Zonnecellen
Deze zonnecellen bestaan uit twee lagen silicium; een positief geladen (p) en negatief geladen (n) laag, zie figuur 1. Onder invloed van licht ontstaat elektrische energie tussen deze lagen. Dit gebeurt als volgens: door het licht komt straling vrij die elektronen losweekt vanuit de bovenste laag (n-laag) van het paneel. Hierbij komt een elektron vrij, met een bijbehorend gat. Door het ontstaat van het elektron komt een elektrisch veld vrij op het grensvlak van de twee lagen. Hierbij kunnen de
elektronen slechts één kant op. Zo ontstaat een verschil in de spanning tussen de n-laag en de p-laag.
Wanneer deze lagen op elkaar worden aangesloten, gaat de elektrische stroom lopen (Zonnepanelen-info, sd).
Figuur 12: Weergave lagen zonnecel (Zonnepanelen op het dak, sd)
De elektrische energie die ontstaat in een zonnepaneel wordt gelijkstroom genoemd, dit is een vorm van elektrische stroom waarbij de elektronen die ontstaan tussen de p- en n-laag in een constante richting bewegen. De gelijkstroom kan niet getransformeerd worden naar hoogspanning en dient omgezet te worden in wisselstroom. Gelijkstroom kan niet over grote afstanden vervoerd worden zonder grote verliezen te lijden. Wisselstroom heeft echter minder last van verliezen. Wisselspanning kan zelfs worden gebruikt of verkocht worden aan een afnemer of energieleverancier. Het omzetten van gelijkspanning in wisselspanning gaat via een omvormer (Zonnepanelen-info, sd).
Omvormers
Zuivere sinusomvormer
Een zuivere sinusomvormer levert 230 Volt aan elektrische spanning. Deze spanning kan gebruikt worden voor alle elektrische apparaten (Orienteer, sd). De wisselspanning afkomstig van de zuivere sinusomvormer is nagenoeg perfect. Deze omvormer is complexer dan de gemodificeerde
sinusomvormer, en daardoor kwalitatief beter, maar ook duurder (Mobilenergy, 2011).
Gemodificeerde sinusomvormer
De gemodificeerde sinusomvormer levert, net als de zuivere sinusomvormer, 230 Volt aan elektrische spanning. Echter is de spanning afkomstig uit deze omvormer niet geschikt voor alle apparatuur. De spanning wordt als minder ‘schoon’ gezien, en dit uit zich bijvoorbeeld in een ruisgeluid op de radio of een beeldverstoring op de televisie. Het productieproces is minder gecompliceerd dan bij de zuivere sinusomvormer (Orienteer, sd).
Beide omvormers hebben hun kwaliteiten. Zo is de gemodificeerde sinusomvormer relatief
laaggeprijsd en werkt deze redelijk goed met de meeste apparatuur. Wanneer de spanning gebruikt zal worden voor apparaten met elektromotor, is de zuivere sinusomvormer noodzakelijk. Deze optie is echter duurder.
55 Soorten zonnepanelen
Er zijn twee verschillende soorten zonnepanelen. In onderstaande paragraaf worden de hybride en photovoltaïsche zonnepanelen nader toegelicht.
Hybride zonnepanelen
Hybride zonnepanelen zijn niet alleen geschikt voor de opwekking van elektriciteit, maar ook voor de opwekking van warmte. Deze panelen worden PVT-panelen genoemd, dit staat voor photovoltaïsch-thermische zonnepanelen. Bij deze manier van opwekking worden de systemen zonnepanelen en zonnecollectoren gecombineerd. Verder in dit hoofdstuk wordt de werking van zonnecollectoren toegelicht.
De hybride zonnepanelen zijn voornamelijk aantrekkelijk voor de opwekking van energie per vierkante meter. Het wordt aangeraden om deze systemen toe te passen op huishoudens met een klein dakoppervlak. Dit omdat er dagelijks voldoende warmwaterbehoefte nodig is (Zonne-paneel, sd). Voor een zonneboerderij is dit type zonnepanelen niet interessant. Er wordt dan ook niet verder op in gegaan
Photovoltaïsche zonnepanelen
De photovoltaïsche zonnepanelen zijn de meest gebruikte zonnepanelen. Bij deze panelen wordt licht omgezet in elektrische stroom. Er worden verschillende materialen gebruikt voor de cellen waaruit deze zonnepanelen bestaan. Dit wordt hieronder nader toegelicht.
Monokristallijn zonnepanelen
Een monokristallijn zonnecel is gemaakt van silicium. Het silicium wordt verwarmd en vervolgens gecontroleerd afgekoeld. Hierdoor zullen de kristallen dezelfde richting op komen te liggen, zie figuur 2.
Figuur 13: Monokristallijn zonnecel (Zonnepanelen, sd)
Doordat de kristallen dezelfde kant op staan kan meer energie opgewekt worden per oppervlak.
Deze zonnecellen werken het best wanneer er direct zonlicht opvalt. Het productproces van de monokristallijn zonnepanelen is duur in vergelijk met polykristallijn zonnepanelen (Zonne-paneel, sd).
Polykristallijn zonnepanelen
Polykristallijn zonnecellen zijn net zoals monokristallijn zonnecellen gemaakt van silicium. Ook hierbij wordt het silicium eerst verhit, echter is de nabewerking anders. Doordat de afkoeling
ongecontroleerd is, komen de kristallen niet in dezelfde richting te liggen, maar door elkaar (Zonne-paneel, sd). Zie hiervoor figuur 3.
56
Figuur 14: Polykristallijn zonnecel (Zonnepanelen, sd)
Deze polykristallijn zonnecellen werken optimaal bij indirect zonlicht en zijn, zoals hierboven vermeld, goedkoper om te maken.
