De milieuproblematiek doet de energieproducenten en ‘consumenten nadenken om zo veel als mogelijk over te schakelen naar een hernieuwbare manier om energie te produceren. De meest zichtbare toepassing van hernieuwbare energie is fotovolta??sche zonne-energie. Tegenwoordig zijn er heel wat mogelijkheden om fotovolta??sche panelen als volwaardig bouwmateriaal te gebruiken, maar is het in Belgi?? mogelijk om alle elektrische energie op te wekken uit zonnecellen?
Hoe werkt het?
Fotovolta??sche zonnepanelen, ook wel PV-panelen genoemd, ontleent zijn naam aan het type zonnecel waaruit het paneel bestaat, namelijk de fotovolta??sche zonnecel. Deze zonnecellen zetten het opgevangen licht rechtstreeks om in elektriciteit. Een standaard zonnecel is zo’n tien bij tien centimeter groot en levert ongeveer 1,3 watt. Losse cellen zijn breekbaar en vochtgevoelig, daarom worden meerdere zonnecellen samen aangebracht op een PV-paneel. Aan elkaar geschakelde PV-panelen op een draagstructuur en met de nodige elektronische randapparatuur vormen een PV-systeem. Dit zorgt ervoor dat de opgewekte stroom wordt opgeslagen of aan het elektriciteitsnet geleverd zodat de eindverbruiker de stroom kan gebruiken.
Een fotovolta??sche zonnecel zet licht rechtstreeks om in elektriciteit. Een zonnecel bestaat uit een dun plaatje halfgeleidend materiaal dat alleen goed elektriciteit geleidt als er licht op valt. Meestal gebruikt men zuiver silicium, dat door chemische bewerkingen een negatieve bovenlaag en een positieve onderlaag krijgt, net als de min- en pluszijden van een batterij. Het uitzicht van een klassieke zonnecel wordt sterk bepaald door twee nogal opvallende zilveren stroken op de voorkant, de busbars. Veel minder zichtbaar zijn de fijne lijntjes die dwars daarop over heel het oppervlak van de zonnecel verdeeld liggen. Die fijne lijntjes verzamelen de elektronen die door de invallende lichtenergie worden losgemaakt uit hun normale positie. Daarna worden ze verzameld in de brede busbars, zeg maar de snelwegen voor elektronen. Een deel van het invallende licht wordt niet omgezet in elektriciteit maar in warmte en een klein deel wordt gereflecteerd. Het aandeel van het invallende licht dat wordt omgezet in elektriciteit noemen we het rendement van de zonnecel.
Zoals eerder vermeld bestaat een fotovolta??sche paneel uit meerdere zonnecellen omdat je met losse cellen in de praktijk niet aan de slag kunt. Daarom worden zonnecellen onderling verbonden via gesoldeerde strips. De voorkant van PV-panelen bestaat uit een lichtdoorlatende plaat, meestal van glas en aan de achterkant wordt een water- en dampdichte folie aangebracht. Ook bevat het paneel een antireflectiecoating waardoor meer licht wordt opgevangen. Er bestaan ook semi-transparante PV-panelen waarbij op de achterkant ook glas wordt gebruikt. Meestal wordt rond het paneel een aluminium kader bevestigd voor de stevigheid en een gemakkelijke montage. Op de achterkant van het paneel wordt een waterdichte aansluitdoos voor elektrische kabelverbindingen gekleefd.
Het kan gebeuren dat er een deel van het zonnepaneel in de schaduw ligt waardoor deze zonnecellen een weerstand wordt die de stroomopwekking sterk hindert vergelijkbaar met het plaatselijk dichtknijpen van een volle tuinslang. E??n enkele beschaduwde cel zal de totale opbrengst van het hele paneel en het hele PV-systeem sterk verminderen en zelfs schade veroorzaken door lokale opwarming. Dit kan gebeuren omdat de cellen in serie zijn geschakeld. In de praktijk wordt dit gedeeltelijk vermeden door tijdens de fabricage van PV-panelen zogenaamde ‘bypass diodes’ in te bouwen, die de invloed van een beschaduwde cel beperken.
