Inleiding Zonne-energie

Er bestaan twee mogelijkheden om energie van de zon te benutten. De eerste mogelijkheid door gebruik te maken van zonnecellen, die het zonlicht omzetten in elektriciteit. De tweede mogelijkheid is door gebruik te maken van zonnecollectoren, die de warmte van de zon gebruiken voor het verwarmen van water.

 

Elektriciteit uit zonlicht

Fotovoltaïsche systemen produceren een vorm van duurzame energie door zonlicht in één stap om te zetten in elektriciteit. Ze maken dus gebruik van een energiebron die over de hele wereld vrij en in grote hoeveelheden beschikbaar is. Een fotovoltaïsch systeem kan elektriciteit leveren aan het net, of het kan autonoom werken.

Bij zonnepanelen moet je altijd drie aspecten voor ogen houden: energie, economie en ecologie.

Op energetisch vlak telt vooral de betrouwbaarheid van de energievoorziening. Door de sterke schommelingen van de hoeveelheid beschikbare zonne-energie, zowel per dag als per seizoen, en door de onvoorspelbaarheid hiervan, heeft een PV- systeem steeds een vorm van energieopslag of een reservevermogen nodig.

Ecologisch scoren zonnepanelen goed, maar een belangrijke uitdaging is het verminderen van de CO2-uitstoot bij de productie van deze panelen.

Wat het economische aspect betreft zien we dat in onze klimatologische omstandigheden de kostprijs van netgekoppelde systemen nog te hoog is in vergelijking met de energie uit het openbare net. Voor autonome systemen bestaan er wel al markten waarop fotovoltaïsche energie concurrentieel is.

Door hun groot potentieel hebben zonnepanelen in de toekomst een belangrijke rol te spelen in een duurzame ontwikkeling. Verder technologische evoluties en commercialisering zouden moeten bijdragen tot een beter marktpositie.

 

Herkomst

Zonnepanelen werden voor het eerst toegepast in de ruimtevaart. De eerste bekende commerciële toepassing was de rekenmachine op zonne-energie.

Tegenwoordig zijn zonnepanelen ook heel gebruikelijk op lichtboeien en praatpalen. Andere voorbeelden zijn de verlichting van zomerhuisjes, het aandrijven van drinkwaterpompen in weilanden en de stroomvoorziening van communicatie-en bewakingssystemen. Bij deze toepassingen wordt het fotovoltaïsche-systeem niet aan het net gekoppeld. We spreken over een autonome werking. Er is een batterij voor energieopslag en een laadregelaar nodig. Het gaat over het algemeen om een bescheiden energieverbruik op plaatsen waar geen aansluiting op het openbare elektriciteitsnet voorhanden is, of waar een 100% zekere werking wordt geëist.

Naast een autonome werking is het ook mogelijk om fotovoltaïsche- systemen aan het net te koppelen. In dat geval is er altijd een invertor nodig die de gelijkstroom van het zonnepaneel omzet in 230V wisselstroom.

Belangrijk bij het plaatsen

Om een goede opbrengst te hebben van de zonnecellen, is het erg belangrijk ze goed op te stellen. De volgende drie punten zijn hierbij cruciaal.

1)    Beschaduwing: De wijze waarop de zonnecellen achter elkaar in serie worden geschakeld vraagt dat ze allemaal ongeveer evenveel produceren. Een gedeeltelijke beschaduwing van de cellen dient daarom tot elke prijs te worden vermeden.

 

2)    Hellingshoek: Omdat de zon in onze gewesten niet loodrecht aan de hemel staat, moeten de panelen met zonnecellen in de richting van de zon gedraaid worden. De hoogte van de zon verschilt echter naargelang het seizoen. In de winter is de hellingshoek optimaal 60°, in de zomer 30°. Gaat het om een autonome toepassing, dan moeten de cellen ook in de winter nog voldoende energie kunnen produceren. De ideale hellingshoek voor zo’n system is daarom 60°. Is de installatie daarentegen netgekoppeld, dan is het belangrijker om zoveel mogelijk gebruik te maken van de sterke zomerzon. De beste hellingshoek voor netgekoppelde systemen is bijgevolg 30°.

 

3)    Oriëntatie: zonnecellen moeten naar het zuiden gericht zijn. Om esthetische of praktische redenen kan je hiervan afwijken. Het is ook mogelijk om panelen te installeren die de zon kunnen volgen.

 

Werking

Een zonnecel is een rond of vierkant plaatje, gemaakt uit halfgeleidermateriaal, meestal silicium. Bovenop zie je een aantal dunne grijze lijntjes. Dat zijn de metalen contactstroken, die samen het voorcontact vormen. De bodem van het plaatje is volledig bedekt met een dun laagje metaal: Het achtercontact. Voor- en achtercontact zorgen voor de afvoer van de opgewekte elektrische stroom. De levensduur van zonnecellen is zeer lang (20jaar of meer).

