen om zonne-energie te oogsten:

• Zonnecollectoren, met water: synoniemen: thermische zonnepanelen, vlakkeplaatcollectoren, vacuümbuiscollectoren. Rendementen tot 85%.

• Electriciteitsopwekking met sterling motor en zonne-reflector. 24% peak conversion: 24% rendement. Dit marcheert goed in hete gebieden. Nog niet leverbaar in Europa.

http://www.infiniacorp.com/powerdish.html

Levensduur : 25 jaar; piekvermogen: 3 kW, diameter 4,7 m

• Organic Rankine Cycle

• Zonnepanelen, met chips; synomiemen: photovoltaïsche zonnepanelen of PV-panelen. Rendementen tot 17%. Dit marcheert goed in koude zones (België)

Dimensionering: (Leg zoveel mogelijk panelen op uw dak)

1 Wp = 0,85 kWh/jaar
Het productievermogen van een PV paneel wordt opgegeven in Wp. Om het aantal Wp om te rekenen naar kWh per jaar wordt het aantal Wp vermenigvuldigd met de factor 0,85 voor België.
Dus : jaarverbruik 1700 kWh/jaar
Nodige Wp : 1700/0,85 = 2000 Wp

Wat brengen zonnepanelen op in 2016 en wanneer is de investering afbetaald?

De opbrengst van een PVpaneel wordt opgegeven in Wp. Om het aantal Wp om te rekenen naar kWh per jaar wordt het aantal Wp vermenigvuldigd met de factor 0,85 voor België. Met het aantal kWh die een installatie opbrengt kan worden berekend hoeveel jaar het duurt om de installatie terug te verdienen.
Een voorbeeld:  Een installatie van 2000 Wp levert per jaar 2000 x 0,85 = 1700 kWh op. Uitgaande van de huidige gemiddelde elektriciteitsprijs nacht van € 0,45 per kWh betekent dit een opbrengst/besparing van €765,- per jaar.
De kosten van een installatie van 2000 Wp verschillen per merk. De gemiddelde prijs voor een Wp ligt in 2016 op ongeveer € 1,35 (prijs voor een complete installatie vanaf 2000Wp). De installatie uit het voorbeeld is dus terugverdiend in: €2700 aanschaf / 765 euro per jaar = 3,529 jaar).Met een levensduur van 25 jaar levert een zonnepaneel dus geld op!

1. Bedrijfzekerheid en onderhoudsvrij

Panelen

De panelen zijn solid state en dus eigenlijk onverwoestbaar.  Fabrikanten van fotovoltaïsche panelen geven  stevige garanties dat hun zonnepanelen minstens 25 jaar elektriciteit produceren. Oude zonnepanelen ondersteunen nu deze bewering. Veel van de oudste zonnepanelen blijken nu nog steeds uitstekend te werken. In het testcentrum van de Europese Commissie in Ispra worden zonnepanelen al tientallen jaren lang getest. Ispra testte 40 modules die er geïnstalleerd werden tussen 1982 en 1984. Zelfs na 22 jaar blootstelling aan het weer, leveren de meeste modules meer energie dan de fabrikanten garandeerden na 10 jaar. De zonnepanelen van de grote 6.000 kW installatie in Californië uit 1982 blijken nog maar 5 tot 10 % van hun kracht te hebben verloren. Toch gaan er wel degelijk zonnepanelen kapot na 20 jaar. De grootste vijand blijkt vocht te zijn. Enkele producenten die hun modules zeer goed inkapselen garanderen daarom nu al een levensduur van minimaal 30 jaar. Het Japanse Sharp, wereldmarktleider, bracht recent zelfs een zonnepaneel op de markt die ontworpen is voor een levensduur van ten minste 35 jaar. 

Omvormer

De garanties gaan niet zover voor de omvormers als de panelen. De omvormers verslijten wel degelijk. De garantie gaat tot 10 jaar en eventueel tot 20 jaar mits bijleg voor een omniumverzekering.  

Besluit: 35 jaar geen problemen voor de duurste component. Installeren, afblijven en vergeten. 

2. Kostprijs elektriciteit, aardgas en mazout

• 1 kWh aardgas= 0,0557 €/KWh

• Kostprijs elektriciteit

  • Mijn kostprijs elektriciteit = ??? €/kWh dag en 0,469 €/kWh nacht (22/6/2015)

    Verbruik van 23/2/2007 tot 08/6/2008 :14452 kWh : dag en nachttarief 

    • 1 kWh gemiddeld dag en nacht = 0,16036 €/kWh (21% BTW in)

    • 1 kWh elektriciteit aan dagtarief ( 2008 all in)= 0,1653 €/kWh

    • 1 kWh elektriciteit aan nachttarief (2008 all in)= 0,1002 €/kWh

    Verbruik van 09/06/2008 tot 09/06/2009 :10843 kWh : dag en nachttarief aan 2038,05 € 

