Zelf energie opwekken met zonne-energie

De meeste mensen zijn bekend met zonne-energie. De zon levert ons licht en warmte. Die energie kunnen we gebruiken om onze huizen te verwarmen en om elektriciteit te genereren. Er zijn verschillende technieken beschikbaar die zonne-energie kunnen omzetten in bruikbare energie. Op welke manier kan zonne-energie het beste een bijdrage leveren?

Energie van de zon

De zon levert ons meer energie dan we nodig hebben.

zonne-energie

Deze uitspraak heb je misschien wel eens ergens gehoord of gelezen. De zon straalt energie naar ons toe. Een gedeelte van de straling zien we als zichtbaar licht, een ander gedeelte voelen we als warmte (infraroodstraling). Er is ook nog een klein gedeelte uv, röntgen en microgolf.

De gemiddelde hoeveelheid energie over een lange periode die van de zon op de atmosfeer van de aarde neerkomt, heet de zonneconstante. Dit is zo’n 1367 Watt per vierkante meter. Maar een gedeelte van de zonne-energie wordt teruggekaatst door bewolking of sneeuw (albedo-effect). Niet alle energie bereikt dus het aardoppervlak. Rondom de evenaar, in de Sahara is de zonnestraling het krachtigst: circa 2200 Watt per m².

In Nederland wordt maximaal zo’n 1000 Watt per m² aan zonne-energie ingestraald. Dat is het geval bij volle zon in de zomer, dus als er geen bewolking is en de zon ongehinderd kan schijnen. Maar de zon schijnt niet het hele jaar vanaf dezelfde plek. In de winter staat de zon lager dan in de zomer. Dat heeft invloed op de hoeveelheid energie die de zon dan per vierkante meter instraalt!

In de winter schijnt de zon loodrecht op het zuidelijk halfrond van de aardbol. Het is dan in Australië zomer en in Europa winter. Hoe verder je naar het noorden gaat, hoe korter de zon schijnt. In Lapland komt de zon zelfs nauwelijks nog boven de horizon uit.

Omdat de zon in de winter lager staat, verspreiden de zonnestralen zich over een groter oppervlak. Zonnepanelen wekken de maximale stroom op als deze de zonnestralen goed kunnen opvangen. ’s Winters zouden zonnepanelen dus eigenlijk rechter op moeten staan om meer zonne-energie op te vangen. Toch wordt dat niet gedaan, omdat de zon in de winter een stuk korter schijnt maar ook minder vaak door de vele bewolking. Daarom worden zonnepanelen vaak wat ‘platter’ gezet, zodat ze in de zomermaanden meer energie kunnen opwekken. De zon schijnt dan langer en vaker!

Gemiddeld is er in Nederland ongeveer 1000 uur volle zon per jaar. Dat betekent dat 1 m² per jaar 1000 kWh aan zonne-energie krijgt ingestraald.

 

Zonne-energie thuis gebruiken

De energie van de zon kun je thuis gaan gebruiken! Momenteel zijn er twee systemen waarmee je de energie van de zon kunt omzetten in bruikbare energie voor jou.

De meeste mensen zijn bekend met zonnepanelen. Deze hebben zonlicht nodig en maken daar elektriciteit mee. Een minder bekend systeem is de zonneboiler. Via een collector op het dak wordt vooral de warmte van de zon benut om warm water te produceren.

Beide systemen hebben voor- en nadelen. Welk systeem vangt de meeste energie uit de zon?

 

Voor- en nadelen zonneboiler en zonnepanelen

Zonneboilers en zonnepanelen hebben beide voor- en nadelen. Hieronder vind je een aantal voorbeelden.

