In 1839 ontdekte de Franse wetenschapper Becquerel het fotovoltaïsche effect. Hij zag bij een experiment met geleidende vloeistof (elektrolyt) en twee metalen voorwerpen, dat er meer elektriciteit geproduceerd werd als er zonlicht op terechtkwam. Tientallen jaren later maakte de Russische natuurkundige Stoletov de eerste zonnecel.

Hoe werken zonnepanelen? En welke soorten zijn er?
 

Basis begrippen elektriciteit

Elektriciteit bestaat altijd uit positieve en negatieve lading. De negatieve lading bestaat uit elektronen, de positieve lading uit atomen. Een kabel bestaat daarom uit een bruine of rode (plus) en een blauwe (min) draad, en soms ook uit een geelgroene (aard) die gebruikt wordt voor stroomafleiding naar de aarde/grond bij bliksem of kortsluiting. Stroom loopt van de negatieve via de verbruiker (bijv. een lamp) naar de positieve lading.

Er bestaat wisselspanning (AC) en gelijkspanning (DC). Wisselspanning komt uit het stopcontact; er wordt simpelweg razendsnel gewisseld tussen positieve en negatieve energie. Daarom maakt het ook niet uit op welke manier je een stekker rechtop of ondersteboven in het stopcontact stopt; er is geen vaste positieve of negatieve ader. Bij gelijkspanning maakt dit wel uit.

De spanning die uit het stopcontact komt heet het Voltage (V). In de huizen en kantoren binnen de EU is deze spanning afgesteld op ongeveer 230 volt (220 V). De stroomsterkte die een apparaat gebruikt wordt uitgedrukt in Ampère (A). De hoeveelheid stroom die een apparaat nodig heeft is het vermogen in Wattage (W).

Je kunt met het voltage, het wattage en het aantal ampère gaan rekenen. Voor zekeringen bijvoorbeeld moet je weten hoeveel ampère er door het systeem gaat, want zekeringen zijn per ampère te verkrijgen.
Onthoud:
Volt = Watt / Ampère    (voorbeeld: 60 W / 5 A = 12 Volt)
Watt = Volt x Ampère    (voorbeeld: 12 V x 0,5 A = 6 Watt)
Ampère = Watt / Volt     (voorbeeld: 50 W / 12 V = 4,2 Ampère)

Het aantal Watts en Ampere kan worden vermenigvuldigd met het aantal uren. Daarmee krijg je de hoeveelheid verbruikte stroom in Wattuur (Wh) en Ampère-uur (Ah).
Voorbeeld:
50 W x 2 uur = 100 Wattuur (Wh)
50 W = 4,2 Ampère
4,2 A x 5 uur = 21 Ah

Zonnepanelen

Zonnepanelen leveren altijd een gelijkspanning. De meeste grote zonnepanelen leveren een spanning tussen de 17-30 volt. Dit is het voltage (V) en dat is weer te onderscheiden in nominale- en nullastspanning. De nominale spanning is het voltage dat het zonnepaneel levert bij normale omstandigheden. De nullastspanning is de spanning die wordt gehaald als het zonnepaneel in de volle zon staat, op de juiste schuine hoek (ongeveer 36° richting het zuiden) en aangesloten is op het systeem. Deze nullastspanning is altijd hoger dan de nominale spanning.
Voorbeeld: een zonnepaneel dat 17 volt nominale spanning levert, kan een nullastspanning van 23 volt bereiken.

Zonnepanelen bestaan uit cellen (zonnecellen). Elke cel levert een laag voltage, bijvoorbeeld 0,5 volt. Alle aan elkaar gekoppelde cellen leveren de uiteindelijke spanning. In een paneel van 100 Watt zitten bijvoorbeeld 36 cellen: het paneel levert dan 36 x 0,5 = 18 volt. Een paneel van 50 Watt heeft ook 36 cellen, maar die zijn een stuk kleiner. Ook dit 50W paneel levert 18 volt. Dat is een ideale spanning voor een laadregelaar om een accu mee op te laden. Grotere panelen hebben meer cellen en dus ook een hoger voltage, bijvoorbeeld 72 cellen leveren ongeveer 36 volt. De hoge voltages zijn geschikter om stroom mee te leveren aan het net.