    • 1 kWh gemiddeld dag en nacht = 0,1879 €/kWh (21% BTW in)

    • 1 kWh elektriciteit aan dagtarief ( 2009 all in)=  0,2323 €/kWh

    • 1 kWh elektriciteit aan nachttarief (2009 all in)=  0,14383 €/kWh

    Verbruik van 15/06/2010 tot 07/06/2011 :10096 kWh : dag en nachttarief aan 2068,04 €  BTW inclusief

    • 1 kWh gemiddeld dag en nacht = 0,204837 €/kWh (21% BTW in)

    • 1 kWh elektriciteit aan dagtarief ( 2010 all in)=  0,25569 €/kWh

    • 1 kWh elektriciteit aan nachttarief (2010 all in)=  0,15427 €/kWh

    Verbruik van 27/07/2014 tot 21/05/2015 :4240 kWh : dag en nachttarief aan 1019,07 €  BTW inclusief (PV panelen geplaatst)

    • 1 kWh elektriciteit aan dagtarief ( 2014 all in)=  0,319 €/kWh

    • 1 kWh elektriciteit aan nachttarief (2014 all in)=  0,2145 €/kWh

    Verbruik van 22/05/2015 tot 31/10/2015: 1055 kWh : 0 dag en enkel nachttarief aan 494,11 €  BTW inclusief (PV panelen geplaatst)

    • 1 kWh elektriciteit aan dagtarief ( 2015 all in)= ?

    • 1 kWh elektriciteit aan nachttarief (2015 all in)=  0,469 €/kWh

  Factuur Luminus gemiddelde prijs over de loop der jaren

  2013 : 0,1930437 €/kWh + BTW

  2014 : 0,1953792 €/kWh + BTW

  2015 : 0,2626253 €/kWh + BTW

  22/05/2015 tot 31/10/2015 : 0,3877725 €/kWh + 21% BTW = 0,469 €/kWh

   

  Zie :

  Evolutie elektriciteitsprijzen

  www.creg.be/pdf/Tarifs/E/evolprixe_nl.pdf

3. Voorbeeld van mijn vroeger jaarverbruik elektriciteit

6124 kWh/365 dagen / 12 uur = 1,40 kW nodig per uur aan dagtarief

2431 kWh/365 dagen / 12 uur = 0,55 kW nodig per uur aan nachttarief

10836 kWh/ 365 dagen / 24 uur = 1,23 kW nodig per uur gemiddeld dag en nacht

4. Geld dat men vroeger terugkreeg van Vlaanderen en VREG als men fotovoltaïsche zonnepanelen plaatste.

4.1 Groenestroomcertificaten (GSC)

2013 : 21,- €/1000 kWh = 0,021 €/kWh = 21,- €/MWh

2009       450€ / 1000 kWh gedurende 20 jaar

2010      350€ / 1000 kWh gedurende 20 jaar

01/01/2011     330€ / 1000 kWh gedurende 20 jaar

01/07/2011     300 € /1000 kWh gedurende 20 jaar

01/10/2011     270€ / 1000 kWh gedurende 20 jaar

01/01/2012     250€ / 1000 kWh gedurende 20 jaar

01/04/2012     230€ / 1000 kWh gedurende 20 jaar

01/08/2012     90€ / 1000 kWh gedurende 10 jaar

2013 :             21,-€:1000 kWh

 

Na de goedkeuring van uw installatie, moet u zich inschrijven bij de “Vlaams reguleringsinstantie voor de elektriciteit- en gasmarkt (VREG)”. Vanaf de datum waarop de VREG uw inschrijving ontvangt, worden de groenestroomcertificaten toegekend voor de elektriciteit die door uw installatie is geproduceerd. De VREG kan de installaties, waarvoor een aanvraag voor groenestroomcertificaten is ingediend of al is goedgekeurd, aangekondigd of onaangekondigd bezoeken. Na ontvangst van uw inschrijving keurt de VREG de volledige en correct ingevulde aanvraagformulieren goed. De melding van goedkeuring van uw aanvraag kan een wachttijd oplopen maar dit leidt NIET tot het verlies van groenestroomcertificaten. Elke 1.000 kWh die uw installatie heeft opgewekt, kan u registreren in een internetgebaseerde databank van de VREG. Op basis van deze registratie ontvangt u een groenestroomcertificaat die u aan uw netbeheerder kan verkopen. Uw netbeheerder is wettelijk verplicht deze certificaten aan te kopen gedurende 20 jaren vanaf ingebruikname van uw zonnepanelen. U kan echter ook opteren om de groenestroomcertificaten automatisch door de VREG te laten verkopen aan uw netbeheerder.

