Hoe werken zonnepanelen?

Zonnepanelen zetten zonlicht om in elektriciteit die je in je woning of bedrijf kunt gebruiken. Maar hoe gebeurt die omzetting precies? Wat doet de omvormer en waar gaat de opgewekte energie naartoe wanneer je ze niet meteen verbruikt?

In dit artikel leggen we de werking van een zonnepaneleninstallatie stap voor stap uit, van de zonnecel op je dak tot de elektriciteit voor je toestellen.

Hoe zet een zonnepaneel zonlicht om in elektriciteit?

Een zonnepaneel bestaat uit meerdere zonnecellen die elektrisch met elkaar verbonden zijn. Die cellen worden beschermd door onder meer glas en inkapselingsmateriaal. De meeste zonnecellen zijn gemaakt van silicium, een halfgeleidermateriaal.

Wanneer zonlicht op een zonnecel valt, kan het materiaal een deel van de energie van dat licht absorberen. Daardoor ontstaan beweeglijke elektrische ladingsdragers. Het interne elektrische veld van de cel helpt die ladingen van elkaar te scheiden. Via metalen contacten en een aangesloten stroomkring kan vervolgens elektrische stroom vloeien.

Dit noemen we het fotovoltaïsche effect. Daarom spreken we ook van PV-panelen, waarbij PV staat voor photovoltaic.

Zonnepanelen hebben dus licht nodig om elektriciteit op te wekken. Een zonneboiler werkt anders: die gebruikt zonnecollectoren om warmte op te vangen en daarmee bijvoorbeeld sanitair water te verwarmen.

Wat doet de omvormer?

Zonnepanelen produceren gelijkstroom, ook aangeduid als DC. Het elektriciteitsnet en de aansluiting van de meeste huishoudelijke toestellen werken met wisselstroom, of AC.

De omvormer zet de gelijkstroom van de zonnepanelen om in bruikbare wisselstroom. Bij een netgekoppelde installatie stemt hij zijn werking af op het elektriciteitsnet. Via je elektrische verdeelbord kan de opgewekte elektriciteit vervolgens je toestellen voeden of naar het net stromen.

Veel omvormers registreren ook de productie. Via een app of online portaal kun je dan volgen hoeveel energie je installatie opwekt. Om daarnaast je verbruik en de uitwisseling met het net te tonen, is doorgaans een bijkomende energiemeting nodig.

Hoe worden zonnepanelen met elkaar verbonden?

Bij een installatie met een stringomvormer worden verschillende panelen achter elkaar aangesloten. Zo’n reeks noemen we een string.

Bij een serieschakeling tellen de spanningen van de panelen op. De installateur kiest het aantal panelen per string zo dat de spanning en stroom binnen de grenzen van de omvormer blijven. Daarbij moet ook rekening worden gehouden met temperatuur: de spanning van zonnepanelen stijgt wanneer de cellen kouder worden.

Niet elk dakvlak krijgt op hetzelfde moment evenveel zon. Daarom kunnen panelen met verschillende oriëntaties, zoals oost en west, vaak het best op afzonderlijke MPPT’s worden aangesloten.

Een MPPT, voluit Maximum Power Point Tracker, zoekt tijdens de werking naar de combinatie van spanning en stroom waarbij de aangesloten panelen het meeste vermogen leveren. Dat werkpunt verandert onder invloed van de lichtinval en de temperatuur.

Wil je beter begrijpen hoe de omvormer verschillende dakvlakken aanstuurt? Lees dan [LINK → Hoe werken meerdere MPPT’s op een omvormer?]

Waar gaat de opgewekte elektriciteit naartoe?

De elektriciteit van je zonnepanelen wordt rechtstreeks gebruikt door de toestellen die op dat moment in je woning aanstaan. Dit noemen we zelfverbruik.

