Hoe werkt een zonnepaneel?

Er bestaan verschillende soorten technieken om zonlicht om te zetten in elektrische spanning. De meeste gebruikte technologie is hierboven beschreven; kristallijn silicium. Er zijn twee manieren om silicium zonnecellen te maken: met behulp van monokristallijn (mono-Si) of polykristallijn (poly-Si) silicium. Monokristallijne cellen worden gemaakt uit een lingot (staaf) silicium waarvan de moleculestructuur één ononderbroken kristal vormt. Omdat de lingots rond zijn, hebben monokristallijne cellen meestal rond hoekjes.

Polykristallijne cellen worden gemaakt uit silicium waarvan de kristalstructuur onderbroken is. Theoretisch is het rendement van polykristallijne cellen minder hoog. Het verschil doet zich echter vooral gelden bij directe zoninstraling, wat in Nederland relatief minder vaak voorkomt. Omdat polykristallijne cellen perfect vierkant kunnen worden gemaakt, kunnen ze het oppervlak van een zonnepaneel efficiënter bedekken dan monokristallijne cellen. Het rendement van poly- en monokristallijne zonnepanelen is daarom per saldo gelijk. Beide technieken worden wereldwijd dan ook ongeveer in gelijke volumes geproduceerd.

Sinds enige jaren is het gebruik van zogenaamde dunnefilmtechnologie sterk in opkomst. In feite is de term een verzamelnaam voor verschillende niet-kristallijne zonnepanelen. Een belangrijke techniek is amorf silicium (a-Si), waarbij het silicium niet of slecht zeer gedeeltelijk een kristalstructuur heeft. Het voordeel van deze techniek is dat de laagjes silicium veel dunner kunnen worden gemaakt, en dat in de productie met relatief lage temperaturen wordt gewerkt. Amorf silicium is daarom goedkoper. Nadeel is echter dat het rendement nog achterblijft bij dat van kristallijn silicium.

Een zonnepanelen levert meestal een spanning van enkele tientallen Volts. Om elektrische energie via stroomkabels te vervoeren, is het echter verstandig hogere voltages (spanningen) te gebruiken. Bij een hoge spanning gaat er minder energie verloren.

Om die reden is het gebruikelijk zonnepanelen onderling in serie te schakelen. Ieder paneel geeft zijn spanning als het ware door aan het volgende, die er zijn eigen spanning aan toevoegt. Een serie van tien panelen kan zo een spanning van honderden volts opbouwen.

Gelijkstroom gedraagt zich anders dan wisselstroom. Als een eenmaal gesloten gelijkstroomcircuit wordt onderbroken kan een zogenaamde ‘vlamboog’ ontstaan, die het stroomcircuit instandhoudt.

De spanning die een systeem zonnepanelen levert is in de meeste gevallen niet direct geschikt voor gebruik. Allereerst zijn de meeste huishoudelijke apparaten gemaakt voor wisselspanning – hoewel een gewone gloeilamp ook prima brandt op gelijkstroom. Daarnaast zou het vervelend zijn als de fluctuaties in lichtinval doorwerkten in de aangesloten apparatuur. Zonnepanelen worden daarom doorgaans aangesloten op het lichtnet, dat een constante wisselspanning van 230 volt levert. De zonnestroom vormt dus een aanvulling op de stroom uit het lichtnet – en andersom.

Om op het lichtnet te worden aangesloten moet de gelijkspanning worden omgezet in een constante wisselspanning van 230 volt. Dit gebeurt in een omvormer. De omvormer zet de gelijkspanning eerst om in een sinusvormige wisselspanning. Deze wisselspanning wordt vervolgens getransformeerd naar een spanning die iets boven de lokale netspanning ligt. Dit om te zorgen dat de zonnestroom daadwerkelijk in het net wordt ‘teruggeleverd’.

Een belangrijke functie van de omvormer is het bepalen van de maximale verhouding tussen stroom en spanning, het Maximal Power Point (MPP). Een gewoon zonnepaneel bouwt bij helder weer een openklemspanning (Voc) op van ongeveer 35 volt. Bij gesloten circuit neemt deze spanning echter af, afhankelijk van de weerstand van de aangesloten apparatuur. Apparatuur met een erg lage weerstand kan dus weliswaar een hoge stroom trekken, maar de spanning neemt dan zo sterk af dat het geleverde vermogen (immers het product van stroom en spanning) niet veel meer voorstelt. De optimale verhouding tussen stroom en spanning is voor elk type paneel verschillend, en wordt in een grafiek weergegeven. Een goede omvormer weet dit MPP snel te vinden. Sommige omvormers zijn tegenwoordig uitgerust met meerdere MPP-trackers, waardoor systemen met verschillende orientatie of hellingshoek toch op één omvormer kunnen worden aangesloten.