Zie ook : http://www.vreg.be/welk-bedrag

4.2 Levering aan het elektriciteitsnet?

De terugdraaiende of compenserende teller: Elektriciteit opgewekt met een PV-systeem  wordt in mindering gebracht van het huishoudelijke elektriciteitsverbruik. De elektriciteit van het PV-systeem wordt eerst intern verbruikt. Het overschot wordt aan het openbare elektriciteitsdistributienet geleverd en wordt verrekend in de week aan dagtarief en in het weekend aan nachttarief in geval van een tweevoudig tarief. Op dat ogenblik draaien de huishoudelijke elektriciteitsmeters terug. Het principe van de terugdraaiende teller is enkel van toepassing op systemen met een AC-vermogen van maximaal 10 kW of 14 kWp of een jaarproductie van maximaal 10.000 kWh. De kilowattuurmeters op huishoudelijke aansluitingen moeten bi-directionele tellers zijn die in beide richtingen kunnen draaien. Tot een vermogen van 10 kilowatt heb je volgens het technisch reglement Distributie Elektriciteit van de VREG recht op een zogenaamde bi-directionele teller. Dit betekent dat de productie uit zonne-energie in mindering wordt gebracht van het eigen verbruik. Daardoor krijg je voor de zelfgeproduceerde elektriciteit in feite een vergoeding gelijk aan het eigen verbruikstarief. Is je teller niet van het bi-directionele type, dan kan je dit op kosten van de netbeheerder laten aanpassen. 

Normaal is het niet de bedoeling om meer elektriciteit te produceren dan men jaarlijks verbruikt. In een normaal huishouden heeft men 10.000 kWh nodig per jaar. Dit komt overeen met  11,7 kWp. Dit vraagt een investering van 11700 Wp x 3,5 €/Wp = 40.950 € = 1.651.000,- BF. Dit is een oppervlakte van 10.000 KWh/ 116 kWh/m² = 86 m²!

Let op: als u op jaarbasis meer elektriciteit produceert dan u verbruikt, dan heeft u niet automatisch recht op een terugbetaling van het overschot aan productie. De netbeheerder zal het overschot aan uw elektriciteitsproductie niet registreren zolang er een compenserende teller geïnstalleerd is. De factuur zal in dat geval gelijk zijn aan 0,-€ (met uitzondering van eventuele vaste kosten zolas meterhuur en vaste vergoeding). Indien u meer wenst te produceren dan uw eigen verbruik, dan moeten er twee tellers geïnstalleerd worden. Een voor afname (verbruik) enerzijds en een voor injectie anderzijds. De prijs die u moet betalen voor afname is de normale prijs. De prijs voor injectie is de productieprijs. Die is een fractie van de nomale prijs want daarin zitten transmissie- en distributietarieven.

Het is daarom aangewezen de elektriciteitsproductie af te stemmen op het eigen verbruik. 

Elektriciteitsmeter na installatie van PV panelen terug laten ombouwen naar uitsluitend dagtarief? 

Neen. Want de zon schijnt alleen overdag. In de week verkoopt u deze 5/7 elektriciteit aan dagtarief. In de weekend verkoopt u 2/7 van de opgewekte elektriciteit aan nachttarief. Dus in principe loopt uw dagtariefteller achteruit en uw nachttariefteller vooruit. U koopt dus de elektriciteit die u tekort heeft aan nachttarief. Ideaal is wanneer 5/7 van uw PV installatieproductie = dagverbruik.

5. Investering en lening

Zonnepanelen zijn een mooie investering. Vooral indien je ze fiscaal kan inbrengen via een groene lening. Indien je hypothecaire lening van het huis is afbetaald of bijna is afbetaald dan wordt het zeer interessant om bijvoorbeeld je afbetaalde schuld terug op te nemen op je oude lening zodat je de notariskosten kan vermijden. Je kan bijvoorbeeld de overgebleven schuld of een deel cash aflossen zodat het bedrag van de nieuwe lening groot genoeg is om fiscaal interessant te zijn. Dit gedeelte komt dan ook in aanmerking voor het nieuwe woonbonussysteem zodat men in sommige gevallen bijna dubbel zoveel fiscaal kan profiteren van de lening. Houdt er wel rekening mee dat indien er nog een oude schuld van de vorige lening overblijft deze dan niet meer fiscaal ingebracht kan worden aangezien de wetgever niet toelaat om het nieuwe en het oude systeem te cumuleren.  

6. Premies

U kunt genieten van het verlaagde BTW tarief van 6% voor woningen ouder dan 5 jaar tot juli 2011.

Meer informatie op www.energiesparen.be

Powerpointpresentatie subsidies

7. Subsidies

Gemeente

Van uw gemeente krijgt u meestal een eenmalige subsidie van enkele honderden euro’s. Vele gemeenten geven een lokale subsidie voor zonne-energie, meestal een percentage van de investeringskost met een bovengrens van 250 tot 1000 euro. In de praktijk wordt deze bovengrens altijd bereikt en gaat het hier dus terug om een vaste premie. De premie geldig in  uw gemeente kan u opvragen op: http://www.energiesparen.be/subsidies/subsidiemodule

Provincie

Daarnaast kan u misschien in aanmerking komen voor een subsidie van de provincie. Helaas vallen hier veel aanvragers uit de boot omdat het budget beperkt is.  