De meeste zonnepanelen worden via een omvormer (inverter) aan het elektriciteitsnet gekoppeld. Systemen die aan het elektriciteitsnet zijn gekoppeld plaatsen de energie die niet wordt gebruikt, door naar het energiebedrijf. In dat geval loopt de verbruiksmeter achteruit zolang in huis minder elektriciteit wordt gebruikt dan het zonnepaneel levert. Systemen die aan het elektriciteitsnet gekoppeld worden, zijn netgekoppelde decentrale opwekkers. De inverter converteert de gelijkspanning van de zonnepanelen naar de wisselspanning van het net. Als er een stroomstoring is dan kan de omvormer niet werken, netgekoppelde opwekkers kunnen dus niet dienen om een stroomstoring te overbruggen. Andere systemen slaan overtollige energie op in een accu. Daarvoor wordt vooral gekozen op plekken waar het elektriciteitsnet ontbreekt of een aansluiting te duur is. Deze werkwijze is bekend bij tuinverlichting, waarbij de accu overdag wordt opgeladen en ‘s nachts voor licht zorgt. Tenslotte is er de mogelijkheid dat een zonnepaneel direct een verbruikend toestel aandrijft. Een voorbeeld is de zonnewagen, waarmee dus alleen gereden kan worden als de zon schijnt.
Hoeveel wordt er geproduceerd?
Het vermogen van een PV-cel, een PV-paneel of een PV-systeem wordt uitgedrukt in Wp (Watt-piek), het piekvermogen bij standaard zoninstraling en een zonneceltemperatuur van 25??C. In de praktijk wordt dit vermogen niet dikwijls gehaald omdat de zon niet altijd optimaal schijnt of de celtemperatuur te hoog oploopt waardoor de cellen niet goed werken. De jaarlijkse opbrengst van een optimaal opgesteld hellend PV-systeem met een vermogen van1000 Wp (1 kWp) bedraagt onder de Belgische zon gemiddeld 840 kWh. Verticaal opgestelde PV-systemen op gevels halen 500 ?? 600 kWh per kWp. Naar gelang het type zonnecellen verschillen de oppervlaktes die nodig zijn voor 1 kWp vermogen. Een PV-systeem van 1 kWp met klassieke zonnecellen heeft een paneeloppervlakte van 6 tot 7,4 m, maar dat is ook nog afhankelijk van de fabrikant. Dus de gemiddelde jaarlijkse opbrengst van een gemiddeld PV-systeem is dus iets meer dan 140 kWh/m??.
Er zijn een aantal factoren die een grote invloed hebben op deze cijfers: ori??ntatie en hellingshoek van de PV-panelen, beschaduwing en ventilatie van de PV-panelen om de zonnecellen af te koelen bij hoge temperatuur.
Milieu
De verbranding van fossiele brandstoffen geeft heel wat uitstoot van ‘CO’_2 en bovendien is de voorraad van deze energiebronnen niet oneindig. Bij de productie van 1 kWh elektriciteit uit de verbranding van kolen komt minstens 900 gram ‘CO’_2 vrij, bij verbranding van aardgas is dat 400 gram. Bij productie uit zonlicht is dat slechts 50 gram. Dat er bij zonne-energie nog ‘CO’_2 vrijkomt, komt door de productie.
Economische aspecten
Voor onze energievoorziening zijn we grotendeels afhankelijk van de invoer van fossiele en nucleaire brandstoffen uit het buitenland. De reserves van deze brandstoffen zijn niet oneindig. Daarnaast hebben Belgi?? en de rest van Europa een economische kwetsbaarheid door de grote afhankelijkheid van buitenlandse energiegrondstoffen. Het leidt zelfs tot internationale conflicten met bijvoorbeeld Rusland, hernieuwbare energie kan hier oplossingen bieden. Zonne-energie en andere hernieuwbare energiebronnen zijn onuitputtelijk en met de energiewinning hieruit veroorzaakt men weinig of geen uitstoot van schadelijke stoffen. Bovendien cre??ert de bouw van PV-systemen werkgelegenheid.
Politieke aspecten
In de politiek in Belgi?? is er de laatste jaren heel wat te doen geweest over de subsidieregeling voor het plaatsen van zonnepanelen. De subsidieregeling bestond erin dat men voor elke geproduceerde kWh een gegarandeerde vaste vergoeding krijgt gedurende een termijn van twintig jaar, de zogenaamde groenestroomcertificaten. Een combinatie van het leveren van de teveel geproduceerde elektriciteit aan het net en het eigen gebruik van de geproduceerde stroom levert een besparing op de elektriciteitsfactuur. Een investering in zonnepanelen leverde tot 2012 een belastingvermindering van maximaal 3 680 euro op. Afhankelijk van de woonplaats kon via de gemeente mogelijk nog een additionele subsidie tot maximaal 1 000 euro bekomen worden. Sinds 1 februari 2014 geldt voor alle particulieren die na 1 januari 2014 zonnepanelen op het dak van hun woning hebben geplaatst, dat ze geen subsidies meer krijgen. Vlaams minister van Energie Freya Van den Bossche zegt dat zonnepanelen intussen voldoende rendabel zijn zonder overheidssteun. Door het alsmaar afnemen van deze subsidies zijn de prijzen voor het plaatsen van zonnepanelen sterk gedaald. En ook de netvergoeding die eigenaars van zonnepanelen moesten betalen, is intussen weggevallen.