Het kan zijn dat de stroom die door uw zonnepanelen wordt opgewekt, niet (geheel) door u gebruikt wordt. U bent bijvoorbeeld niet thuis en de zon schijnt. Deze niet door u gebruikte stroom wordt niet opgeslagen, maar geleverd aan het openbare elektriciteitsnet. Uw elektriciteitsleverancier is verplicht de door u aan het net geleverde stroom te verrekenen met de stroom die u afneemt van het elektriciteitsnetwerk, op de momenten dat u meer stroom gebruikt dan de panelen opwekken. Deze verrekening heet 'salderen'. Toepassing van deze salderingregeling is aan bepaalde voorwaarden verbonden:

Om te kunnen salderen moet uw elektriciteitsmeter registreren hoeveel u levert aan het net en hoeveel u afneemt van het net. Uw netbeheerder is verplicht om ervoor te zorgen dat u daarvoor een geschikte meter heeft. Zo'n meter noemt men een teruglevermeter, soms een 'slimme meter'. Als u nog geen geschikte meter heeft, vraagt Zonnefabriek die voor u aan bij uw netbeheerder voor zover dat kan.

Als u een draaischijfmeter heeft, wordt er automatisch gesaldeerd. De draaischijf draait dan namelijk gewoon achteruit. In dat geval is er geen teruglevermeter nodig. Wel is het verstandig om te controleren of de cijfers ook daadwerkelijk 'achteruit tellen' op het moment dat u meer opwekt dan u verbruikt. Er zijn enkele draaischijfmeters bekend die tegen terugtellen geblokkeerd zijn.

Als u stroom gaat terugleveren, moeten twee instanties daarvan op de hoogte zijn: de energieleverancier en de netbeheerder. Ten eerste is dat uw energieleverancier. U kunt de energieleverancier zelf een mailtje sturen, of telefonisch doorgeven dat u stroom gaat terugleveren. Zij houden daar dan rekening mee bij het opmaken van de jaarrekening.

Daarnaast moet ook de netbeheerder weten dat u teruglevert. De netbeheerder is het bedrijf dat het elektriciteitsnet onderhoudt. Zij zijn ook verantwoordelijk voor het uitlezen van de meterstanden en moeten dus weten dat ze ook de teruggeleverde stroom moeten meten. Als uw meter niet geschikt is voor teruglevering, kan het zijn dat ze bij u langskomen om de meter te vervangen.

Helaas heeft elke netbeheerder een ander beleid voor het aanmelden van zonnepanelen. Als uw netbeheerder Enexis, Stedin of Liander is, kunnen wij een groot deel van het werk voor u doen. In een enkel geval sturen we u een formulier ter ondertekening toe. Heeft u echter één van de kleinere netbeheerders (bijvoorbeeld Delta, Endinet, Westland Infra) dan moet u zelf uw zonnepanelen aanmelden; deze bedrijven accepteren geen aanmeldingen van derden. In alle gevallen kan uw netbeheerder contact met u opnemen om uw elektriciteitsmeter te komen vervangen. Als u een draaischijfmeter heeft, kunt u ervoor kiezen die niet te laten vervangen.

In principe hoeft u voor het installeren van zonnepanelen geen vergunningen aan te vragen. Het ministerie van VROM heeft een korte lijst voorwaarden opgesteld waaraan het systeem moet voldoen. Gemeenten mogen geen aanvullende eisen stellen, zolang uw systeem aan deze regels voldoet:

1. De zonnepanelen moeten op het dak van het bouwwerk worden geplaatst.
2. De zonnepanelen moeten bedoeld zijn voor de energie- of warmtevoorziening van het bouwwerk waarop het is geplaatst. Het is ook toegestaan om een zonnepaneel op een bouwwerk te plaatsen ten dienste van een ander op het perceel aanwezig bouwwerk. Zo is een zonnepaneel op een garage ook vergunningsvrij als het stroom opwekt voor de woning op hetzelfde perceel.
3. Het paneel moet één geheel vormen met de installatie voor het opwekken van elektriciteit. Als dat niet het geval is, dan moet de installatie in het betreffende bouwwerk worden geplaatst.
4. Komen de zonnepanelen op een schuin dak, dan geldt dat:
- het zonnepaneel niet mag uitsteken en dus aan alle kanten binnen het vlak van het dak moet blijven;
- de hellingshoek van het zonnepaneel hetzelfde moet zijn als die van het dakvlak waarop het staat;
- De collector of het paneel in of direct op het dakvlak moet worden geplaatst.
5. Komen de zonnepanelen op een plat dak, dan geldt dat het zonnepaneel ten minste net zo ver verwijderd moet blijven van de dakrand als die hoog is. Is het hoogste punt van de collector bijvoorbeeld 50 centimeter, dan moet de afstand tot de dakrand(en) ook minimaal 50 centimeter zijn.
6. U bent particulier stroomverbruiker. In praktijk salderen netbeheerders ook bij (kleine) bedrijven. Volgens de elektriciteitswet zijn ze hier echter nog niet toe verplicht. Er is een wijziging van deze wet in de maak. U levert netto niet meer dan 3000 kWh per jaar terug. Wettelijk hoeven netbeheerders niets te salderen als u meer dan 3000 kWh per jaar teruglevert. In praktijk gaan netbeheerders soepel met deze bovengrens om. Sommige netbeerders salderen tot 5000 kWh, anderen hanteren helemaal geen bovengrens. Ze lopen daarmee vooruit op de nieuwe elektriciteitswet.
7. Het zonnepaneel mag niet geplaatst worden op een monument of in een door het Rijk aangewezen beschermd stads- of dorpsgezicht. Zie voor de meest actuele informatie de website van VROM.