8. Valstrikken die geld kosten!

Bouwvergunning

Voor de installatie van zonnepanelen op platte daken hebt u in "normale" stedebouwkundige zones, dus zones waarvoor geen specifieke voorschriften gelden, geen bouwvergunning nodig. Ook voor de installatie van zonnepanelen op hellende daken hebt u in die zones niet langer een bouwvergunning nodig.  In bepaalde verkavelingen is het echter nodig om een afwijking van de verkavelingsvoorschriften aan te vragen. Het is daarom altijd raadzaam om een en ander na te vragen bij de gemeente.

Schaduw

Fotovoltaïsche zonnepanelen moeten zo worden geplaatst dat ze geen schaduw vangen. De panelen zijn in serie geschakeld. Wanneer bepaalde panelen in de schaduw liggen kan het vermogen van het geheel naar 0 gaan. Zelfs gedeeltelijke beschaduwing van het PV-systeem moet ten allen tijde voorkomen worden. Daarom wordt er met strengen, strings (array) gewerkt. Dit is het parallel schakelen van groepen serie geschakelde panelen.  De schaduw van andere gebouwen, bomen, lantaarnpalen, dakvensters, schouwen enz; op het PV-systeem vermindert de opbrengst aanzienlijk. In een PV-zonnepanelen zijn de zonnecellen in serie geschakeld. Elke beschaduwde zonnecel wordt een weerstand die de stroomopwekking sterk hindert, vergelijkbaar met het plaatselijk dichtknijpen van een tuinslang. Eén enkele beschaduwde cel zal de totale opbrengst van het hele paneel en het hele in serie geschakelde PV-systeem sterk verminderen en zelfs schade veroorzaken door lokale opwarming. In de praktijk wordt dit gedeeltelijk vermeden door tijdens de fabricage van PV-zonnepanelen zogenaamde ‘by-pass diodes’ in te bouwen, die de invloed van een beschaduwde cel beperken.

Koeling van de panelen

Het rendement van de panelen ligt op 15%. Alle andere warmte (85%) moet afgevoerd worden. Dit kan alleen door natuurlijke ventilatie. De panelen moeten 10 cm boven het dak liggen zodat de 85% overtollige warmte kan afgevoerd worden.  Indien deze warmte niet weg kan daalt het rendement. Meestal halen PV-zonnepanelen het beste rendement in de winter omdat dan de koeling beter is. Bij hogere temperatuur van een kristallijn-silicium zonnecel daalt het elektrisch rendement relatief met ongeveer 0,5% per graad boven 25°C . De inbouw van een PV-systeem in het dak van een gebouw zal de temperatuur van de PV zonnepanelen bij volle zon opdrijven en daardoor de zonnepanelen-opbrengst verminderen. Als ventilatie mogelijk is achter de panelen om de warmte af te voeren, blijft het verlies beperkt. Vergelijkende metingen hebben een verlies aangetoond van 3 tot 5 % voor een PV-systeem, ingebouwd in een dak, ten opzichte van dezelfde PV-zonnepanelen, vrij opgesteld op een plat dak. In zonniger klimaten zullen de verschillen nog zijn.

Koeling van de omvormer

Een omvormer heeft een rendement van 95%. 5% blijft dus ter plaatse in de omvormer. De levensduur van de omvormer kan degraderen wanneer de omvormer op een te warme plaats staat (>35°C). Het is dus aangeraden om de omvormer in een koele kamer te installeren, bijvoorbeeld in de kelder. Veelal, om korte gelijkstroomdraden te hebben wordt de omvormer echter op zolder geïnstalleerd. Dit is zeker geen ideale situatie. Er zijn koelere locaties. 

Derating van de omvormer

Wanneer de omvormer op een te warme plaats staat (>35°C) kan het zijn dat zij hun eigen geproduceerde warmte niet meer weg krijgt. Een omvormer heeft een rendement van 95%. Er blijft nog altijd 5% ter plaatse. Deze moet weggeventileerd worden. Als de huidige omvormers te warm komen schakelen zij  hun geproduceerd  vermogen naar beneden (derating) om zichzelf te beschermen tegen oververhitting en dus uitvallen. Deze derating beperkt het geproduceerd vermogen dat op het lichtnet gestoken wordt. Wat spijtig. Nu dat de zon schijnt in volle zomer krijgt de omvormer dit vermogen niet op het net!

9. Oriëntering

Richt je je zonnepaneel het best naar het noorden of het zuiden? Wat als je dak niet naar het zuiden gericht is, maar naar het oosten en het westen? 

