stroompunt.nl

Een zonnepaneel of PV-paneel (van het Engelse 'Photo-Voltaic') is een paneel dat zonne-energie omzet in elektriciteit. Hiertoe wordt een groot aantal fotovoltaïsche cellen op een paneel gemonteerd. Ook de zonnecollector wordt soms tot de zonnepanelen gerekend, maar deze is op een ander principe gebaseerd, namelijk opwarming van een stromend medium, meestal water.

De zonne-energie die zo wordt opgevangen is een vorm van duurzame energie, met andere voor- en nadelen dan energieopwekking met fossiele brandstoffen. Zonnepanelen worden ook toegepast voor de energieopwekkingen in de ruimtevaart.

Werking
Zonnecellen zijn meestal 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. Een andere vorm van PV zijn de elementen gemaakt met de dunnelaagtechnologie. Hierbij wordt gebruikgemaakt van amorf silicium. Deze elementen hebben een lager rendement, maar zijn ook beduidend goedkoper. Het rendement van gangbare zonnecellen ligt tussen ca. 5 en 15%, waarbij de cellen met betere rendementen wel meestal onevenredig veel duurder zijn.

Fotovoltaïsche zonnepanelen benutten zonlicht of daglicht, waarbij door de absorptie van fotonen in de zonnecellen een spanning ontstaat die wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken. De fotovoltaïsch opgewekte stroom kan aan het lichtnet geleverd worden (netgekoppeld systeem), in accu's opgeslagen worden (voor verlichting of bijvoorbeeld voor communicatiesystemen op afgelegen plekken) of direct gebruikt worden om bijvoorbeeld een pomp aan te drijven (autonoom systeem). Een zonnecel die met zijn esthetische kwaliteit bijzonder geschikt is voor zichtbare architecturale toepassingen, is de achtercontactcel. Die wordt zo genoemd omdat alle elektrische contacten op de achterzijde plaats vinden en de voorkant een nauwelijks zichtbaar metalen raster heeft, zonder storende dubbele metaalstroken. Dat resulteert ook in een grotere bruikbare oppervlakte van de cellen en hoeveelheid geleverde stroom.

Koppeling aan het electriciteitsnet
Sommige zonnepanelen worden via een inverter aan het elektriciteitsnet gekoppeld, andere slaan overtollige energie op in een accu. Voor de tweede mogelijkheid wordt vooral gekozen op plekken waar het elektriciteitsnet ontbreekt of een aansluiting te duur is. De accu's moeten natuurlijk wel voldoende capaciteit hebben om een paar donkere dagen te overbruggen. Systemen die aan het elektriciteitsnet zijn gekoppeld sluizen de energie die niet wordt gebruikt door naar het energiebedrijf. In dat geval loopt de elektriciteitsmeter terug zolang in huis minder elektriciteit wordt gebruikt dan het zonnepaneel levert. Systemen die aan het elektriciteitsnet gekoppeld worden zijn netgekoppelde decentrale opwekkers.

Kosten
De terugverdientijd voor fotovoltaïsche zonnepanelen ligt anno 2006 rond de 30 jaar. De levensduur, afhankelijk van de kwaliteit, ligt tussen de 30 en 45 jaar voor zonnepanelen met kristallijne cellen en tussen de 5 en 15 jaar voor panelen op basis van amorf silicium. Tot 2004 werd in Nederland veel geïnvesteerd in zonne-energie, maar het abrupt stopzetten van subsidie heeft hier een eind aangemaakt. In andere Europese landen wordt nog wel veel geïnvesteerd in zonnepanelen omdat deze op lange termijn zinvol zijn. Niet alleen vanuit milieu-oogpunt, maar met de stijgende stroomprijs (tussen 2000 en 2004 met 8% per jaar en in 2005 met 12%), toenemend ook vanuit economisch oogpunt.

Een zonnepaneel kost ongeveer €600 per 100 Wp (prijspeil 2006). Een PV paneel levert in Nederland per 100 Wp op jaarbasis ca. 80 kWh. Elektriciteit kost €0,21 per kWh (NL, 2005). De jaarlijkse besparing bedraagt dus €17 per 100 Wp. Een paneel verdient zich daarom volgens de huidige stand van zaken in 33 tot 40 jaar terug. Als de elektriciteitsprijs stijgt zal deze tijd korter worden.

Deze berekening gaat er van uit dat er dichtbij een stopcontact beschikbaar is. Op afgelegen plaatsen, waar geen elektriciteitsnet beschikbaar is kan het wel degelijk kosteneffectief zijn om een zonnepaneelinstallatie te installeren, vooral bij kleine vermogens waar een dieselgenerator te veel van het goede zou zijn. Men vindt zonnecellen dan ook al vaak op plaatsen waar een net niet voorhanden is, bijvoorbeeld op zeiljachten, boeien, palen langs de weg of op draagbare voorwerpen zoals rekenmachines.

In België, maart 2007 resulteerden de tegemoetkomingen van de diverse overheidsinstanties - gegeven de elektriciteitsprijzen bij Electrabel - in een te verwachten terugbetalingstermijn van de zonnepaneelinstallatie van circa 10 jaar. Dit mede dankzij de elektriciteitsopbrengst van deze geruisloze, milieuvriendelijke en duurzame energiebron. Zonder deze tegemoetkomingen zou bij die prijzen de afbetaling circa 50 jaar duren. Europese deskundigen voorspellen dat zonnestroom vanaf 2015 of 2017 volledig kan concurreren met marktprijzen van conventioneel opgewekte elektriciteit.

De productie van zonnepanelen vraagt op zich ook energie. De terugverdientijd van zo’n systeem in termen van energie in België en Nederland ligt tussen 2 en 2,5 jaar, wat minder dan een twaalfde is van zijn levensduur.

Toepassingen
In verhouding tot conventionele energiebronnen zijn zonnepanelen dus duur in aanschaf en slechts op lange termijn kostenbesparend. Van de wereldwijde energiebehoefte wordt slechts een zeer klein deel opgewekt met zonnepanelen. In Portugal, Duitsland, Japan, Australië, Canada en de Verenigde Staten staan enkele grote zonnepaneelinstallaties die veelal door overheden zijn gesubsidieerd.

De grootste PV-installatie in België is 5.600 m² groot (op een dakoppervlakte van 12.000 m²) en heeft een vermogen van 340 kWp (kilowattpiek). Ze werd in mei 2007 geïnstalleerd op het dak van mediabedrijf Alfacam in Lint. De 1.927 fotovoltaïsche panelen produceren jaarlijks enerzijds 270.000 kWh aan elektriciteit.

De grootste zonnestroomcentrale ter wereld, 'Waldpolenz’, met 550 000 zonnepanelen op een oppervlak van 110 hectare, wordt tegen 2009 gebouwd in het Duitse stadje Brandis bij Leipzig. Ze zal jaarlijks 40 megawatt-piek leveren, ongeveer 25 000 ton CO2 uitsparen en terugverdiend worden in 1 jaar (!) bij een voorziene levensduur van ten minste 20 jaar, maar waarschijnlijk 30 tot 40 jaar.

Een gebied waar zonnepanelen op grote schaal zeer succesvol worden toegepast is de ruimtevaart. Ruimtevaartuigen in een baan om de Aarde en met bestemmingen in het binnenste deel van het zonnestelsel worden veelal uitgerust met zonnepanelen. Voor bestemmingen verder dan Mars kunnen zonnepanelen onvoldoende energie opwekken als gevolg van het zwakke zonlicht en zijn dus andere systemen zoals bijvoorbeeld radio-isotoopgeneratoren beter geschikt.