Tussen het voorcontact en het achtercontact zit een dun plaatje silicium, het hart van de zonnecel. Het is slechts 0,2 tot 0,4mm dik en zo bewerkt dat er aan de bovenkant een negatieve spanning kan ontstaan, en aan de onderkant een positieve. Daartussen zit de scheidingslaag. Onder invloed van het invallend licht komt er in het silicium een proces op gang waarbij paren van positieve(p) en negatieve(n)ionen worden gevormd. Door de scheidingslaag worden deze paren gescheiden. Zo ontstaat er een spanningsverschil tussen de bovenkant en de onderkant van de zonnecel.

Zodra ‘min’ (voorcontact) en ‘plus’ (achtercontact) met elkaar worden verbonden via een verbruiker van elektrische energie- bv. Een lamp of een accu- komt er een elektrische stroom tot stand. Voor-en achtercontact leveren dus elektrische stroom zoals de twee polen van een batterij. De negatieve deeltjes (elektronen) lopen via het voorcontact naar een elektrisch apparaat om vervolgens weer terug te komen via het achtercontact. In de zonnecel verenigen ze zich met de achtergebleven positieve deeltjes. Het licht vormt telkens nieuwe koppels, die dan door de scheidingslaag worden gescheiden zodat de elektrische kringloop verdergaat.

De verschillende zonnecellen worden gebundeld in een module, want door de zonnecellen in serie te koppelen verhoogt de spanning. Een zonnepaneel bestaat op haar beurt uit verschillende modules. Die dan parallel staan, waardoor de stroomsterkte toeneemt. In beide gevallen stijgt dus het vermogen (=spanning x stroom) evenredig met het aantal cellen. Meestal worden vier rijen van negen zonnecellen in serie aan elkaar gekoppeld.

 

Autonome systemen

Zoals al eerder gezegd zijn dit systemen die niet aan het net gekoppeld zijn. Op zonnige dagen of overdag wordt het teveel aan energie opgeslagen in een accu, om op andere momenten eventuele tekorten te kunnen dekken.

Zulke autonome zonne-energiesystemen zijn vooral geschikt op plaatsen waar slechts een kleine hoeveelheid energie gevraagd wordt en de aansluiting op het elektriciteitsnet onmogelijk, onhandig of te duur is.  De accu en de laadregelaar zijn bij autonome systemen de belangrijkste onderdelen. De laadregelaar dient om het laden en ontladen van de accu te controleren en de levensduur ervan te maximaliseren. De accu is meestal een loodzuurbatterij.

Vb.: lichtbakens op zee.

 

Netgekoppelde systemen

Netgekoppelde systemen leveren hun energie zonder tussenkomst van een batterij aan de gebruiker. Een invertor levert dan een eventueel overschot aan het openbare net. Een invertor is bij zo’n systeem een belangrijke component, want het zet de gelijkstroom van de zonnepanelen om in wisselstroom.

http://natec.be/huis.swf

 

Zonnepark te Lombardsijde

Electrawinds startte in juni 2007 met een zonne-energieproject, waarbij hernieuwbare energie wordt opgewekt door het opvangen van licht in fotovoltaïsche zonnecellen. Deze cellen zetten het licht rechtstreeks om in elektriciteit. Concreet werd een veld (grootte: 6 hectare) in Middelkerke volgebouwd met 7695 zonnepanelen (ca. 400 gezinnen). Dit is goed voor een opbrengst van 1,3MW.  

 

 Zonnecollectoren

 

Zonnecollectoren op het dak vangen het zonlicht op. Met de energie van dit licht wordt water opgewarmd dat in dunne koperen buizen door de collectoren stroomt. De temperatuur van dat water kan zo oplopen tot 90°C.

Het hete water wordt dan in buizen door een groot geïsoleerd voorraadvat geleid. Daar staat het een groot deel van z’n warmte af aan het water in het vat, dat vervolgens kan dienen voor huishoudelijk gebruik. Er bestaan verschillende soorten maar ze zijn allemaal gebaseerd op dit systeem.

Een gewone zonnecollector bestaat uit een vlakke plaat die is samengesteld uit verschillende aluminium of koperen plaatjes. Die zijn bedekt met een zwarte absorberende laag.. De plaatjes warmen op onder invloed van het zonlicht, en geven hun warmte af aan een raster van koperen buizen waarin het op te warmen water circuleert.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Een zonneboiler bestaat in principe uit vier hoofdcomponenten: de zonnecollector, een opslagvat voorwarmwater(de boiler), een elektronische sturing en een pomp.
Het spreekt vanzelf dat de inhoud van de boiler groot genoeg moet zijn om voldoende warm water te bevatten voor uw huishoudelijk gebruik. U kunt baden en/of douchen, schoonmaken en afwassen met het door uw zonneboiler opgeslagen warm water.

De standaardzonneboiler

De standaardzonneboiler bestaat uit een collector en een los voorraadvat. Het collectorwater wordt rondgepompt in een gesloten circuit  dat zijn warmte in een warmtewisselaar –het voorraadvat- aan het leidingwater afgeeft. De standaardzonneboiler heeft een gewone warmwaterboiler nodig als naverwarmer.

aangesloten zonneboiler 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Een beeld van de toekomst zonnetoren: (dit principe wordt nu al toegepast, maar nog niet in zo'n groot formaat).