De oriëntatie van een zonnepaneel hangt af van 2 parameters:

1) de richting : azimut A (noord-oost-zuid-west)
vb. A=0° => het paneel is naar het noorden gericht
A=90° => het paneel is naar het westen gericht
A=180° => het paneel is naar het zuiden gericht
A=270° => het paneel is naar het oosten gericht

2) de helling van het dak (de zenith: afstand n )
vb. n=0° => de zonnepanelen liggen horizontaal (op een plat dak)
n=90° => de zonnepanelen staan verticaal (vb. aan een muur)

Zonnepanelen met een vaste oriëntatie vangen voortdurend verschillende energiedichtheden op, wegens de dagelijkse en jaarlijkse beweging van de zon aan de hemel. Indien we het gemiddelde nemen over dag en nacht, en over winter en zomer gedurende een jaar, dan vinden we de gemiddelde inval.

Zonnepanelen zijn optimaal georiënteerd:

1) voor de directe zonnestraling:
Het paneel moet gericht zijn naar het zuiden (dus azimut A=180°).
De helling van de zonnepanelen n (dus meestal van het dak) zal een compromishoek zijn tussen “b-e” en “b+e” met b de geografische breedte van de plaats waar je je zonnepaneel installeert (bvb voor Vlaanderen: b=51°) en e de ecliptica (= 23,5 °).
Uit berekeningen blijkt dat voor België / Nederland de optimale helling n=37° is (voor de directe zonnestraling).
De bijdrage van het directe licht tot de gemiddelde inval voor een optimaal georiënteerd paneel bedraagt 59 W/m² voor onze contreien.

2) voor de diffuse zonnestraling:
Het zonnepaneel is het best gericht naar de ganse hemelkoepel, d.w.z. het ligt horizontaal neer. (dus n=0°, en A doet er niet toe).
De maximale bijdrage van het diffuus licht voor een ideaal georiënteerd zonnepaneel bedraagt 67 W/m² voor onze streek.

3) voor alle licht
In een Belgisch klimaat is de bijdrage van de directe en diffuse zonnestraling ongeveer even  belangrijk, dus de ideale oriëntatie is een compromis tussen 1) en 2).
Voor een breedte van bvb. 51° (Vlaanderen) is dit:
A=180° (= naar het zuiden gericht)
n=35° (=helling dak)

Gemiddeld valt er dan 123 W/m² (=58 W/m² direct + 66 W/m² diffuus) in (gemiddeld over dag en nacht, winter en zomer).  

Maar wat als je dak niet naar het zuiden gericht is, maar naar het oosten en het westen? Loont het dan nog wel de moeite om zonnepanelen te installeren? En wat als mijn dak niet mooi 35° helt?

Zonneinstraling in functie van de richting.

Het loont dus nog altijd de moeite om zonnepanelen te plaatsen, ook al is het dak niet mooi naar het zuiden gericht, of meer of minder dan 35° geheld!

Besluit: de oriëntatie is niet kritisch. Een afwijking van 30° van de ideale oriëntatie in om het even welke richting levert slechts een minimaal verlies op.

10. Stappenplan

9.1 Rationeel energieverbruik

9.2 Onderzoek van de (steden)bouwkundige voorschriften

9.3 Bepaling van het gewenste vermogen van het PV-systeem

9.4 Keuze van het paneeltype en de bevestigingstechniek

Analyse van de verschillende componenten van een fotovoltaïsche installatie

Post 1: Panelen

PV is de internationale afkorting voor fotovoltaïsche (Engels: Photo-Voltaic) omzetting. Het fotovoltaïsch effect werd voor het eerst in 1839 door de natuurkundige Alexandre Becquerel ontdekt. In een zonnepaneel  of fotovoltaïsch paneel wordt het zonlicht in elektrische gelijkstroom omgezet. Zonnecellen zijn gemaakt van silicium. Dat silicium bestaat uit twee lagen. Onder invloed van licht gaat er tussen de twee lagen een elektrische stroom lopen. Daarom heten zonnepanelen ook wel fotovoltaïsche cellen (Grieks photos: licht, en Volt naar de eenheid van elektrische spanning). Afgekort wordt gesproken van PV-systemen. De opbrengst van zonnepanelen worden in Wattpiek uitgedrukt, afgekort Wp. Dit is het vermogen dat een zonnepaneel levert in standaardomstandigheden, nl. een lichtintensiteit van 1000 W/m², een paneeltemperatuur van 25°C en gestandaardiseerd zonlicht (lichtspectrum AM1,5). Dit komt overeen met het maximumvermogen van het paneel. In de praktijk is bij een instraling van 1000 W/m² de zonneceltemperatuur een stuk hoger (50 à 60°C). Dit heeft tot gevolg dat het zonnecelrendement daalt, waardoor het PV vermogen nooit boven bijvoorbeeld 1700W in plaats van  2 kW zal komen. 

De omzettingsfactor om van Wp naar kWh te gaan is voor België 0,85. Op dit moment hebben de meeste geïnstalleerde panelen een vermogen van 175 Wp tot 230 Wp per paneel. Voor een 222 Wp paneel is dit ongeveer 137 Wp/m² of 116 kWh/m². Deze panelen hebben een rendement van 13,6 % in ons klimaat bij een wolkenloze hemel. Nieuwere types gaan nu tot 17%. De prijs is de afgelopen 5 jaren gezakt naar 3,5 €/Wp. Men voorspelt een prijs van 1€/Wp in 2012.