De meeste autonome zonne-energiesystemen werken op 12 of 24 volt. Beide spanningen zijn aanraakveilig; als je een ontblote kabel of een aansluiting van een (kleine) accu aanraakt, zal er niets gebeuren en zal je hoogstwaarschijnlijk ook zelfs niets voelen. Bij grotere accu’s die een hogere stroom kunnen leveren zal je bij het aanraken van de pool misschien een schokje voelen. Dodelijk zijn deze extra lage spanningen nooit. Toch is het wel raadzaam bij werkzaamheden aan het systeem de spanning uit te schakelen (ook omwille van kortsluiting).

Wattpiek

Het vermogen van een zonnepaneel wordt altijd weergegeven in Wattpiek (Wp). Dit is het maximaal haalbare vermogen dat bereikt wordt wanneer alle omstandigheden gunstig zijn, zoals een optimale hellingshoek van 36°, de zon loodrecht op de het paneel, geen bewolking en een temperatuur van de cellen niet hoger dan 15°C. Veranderen een of meer omstandigheden, dan levert het paneel dus minder stroom.

In de winter staat de zon lager dan in de zomer. Daardoor is de zon minder krachtig. Zo kan het zijn dat een zonnepaneel met 100 Wattpiek, in de winter maximaal 50 Wattpiek kan leveren.

 

Soorten zonnepanelen

Er zijn drie soorten zonnepanelen:
1) Monokristallijn. Deze zonnepanelen geven vooral veel stroom bij directe zonnestraling en dus bij onbewolkt weer. Ze zijn ook het duurst en hebben meestal een lichte kleur blauw.
2) Polykristallijn/multikristallijn. Deze zonnepanelen leveren minder stroom bij volle zon dan monokristallijne, maar hebben een iets hoger rendement bij bewolkt weer. Ze hebben meestal een donkere kleur blauw en zijn goedkoper dan monokristallijn.
3) Amorfe/dunne film. Deze zonnepanelen zijn het donkerst van kleur en het goedkoopst. Daarentegen is het rendement lager en heb je dus meer nodig om dezelfde energieopbrengst te halen.

 

Parallel en serieschakeling

Het is mogelijk om panelen met elkaar te koppelen. Doe dit alleen met panelen van hetzelfde merk en vermogen. Er zijn twee schakelmethoden:
serieschakeling. Hierbij wordt de plus van het ene paneel gekoppeld aan de min van het andere paneel. Daardoor wordt de spanning hoger, maar blijft het vermogen hetzelfde. Dus twee panelen van 50 Watt, die elk 17 Volt leveren zullen bij koppeling ook 50 Watt leveren, maar 34 Volt. Deze manier van schakelen wordt vooral gebruikt bij netgekoppelde systemen. Omvormers hebben meestal een hoge invoerspanning nodig. Het nadeel van dit systeem is dat er sprake kan zijn van schaduwval: staat één paneel in de schaduw, dan bepaalt die de eindspanning. Hierdoor verlies je dus opgewekte stroom.

parallelschakeling. Hierbij worden de plussen van de panelen aan elkaar gekoppeld, en de minnen. Daardoor blijft de spanning hetzelfde, maar wordt het vermogen verhoogd. Dus twee panelen van 50 Watt, die elk 17 Volt leveren zullen bij koppeling ook 17 Volt leveren, maar 100 Watt. Schaduwval is bij parallelschakeling niet mogelijk.

Het koppelen zou kunnen met kroonsteentjes (wel die een grote stroom aankunnen!), maar het nadeel is dat de panelen hierdoor moeilijker losgekoppeld kunnen worden. Dat is wel handig als de panelen om welke reden dan ook het dak af moeten. Gebruik solarconnectors, die kant-en-klaar aan een stukje kabel vast zitten.

solar connector
solar connector

 

Voltmeter

De plus- en mindraad mogen nooit tegen elkaar komen als er bij beide stroom op staat. Dan ontstaat kortsluiting waarbij de maximaal leverbare energie in één klap vrijkomt. Niet voor niets waarschuwt men dan ook voor een grote kans op brand. Als dit bij of in de buurt van een accu gebeurt, is er ook ontploffingsgevaar.
Daarom moet je altijd kunnen controleren bij werkzaamheden of er geen stroom meer staat op de kabels. Een voltmeter kun je daarbij goed gebruiken. Er zijn twee “pennen”: een plus en een min. Daarmee kun je controleren of er spanning op de kabel staat. Let er wel op dat de meter ingesteld staat op volt (V) en gelijkspanning (DC). Ook kun je met dit apparaat kijken of de accu nog vol genoeg is.

symbool gelijkspanning
symbool gelijkspanning

Bij Conrad is een deze meter te koop voor zo’n € 20.
De Voltcraft VC130 (alleen bij Conrad verkrijgbaar)