 

vergelijking efficiëntie zonnepaneel zonneboiler
Een collector (van de zonneboiler) levert tot 4x meer energie dan een gelijk oppervlak aan zonnepanelen! Afbeelding links: Atag solar collector II. Afbeelding rechts: willekeurig zonnepaneel
Zonneboiler Zonnepanelen
Rendement, efficiëntie collector max. 85% paneel max. 20%
Overtollige energie beperkt op te slaan in accu’s of in het stroomnet
Bijzondere grondstoffen nodig voor productie nee ja (silicium)
Opbrengst 1 collector / 1 zonnepaneel per jaar € 150 € 40
Levensduur collector / zonnepaneel 30 tot 50 jaar 25 jaar
Levensduur pomp / omvormer 20 jaar 12 jaar
Onderhoud eens per 5 jaar (i.c.m. verwarmingsinstallatie) weinig onderhoud, wel controles
eens per 3 jaar

Stroom uit zonnepanelen

rendement zonnepaneel
Maximaal rendement en opbrengst zonnepaneel

Met zonnepanelen kun je stroom maken uit zonlicht. In het paneel zijn vele cellen aan elkaar gekoppeld. Zodra er licht op valt, ontstaan positieve en negatieve lading: elektriciteit dus.

Zonnepanelen hebben een rendement van maximaal 20%. Dat is niet heel veel. Ongeveer 80% van de zonnestraling wordt weerkaatst de lucht in of verdwijnt als warmte rondom de zonnepanelen.

Stel dat je een zonnepaneel ziet van 1,65 m² (standaard paneel). Deze levert maximaal 250 Wattpiek, dus bij volle zon (1000 W/m²). Dat is een maximaal rendement van 16%.

Aangezien er jaarlijks 1000 uren volle zon zijn in Nederland zou je denken dat zo’n paneel 1000 x 1,65 m² = 1650 Watt x 250 Wattpiek =

Dit rendement wordt alleen gehaald in een ideale situatie. Als het paneel warmer wordt dan 25°C, gaat er per graad circa 0,4% af van het vermogen. Ook moet het paneel goed naar de zon gericht staan.

Een huishouden met 4 personen verbruikt ongeveer 4000 kWh per jaar. Een gelijke hoeveelheid energie kun je halen uit 16 zonnepanelen. Dit is 25% van het totale energieverbruik en is dus alleen voor elektrische apparaten en lampen.

Zou je ook willen verwarmen en koken op elektriciteit, dan heb je dus nog veel meer zonnepanelen nodig.

 

Warmte voor warm water en verwarming uit de zonneboiler

Maximaal rendement zonneboiler

Met een zonneboiler kun je geen stroom produceren, maar wel de warmte van de zon opvangen. Dat gebeurt met een zonnecollector die op je dak staat. Een vloeistof warmt zich op in de collector en een pomp haalt het naar de boiler toe, die bij je binnen staat.

Zonneboilers zijn tot 4x krachtiger dan zonnepanelen. Zou je een gelijk oppervlakte bedekken met een collector, dan haal je er tot 4x meer energie uit dan met zonnepanelen.

De collector van de zonneboiler heeft juist een veel hoger rendement, namelijk 40% tot 80%. Een groot deel van de zonne-energie wordt dus ook gebruikt om warmte mee op te wekken. Het gemiddelde rendement van een collector is dus 60%.

Naast het verwarmen van water zijn sommige zonneboilers ook in staat om je huis te verwarmen. Dat bespaart ook ongeveer 50%. Lees op de pagina over zonneboilers meer informatie hoe dit precies werkt.

Vergelijking zonneboiler en zonnepanelen

De zonneboiler levert geen elektriciteit maar wel warmte voor warm water en verwarming. Zonnepanelen leveren stroom, die gebruikt kan worden om warmte met een warmtepomp te maken. Kun je dat beter doen met zonnepanelen of een zonneboiler?

Opbrengst zonneboiler / zonnepanelen

Zonneboiler Zonnepanelen
3 collectors (dakopp.: ± 7,5 m²) 4,5 zonnepanelen (dakopp. 7,5 m²)
opbrengst: 4000 kWh warmte opbrengst: 1100 kWh stroom

Je ziet dat een zonneboiler met minder dakoppervlak meer energie kan opwekken. Als je dezelfde hoeveelheid warmte voor warm water en verwarming wilt halen uit de zonnepanelen, heb je dus meer zonnepanelen nodig dan collectors.