Bijvoorbeeld: een installatie van 5 kWp levert gemiddeld in België voor de komende 20 jaar gegarandeerd en gedocumenteerd minimaal 5000 x 0,85 = 4250 kWh/jaar op! De factor is afhankelijk van de locatie; zo zal deze installatie in het zuiden van Spanje een hogere factor hebben dan diezelfde installatie in België.

Men onderscheidt vier typen zonnecellen:

Eerste generatie zonnecellen:

De eerste generatie zonnecellen zijn de silicium kristallijn zonnecellen. Deze zonnecellen hebben nog steeds het grootste marktaandeel. Deze eerste generatie zonnecellen heeft tot nu toe de hoogste efficiëntie, maar de kosten van het materiaalgebruik en het productieproces zijn hoog. Door de hoge productiekosten zal het marktaandeel van de eerste generatie vrijwel zeker dalen. Bij de eerste generatie zonnecellen zie je veel R&D ontwikkelingen in het efficiënter maken van het productieproces. SANYO produceert hybride silicium zonnepanelen met silicium kristallijn cellen omgeven door dunne-film amorf silicium cellen. Deze zonnepanelen hebben met name onder hoge temperaturen een betere efficiëntie dan de standaard kristallijn zonnecellen.

• Monokristallijn. De monokristallijne panelen hebben een hoger rendement bij zonnige dagen dan de polykristallijne .   Monokristallijn silicium (c-Si) wordt vaak met het Czochralski-proces geproduceerd. Er wordt een staaf in een vat met gesmolten silicium gestoken. De (roterende) staaf wordt langzaam omhoog getrokken. De punt van de staaf is een kristal. Het gesmolten silicium neemt de kristalstructuur van die punt over, terwijl het uit het vat omhooggetrokken wordt. Het siliciumkristal, dat eruit ziet als een cilinder, wordt daarna in plakjes gesneden. Deze plakjes zijn de zogenaamde 'wafers. Ze zijn cirkelvormig en kunnen dus niet de hele zonnecel bedekken. De hoeken van de cel worden niet opgevuld. Nog meer zagen zou een groot verlies van goed materiaal betekenen. De wafels zijn ongeveer 0,3 mm dik. De monokristallijne zonnecel heeft een egaal blauwe kleur en heeft het hoogste rendement van tussen de 13 en 16 %. Deze cellen zijn wel het duurst, omdat hetzelfde materiaal gebruikt wordt als de halfgeleiderindustrie gebruikt voor elektronische schakelingen. De levensduur van de mono-kristallijne zonnecellen zijn bijna onbeperkt. Monokristallijn silicium heeft een hoger rendement, maar is duurder en vooral moeilijker te maken.  

• Polykristallijn. De polykristallijne of multikristallijne zonnecel heeft een blauwe of grijze gevlekte kleur. Het rendement ligt tussen de 10 % en 13 %. De overige eigenschappen zijn vergelijkbaar met die van monokristallijne zonnecellen. Het materiaal is eigenlijk een restproduct van de monokristallijne halfgeleiderindustrie, waardoor de prijs gunstiger is. Het zijn samengesmolten resten, waardoor ook de vlekken ontstaan. Polykristallijn silicium vereist veel minder energie tijdens de fabricage, maar heeft een iets lager rendement. De polykristallijne of multikristalijne zonnepanelen beschikken over meer cellen omdat het mogelijk is rechthoekige zonnecellen te maken en presteren beter bij diffuus licht. Polykristallijn silicium (poly-Si of mc-Si) wordt gemaakt door vloeibaar silicium in vierkante gietvormen te gieten. Het productieproces is eenvoudiger en goedkoper. De grote blokken gesmolten silicium worden voorzichtig gekoeld en in vaste vorm gebracht. De donkere plekken die erop zichtbaar zijn, zijn de ongestructureerde smeltplekken tussen de verschillende kristallen in het blok. De kristallen sluiten niet goed op elkaar aan en daarom is het rendement van de cellen lager. Polykristallijne siliciumplakjes met een dikte van 180 tot 350 micrometer worden van het gegoten blok gezaagd (door middel van draadzagen). De plakjes hebben bijvoorbeeld een zwakke p-type dopering, voordat aan het oppervlak een n-type dopering wordt uitgevoerd. Er vormt zich een pn-overgang op een paar honderd nanometer onder de oppervlakte. Grote fabrikanten gebruiken meestal polykristallijn silicium voor zonnecellen, omdat de productiekosten van monokristallijne cellen hoger liggen. Per vierkante meter is er bijna geen verschil en op jaarbasis is het verschil in België hoogstens een paar tientallen euro’s. En of nu het ene type beter zal presteren dan het andere zal van de weersomstandigheden afhangen.