Produceren je zonnepanelen minder dan je op dat moment verbruikt, dan neem je het tekort automatisch af van het elektriciteitsnet. Produceren ze meer dan je verbruikt, dan stroomt het overschot naar het net. Dat noemen we injectie. Wanneer productie en verbruik gelijk zijn, is er op dat moment geen netto-afname of injectie.

Stel dat je installatie 3 kW produceert en je woning 1 kW verbruikt. Zonder batterij of productiebeperking wordt dan ongeveer 2 kW geïnjecteerd. Schakel je een bijkomend toestel van 1,5 kW in, dan stijgt je totale verbruik naar 2,5 kW en daalt de injectie naar ongeveer 0,5 kW.

Wat verandert er met een thuisbatterij?

Een thuisbatterij kan een deel van het overschot opslaan om later te gebruiken, bijvoorbeeld ’s avonds. Of en hoeveel de batterij laadt, hangt onder meer af van haar laadniveau, het toegelaten laadvermogen en de instellingen van de sturing.

Een batterij is geen vereiste om zonnepanelen te laten werken. Ze voegt de mogelijkheid toe om energiegebruik te verschuiven in de tijd.

Een batterij kan op verschillende manieren met je zonnepanelen samenwerken. In [LINK → AC- of DC-gekoppelde thuisbatterij: wat is het verschil?] leggen we uit hoe beide systemen werken en wat dit betekent voor je installatie.

Wat betekenen Wp, kW en kWh?

Bij zonnepanelen worden vermogen en energie vaak door elkaar gehaald. Toch betekenen ze iets anders.

EenheidBetekenisVoorbeeldWp — wattpiekHet nominale vermogen van een zonnepaneel onder standaardtestomstandigheden. Een paneel heeft een vermogen van 450 Wp.kW — kilowattHet vermogen dat op een bepaald moment wordt geproduceerd of verbruikt. Je installatie produceert momenteel 3 kW.kWh — kilowattuur De hoeveelheid energie die over een bepaalde tijd wordt geproduceerd of verbruikt.Je installatie heeft vandaag 18 kWh opgewekt.

Tien zonnepanelen van 450 Wp vormen samen een installatie van 4.500 Wp, of 4,5 kWp. Dat betekent niet dat de installatie voortdurend 4,5 kW produceert. Het werkelijke vermogen verandert gedurende de dag.

Levert een installatie gedurende één uur gemiddeld 3 kW, dan heeft ze in dat uur 3 kWh elektriciteit opgewekt.

Ook het paneelrendement is een afzonderlijk begrip. Het geeft aan welk deel van het invallende zonnevermogen wordt omgezet in elektrisch vermogen. Een hoger rendement betekent dat je bij dezelfde omstandigheden meer vermogen uit eenzelfde paneeloppervlakte kunt halen.

Meer uitleg en praktische voorbeelden vind je in [LINK → Wat betekenen Wp, kWh en rendement bij zonnepanelen?] Wil je weten hoeveel elektriciteit een installatie op jaarbasis kan produceren? Lees dan [LINK → Hoeveel brengen zonnepanelen op in België?]

Werken zonnepanelen bij bewolking en in de winter?

Ja, zonnepanelen kunnen ook bij bewolking elektriciteit produceren. Naast rechtstreeks zonlicht ontvangen ze diffuus licht, dat door de atmosfeer en wolken wordt verstrooid. Bij zware bewolking is de beschikbare lichtintensiteit wel veel lager, waardoor de productie afneemt.

Ook in de winter kunnen zonnepanelen werken. De dagen zijn dan korter en de zon staat lager, waardoor de dagelijkse energieopbrengst doorgaans kleiner is dan in de zomer. ’s Nachts produceren zonnepanelen geen bruikbare hoeveelheid zonne-elektriciteit.

Is warmer weer beter voor zonnepanelen?

Een hogere celtemperatuur verlaagt bij gangbare siliciumzonnepanelen doorgaans het rendement. De stroom neemt licht toe, maar de spanning daalt sterker, waardoor het maximale vermogen afneemt.