Mogelijkheden
Er zijn tal van mogelijkheden om je te voorzien van met fotovolta??sche energie. Vooraleerst kun je met PV-systemen elektriciteit krijgen op plaatsen waar dat anders te duur of niet mogelijk is: boeien op het water, boten, caravans’ Er kunnen ook grote zonnestroomcentrales geplaatst worden waar rijen zonnepanelen zonlicht omzetten in elektriciteit en deze op het elektriciteitsnet plaatsen voor consumptie. De grootste zonnestroomcentrale ter wereld, met 550 000 zonnepanelen op een oppervlak van 110 hectare, ligt sinds 2008 bij het Duitse stadje Brandis bij Leipzig. Ze heeft een vermogen van 40 megawattpiek en zal jaarlijks 40.000 megawattuur leveren. Dat lijkt veel, maar de opbrengst is wel beperkt als je deze vergelijkt met een moderne kerncentrale die 100 keer meer produceert. Door deze zonnestroomcentrale wordt er jaarlijks wel ongeveer 25 000 ton CO2 uitstoot bespaard. Maar zonnepanelen zijn vooral handig om elektriciteit te produceren voor eigen gebruik van een bedrijf of een gezin. De zonnepanelen kunnen op het dak geplaatst worden, maar er zijn ook tal van andere mogelijkheden. Zo bestaan er ook semi-transparante PV-panelen waarbij ook de achterkant in glas is uitgevoerd. Door de zonnecellen verder uit elkaar te plaatsen laat het paneel nog wat licht door. Zulke semi-transparante PV-panelen kunnen op maat gemaakt worden waardoor men kan bepalen hoeveel licht nog doorgelaten wordt, afhankelijk van de afstand tussen de zonnecellen.
Voor- en nadelen
Het grootste voordeel van het gebruik van PV-panelen is uiteraard dat hiermee zonne-energie wordt benut. Dit is een onuitputtelijke bron van energie en de winning van zonne-energie zorgt voor geen of weinig uitstoot van schadelijke gassen. Deze vorm van energieopwekking kan dicht bij de verbruiker ge??nstalleerd worden, op het dak of in de tuin. Het gebruik van een fotovolta??sche paneel kent ook enkele nadelen. Een voor de hand liggend probleem is dat er ‘s nachts geen zonlicht is. Dit geldt natuurlijk extra sterk in de winter, wanneer de dagen korter en de nachten langer worden. De zonnepanelen werken wel als het overdag bewolkt is. De wolken laten namelijk nog een groot deel van het diffuus licht door dat omgezet wordt in elektriciteit. Zonnecentrales verminderen broeikasgassen net als de particuliere installaties, maar de grote zonnecentrales hebben ook nadelen. Het transport van de opgewekte stroom vergt lange hoogspanningsleidingen in het landschap, zonnecentrales bezetten daarnaast veel landoppervlak. Dat be??nvloedt lokale flora en fauna. Een ander groot nadeel is dat zonnepanelen plaatsen een zeer grote investering is. De aankoopprijs bedraagt al snel meer dan vijfduizend euro, exclusief BTW. Maar dit is grotendeels te nuanceren, want een fotovolta??sche zonnepaneel verdient zichzelf gedeeltelijk terug omdat voor systemen tot tien kilowattpiek geldt dat de kWh-meter mag worden teruggedraaid wanneer de productie hoger ligt dan het eigen gebruik. Dit kan tot zo’n vijftien cent per kWh opleveren. Alex Polfliet, de voorzitter van PV-Vlaanderen, de sectorfederatie van zonnepanelenleveranciers zegt in artikel op standaard.be: ‘Wie zonnepanelen heeft, betaalt voor een megawattuur groene stroom op dit moment zeker 80 euro minder dan voor gewone stroom.’ Een studie van het Vlaams Energieagentschap bevestigt dat zonnepanelen ook zonder subsidies veel geld opbrengen. Ze zijn nu goedkoper en performanter dan vroeger.
Fotovolta??sche energieopwekking is een milieuvriendelijke manier om elektriciteit te produceren. Men kan op grote schaal zonne-energie opwekken in zonnestroomcentrales, maar deze nemen heel wat plaats in. Zonnepanelen kunnen wel makkelijk dicht bij de verbruikers ge??nstalleerd worden en worden ge??ntegreerd in de woningen en bedrijven door de tal van mogelijkheden die er zijn. Helaas is er een groot minpunt en dat is dat er ‘s nacht geen elektriciteit kan geproduceerd worden met PV-panelen. In Belgi?? is het mogelijk om overdag alle elektrische energie op te wekken uit zonnecellen, maar voor ‘s nachts zijn we afhankelijk van andere energiebronnen.