Tweede generatie zonnecellen:

De tweede generatie zijn de dunne-film zonnecellen. Bekende materialen waar de dunne-film cellen van gemaakt worden zijn cadmium telluride (CdTe), koper indium gallium selenide (CIGS), amorf silicium en micromorf silicium. Tweede generatie zonnecellen hebben meestal een lagere efficiëntie dan de eerste generatie, maar zijn wel goedkoper te produceren. De grootste Amerikaanse producent van CdTe zonnecellen is First Solar. First Solar heeft in februari dit jaar aangekondigd dat ze de productiekosten heeft gereduceerd van $3/Watt  in 2004 tot onder de één dollar per watt; $98ct/Watt.

• Amorf.  De amorfe zonnepanelen zijn gemaakt met de dunnelaagtechnologie. Hierbij wordt gebruikgemaakt van amorf silicium. Deze elementen hebben een lager rendement, maar zijn ook beduidend goedkoper. Het heeft geen kristalstructuur, maar is onregelmatig gevormd. Het heeft gedraaide bindingen en losse uiteinden. De atomen aan de uiteinden vangen op ongewenste momenten elektronen op en werken dus de elektrische stroom tegen. Daarom wordt er waterstof toegevoegd om zich met de uiteinden te verbinden. De productiekosten van amorf silicium zijn lager dan die van polykristallijn silicium. Het rendement is lager. Dat geldt ook voor het kwantumrendement (dat deel uitmaakt van het totale rendement), want er worden minder ladingsdragers gemaakt met behulp van de invallende fotonen, dan in poly-Si. De amorfe zonnecellen kent men van de zakrekenmachine of een horloge. Ze zijn meestal donker, vrijwel zwart. Het gemiddelde rendement is het laagst en ligt tussen de 2 en 7 %. De amorfe zonnecellen geven ook onder ongunstige weersomstandigheden meer stroom dan de andere typen zonnecellen, doordat de spectrale gevoeligheid breed is. De amorfe zonnecellen zijn vanwege de eenvoudigere productiemethode het goedkoopst.

Derde generatie zonnecellen:

• Met de derde generatie zonnecellen moet de efficiëntie toenemen. Technologieën die behoren tot deze generatie zijn polymeerzonnecellen, nano-antennes, quantum-dots en dye-sensitized zonnecellen. 

• De ronde "zonnepanelen". Het gaat hier om een product van het in Fremont, CA (U.S.A.) zetelende bedrijf Solyndra, zie website Solyndra.com. Solyndra claimt een orderportefeuille te hebben van anderhalf miljard dollar. Een eerste realisatie in België met derde generatie zonnecellen bevindt zich in Hasselt. Deze zonnepanelen  zijn metalen raamwerken die horizontaal en los op het plat dak geplaatst worden. In elk raamwerk zit een rij buizen die bekleed zijn met een dunne film zonnecellen. Het grote voordeel is dat niet alleen het invallende zonlicht in elektriciteit wordt omgezet, maar ook het diffuus zonlicht en het licht dat via het witte plat dak weerkaatst wordt.

• Konarka brengt een product dit jaar op de markt: Power Plastic®. Dit is een flexibel, lichtgewicht organisch fotovoltaïsch materiaal. In 2009 brengt Konarka de Powerbrella op de markt. Deze parasol levert naast schaduw, ook elektriciteit voor je laptop of GSM.

Synthese

Afhankelijk van het type en de generatie zal de zonnecel een groter of kleiner aandeel van het zonlicht omzetten in elektriciteit.

Het rendement van gangbare zonnecellen ligt rond de 17%, waarbij de cellen met betere rendementen duurder zijn. Maar de verhouding tussen kostprijs en opbrengst ligt beter bij de duurdere panelen. ( Die salesmanagers doen ook hun huiswerk)

Plat dak:

De ronde "zonnepanelen". Het gaat hier om een product van het in Fremont, CA (U.S.A.) zetelende bedrijf Solyndra, zie website Solyndra.com. Solyndra claimt een orderportefeuille te hebben van anderhalf miljard dollar. Een eerste realisatie in België met derde generatie zonnecellen bevindt zich in Hasselt. Deze zonnepanelen  zijn metalen raamwerken die horizontaal en los op het plat dak geplaatst worden. In elk raamwerk zit een rij buizen die bekleed zijn met een dunne film zonnecellen. Het grote voordeel is dat niet alleen het invallende zonlicht in elektriciteit wordt omgezet, maar ook het diffuus zonlicht en het licht dat via het witte plat dak weerkaatst wordt.

Garantie:

Er moet een onderscheid gemaakt worden tussen de opbrengstgarantie en de productgarantie.

• Opbrengstgarantie, vermogensgarantie of prestatiewaarborg: de meeste leveranciers van zonnepanelen garanderen 90% van het piekvermogen gedurende 10 jaar, en 80% gedurende 25 jaar van het gespecificeerde vermogen Pmin dat onder de standaard test condities (STC) bereikt is.