Amorf zonnepanelen
Amorf zonnepanelen, of dunne film zonnepanelen, zijn zonnepanelen die bedekt zijn met een dunnen photovoltaïsche laag, zie figuur 4.
Figuur 15: Amorf zonnecel (Borgo elektriciteit, sd)
Amorf zonnepanelen kunnen tegen een lagere prijs geproduceerd worden. Echter hebben deze panelen wel een lager rendement dan monokristallijn en polykristallijn zonnepanelen. Een voordeel van een amorf zonnepaneel is dat deze werkzaam blijven bij hoge temperaturen (Zonne-paneel, sd).
Glas-glas zonnepanelen
Een glas-glas zonnepaneel is een paneel wat zowel aan de voorkant als aan de achterkant van het paneel voorzien is van een glasplaat, zie figuur 5.
Figuur 5: Glas-glas zonnepaneel (Zonne-energie gids, sd)
Deze panelen zijn extra stevig en hebben een levensduur van meer dan 30 jaar. De panelen zijn door de glasplaten ondoordringbaar voor bijvoorbeeld water en stof. Hierdoor is de degradatie van het paneel nihil (Twente Zon, sd).
Zonnecollectoren
Een zonnecollector is een systeem waarbij warmte (thermo-elektrische zonne-energie) wordt opgewekt. Het zonlicht wat opgevangen wordt door een zonnecollector wordt omgezet in warmte.
Hierbij wordt geen gebruik gemaakt van de elektromagnetische eigenschappen van zonlicht, die wel gebruikt worden bij de photovoltaïsche zonnepanelen. Deze warmte kan direct gebruikt worden of
57 voor gebruik omgezet worden in stroom (Zonnepanelen-info, sd). Dit gebeurt door middel van een stoomturbine.
Vlakke-plaat collector
Deze vorm van zonnecollector wordt vaak gecombineerd met een zonneboiler. De collector bestaat uit een zwarte plaat die dient als absorber, omringd met isolatiemateriaal, zie figuur 6. Hierdoor kan de vlakke-plaat collector efficiënt warmte opnemen.
Figuur 6: Vlakke-plaat collector (GoLanTec, 2018)
Over de plaat en het isolatiemateriaal is een glazen afdekplaat geplaatst. De leidingen waardoor het water stroomt dat verwarmd wordt door de vlakke-plaat collector, zitten aan de onderkant van de collector. Zo kan het water gemakkelijk worden opgewarmd (Zonnepanelen-info, sd).
Zonneschotel
De zonneschotel is een schotelvormige paraboolspiegel waarbij al het invallende licht wordt samengebracht op één brandpunt, zie figuur 7.
Figuur 7: Zonneschotel (Dreamstime, sd)
Door dat al het licht op één punt wordt samengebracht, kan de temperatuur van het brandpunt hoog oplopen. Deze warmte wordt door middel van een heteluchtmotor omgezet in beweging, wat
vervolgens door een dynamo omgezet kan worden in elektriciteit (Zonnepanelen-info, sd).
Parabolische trog
Een parabolische trog is een langwerpige gekromde spiegel met een groot brandvlak, zie figuur 8.
Figuur 8: Parabolische trog (De groene energiemaatschappij, sd)
58 In dit brandvlak zit een buis waardoor vloeistof stroomt. Deze buis wordt verwarmd door het
invallende zonlicht en is meestal gevuld met olie. De olie, of andere vloeistof, kan opgewarmd worden tot 500 graden Celsius en wordt gebruikt om water te koken. De stoom die hierbij ontstaat wordt door een stoomturbine gestuurd die energie opwekt.
Omdat de parabolische trog erg afhankelijk is van zonlicht en dus geen energie opwekt wanneer geen zon schijnt, kan de warmte opgeslagen worden. Dit gebeurd in een tank die gevuld is met materiaal dat warmte goed kan opslaan, vaak wordt nitraatzout gebruikt (Zonnepanelen-info, sd).
Zonnetoren
Een zonnetoren is een hoog en smal gebouw omringd door spiegels. Deze spiegel zijn draaibaar en reflecteren al het gevangen zonlicht op één punt boven op de toren (het brandpunt), zie figuur 9.
Figuur 9: Zonnetoren (Zonnepanelen-info, sd)
Dit brandpunt wordt erg heet. In het hoogste punt van de zonnetoren zit een opslagmechanisme die de gewonnen warmte doorgeeft aan een waterketel. Hierbij komt stoom vrij wat door middel van een stoomturbine omgezet wordt in elektriciteit (Zonnepanelen-info, sd). Net als de parabolische trog werkt de zonnetoren enkel wanneer de zon schijnt.
Zonneschoorsteen
De zonneschoorsteen lijkt enigszins op de zonnetoren, zie figuur 10.
Figuur 10: Zonneschoorsteen (Technisch weekblad, sd)
Echter zijn de zonnetoren en zonneschoorsteen niet met elkaar te vergelijken. De zonneschoorsteen zet warmte om in elektriciteit doordat de warme lucht opstijgt. Door zonnecollectoren wordt de lucht opgewarmd, waarna deze door de zonneschoorsteen omhoog zal stijgen. In de schoorsteen zit een turbine geplaatst die uit de luchtstroming elektriciteit kan onttrekken (Zonnepanelen-info, sd).
Mogelijkheden zonneboerderij
Voor een Zonneboerderij is de vlakke-plaat collector de beste optie. Deze heeft een relatief hoog rendement, lage installatiekosten en is gemakkelijk te plaatsen. Ook zorgt dit systeem voor zo min mogelijk verstoring van het landschap. Het rendement van een zonnecollector in Nederland is echter op grote schaal niet interessant. Door de klimaatomstandigheden is een zonnecollector slechts een beperkt deel van het jaar productief.
59