Hoe sterk het vermogen daalt, wordt uitgedrukt met de temperatuurcoëfficiënt van het vermogen op de technische fiche. Bij een waarde van bijvoorbeeld −0,30% per °C neemt het maximale vermogen met ongeveer 0,30% af voor elke graad waarmee de celtemperatuur boven de referentietemperatuur van 25 °C stijgt, bij dezelfde zoninstraling. Het gaat hierbij om de temperatuur van de zonnecellen, die aanzienlijk hoger kan liggen dan de buitentemperatuur.

Datasheet van Aiko zonnepaneel met invloed van temperatuur aangeduid in het rode kader

Een zonnige, koele dag kan daarom gunstige omstandigheden bieden. Hoeveel energie een volledige dag oplevert, hangt daarnaast af van de hoeveelheid zonlicht en de duur van de dag.

Meer uitleg en een rekenvoorbeeld vind je in [LINK → Wat betekent de temperatuurcoëfficiënt bij zonnepanelen?]

Welke invloed heeft schaduw?

Schaduw vermindert de hoeveelheid licht die op de zonnecellen valt. Omdat cellen en panelen elektrisch verbonden zijn, kan de invloed verder reiken dan alleen het beschaduwde stukje.

Hoe groot het verlies is, hangt af van de plaats en omvang van de schaduw, de interne opbouw van het paneel, de stringindeling en de regeling van de omvormer. Bypassdiodes kunnen onder bepaalde omstandigheden een deel van een paneel overbruggen, maar nemen het opbrengstverlies niet weg.

Optimizers of micro-omvormers kunnen in bepaalde situaties helpen om verliezen door verschillen tussen panelen te beperken. Ze kunnen de ontbrekende zoninstraling echter niet terugbrengen. Een goede analyse van het dak en de schaduw blijft daarom de eerste stap.

In [LINK → Schaduw op zonnepanelen: hoeveel opbrengst verlies je?] gaan we dieper in op de gevolgen van gedeeltelijke beschaduwing. Het artikel [LINK → Wanneer zijn optimizers nodig bij zonnepanelen?] legt uit wanneer optimizers een meerwaarde kunnen bieden.

Blijven zonnepanelen werken bij een stroomuitval?

Een gewone netgekoppelde zonnepaneleninstallatie stopt bij een stroomuitval met het voeden van de elektrische installatie. Alleen zonnepanelen op je dak betekenen dus niet dat je tijdens een stroomonderbreking elektriciteit beschikbaar hebt.

Daarvoor is een systeem nodig dat geschikt is voor back-up of eilandbedrijf, met de nodige omschakeling en scheiding van het openbare net. Ook een installatie met een thuisbatterij heeft die mogelijkheid niet automatisch: de omvormer, batterij en elektrische aansluiting moeten ervoor ontworpen zijn.

Meer hierover lees je in [LINK → Werken zonnepanelen bij een stroomuitval?], waarin we uitleggen wat nodig is om tijdens een netonderbreking stroom te blijven gebruiken.

Waarom is een goed ontwerp belangrijk?

Het resultaat van een zonnepaneleninstallatie wordt bepaald door de combinatie van panelen, omvormer, dak en elektrisch ontwerp.

Een doordacht ontwerp houdt rekening met de beschikbare dakoppervlakte, oriëntatie, hellingshoek en schaduw. Daarnaast moeten de stringindeling, omvormer en aansluiting bij elkaar passen. Ook je verbruik overdag en eventuele toekomstige verbruikers, zoals een laadpaal of warmtepomp, zijn relevant.

Wil je deze basiskennis toepassen op je eigen woning? Lees dan verder in [LINK → Hoeveel zonnepanelen heb ik nodig?]

Bij Ecosun bekijken we de installatie als één geheel. We stemmen het ontwerp af op je dak, je elektriciteitsverbruik en je toekomstplannen. Zo krijg je een onderbouwd voorstel voor zonnepanelen, eventueel aangevuld met een thuisbatterij of slimme sturing.