• Productgarantie: op materiaal en fabricagefouten. Deze is afhankelijk van het merk en varieert van het Europese minimum van 2 jaar tot 5 à 10 jaar. De meeste leveranciers bieden productgaranties van 2 of 5 jaar.

• 10 jaarlijkse aannemeraansprakelijkheid: Werk steeds met een geregistreerd aannemer. Pas dan is uw factuur aftrekbaar voor de belastingen. Bouw nooit zelf uw zonnepaneelinstallatie. De verhouding materiaal/werkuren is 90/10. U kunt 10% besparen maar u verliest uw garantie!

Vermogentolerantie:

Hoe nauwer de specificaties, hoe beter. Enkele specificaties

• +/- 3%; +/- 2%;+/-2,8%;+5%-3%; Vermogensafwijking : -3% tot +3%

Temperatuurstabiliteit

Het rendement van de panelen ligt op 15%. Alle andere warmte (85%) moet afgevoerd worden. Dit kan alleen door natuurlijke ventilatie. De panelen moeten 10 cm boven het dak liggen zodat de 85% overtollige warmte kan afgevoerd worden.  Indien deze warmte niet weg kan daalt het rendement. Meestal halen PV-zonnepanelen het beste rendement in de winter omdat dan de koeling beter is. Hoe warmer het PV paneel hoe lager de output. Kan belangrijk zijn in warme streken. Volgens mij geen verkoopsargument in België.

• -0,107 V/°C

• Voc = -125 mV/K = -0,125 V/°C = -0,34 %/°C

• -155,8 mV/K

• Vmp = -0,40 %/°C

Kader

Rond de module wordt een aluminium kader bevestigd voor de stevigheid en een gemakkelijke montage op een draagstructuur.  

Aansluitdoos

Op de achterkant van de module kleeft men een waterdichte aansluitdoos IP65 voor elektrische kabelverbindingen naar andere PV-modules of naar de inverter. Beter is met aangegoten kabels.

Drukbestendigheid

De holle kamer kan tegen over- of onderdruk. Standaard op de markt is 2400 Pa. Nu zijn er modules met drukken tot 5400 Pa = 5,4 kPa. Beter voor zware sneeuwbelasting! en hogere windkrachten. Bestand tegen windsnelheden van 210 km/h.  5400Pa = 0,054 bar = 54 mbar  (100.000 Pa = 1 bar)

Constructie:

1. Geanodiseerd aluminium kader 

2. Glasplaat: Het glas is thermisch gehard (tempered glass) en heeft een laag ijzergehalte om zoveel mogelijk licht door te laten. Het is water- en dampdicht, kras- en hagelbestendig en zelfreinigend bij regen.  Niet reflecterend glas of anti-reflex glas levert 4% hogere jaaropbrengst

3. Folie waartussen de cellen worden gelamineerd in een oven van 150°C. De zonnecellen worden op hun plaats gehouden en beschermd tegen waterdamp door inkapseling met een vochtbestendige kunststof, meestal EVA (ethyleen vinyl acetaat) (Ethylene-vinyl-acetate). Indringing van vocht tast de metaalcontacten op en tussen de fotovoltaïsche cellen aan. Deze folie is beter in staat om de langgolvige infraroodstraling tegen te houden. Deze folie is vooral minder vochtgevoelig. Het inkapselingmateriaal moet ook bestand zijn tegen hoge temperaturen, temperatuurvariaties en vooral UV-veroudering. Deze EVA folie heeft een zeer langzame verouderingsfactor voor UV-straling.

4. Geïnterconnecteerde silicium fotocellen

5. Inkapseling met EVA folie

6. Voor de achterkant is waterdichtheid, dampdichtheid en warmtegeleiding belangrijk. Hiervoor wordt meestal een speciale folie gekozen, een PVF film, merknaam ‘Tedlar’. Soms ook fluorpolymeer/polyester of glas.

Om alle verwarring met rendementen uit te schakelen maakt men enkel nog offerten in €/Wp. Of dat het nu mono-kristallijne of poly-kristallijne dan wel amorfe zijn. Who cares? Dit is de gangbare manier van offerte maken.  Dit vangt alle berekeningen van oppervlakte en rendement, etc.... op en maakt alle offertes vergelijkbaar.

• De grootste fabrikant is Sharp.
• De grootste Europese fabricant is Solar World.
• De markt is gegaan van Duitse panelen > Spaanse panelen > Chinese panelen.
• Belgische fotocelproductie: Photovoltech (Tienen). Deze fotocellen zitten in volgende PV panelen: www.soltech.be , www.issol.eu, www.gaiasolar.dk , www.tenesol.fr; www.aleo-solar.de; www.alfasolar.de, www.solar-fabrik.de; www.solon.it; www.istarsolar.com; www.bisol.si; www.cuantumsolar.com