Hoe werkt een zonnepaneel?

Steeds meer mensen hebben zonnepanelen, en wekken daar energie mee op. Soms leveren zonnepanelen zelfs zoveel energie, dat het teruggeleverd wordt aan het elektriciteitsnet. Zo kun je een huis met zonnepanelen dus beschouwen als een kleine elektriciteitscentrale. Klinkt leuk, zo’n zonnepaneel op het dak, maar hoe wekt het daadwerkelijk stroom op voor dagelijks gebruik?

De zon als energiebron

Zonnepanelen hebben niet voor niks ‘zon’ in de naam. De zon levert energie aan de aarde, waar we van genieten in de vorm van licht en warmte. Zonnepanelen worden vaak gemonteerd op vlakke en schuine daken op het zuiden, oosten, westen en soms zelfs noordgericht. Meestal worden ze in een hoek geplaatst om zoveel mogelijk zonlicht op te vangen. Deze keuzes worden deels gemaakt om het zonlicht zo veel mogelijk loodrecht op de paneel te laten vallen. Op die manier wordt er op één oppervlak zoveel mogelijk energie opgewekt. De zon staat het hoogst op 21 juni, en in de zomermaanden schijnt de zon ook het meest. In de winter vangen de panelen minder licht, niet alleen door minder zonuren, maar ook doordat de zon lager staat.

Hoe werkt een zonnecel?

Een zonnepaneel bestaat uit zonnecellen. De werkzame stof in een zonnecel is silicium. Twee dunne plaatjes (0.18mm) puur silicium, zogenaamde wafers, vormen de kern van de elektrische stroom in de zonnecel. Eén plaatje is positief en de andere is negatief. Doordat er een extra elektron aanwezig is aan de negatieve kant die wordt aangetrokken door de positieve kant, en ontstaat er een elektrische stroom. De energie van de zon zorgt ervoor dat dit proces in werking wordt gezet.

Hoe wordt zonlicht omgezet in elektriciteit?

Het licht van de zon kan worden beschouwd als kleine energiepakketjes, zogenaamde ‘fotonen’. De fotonen waarvan de energie groot genoeg is, zorgen ervoor dat de elektronen (negatief geladen deeltjes) tussen de silicium wafers gaan bewegen. Dit genereert de elektrische stroom. Sommige fotonen bezitten niet genoeg energie, en zullen als hitte worden geabsorbeerd.

Over de wafers wordt een anti-reflectie laag aangebracht, zodat er zoveel mogelijk zonlicht (fotonen) in de zonnecel kan worden opgenomen. Dit vergroot de efficiëntie van het paneel, want als er minder zonlicht wordt gereflecteerd, wordt er meer licht opgenomen om energie mee op te wekken.

Waarom heb je een omvormer nodig?

In een zonnepaneel zijn dus een aantal zonnecellen aan elkaar verbonden. Door ook daadwerkelijk stroomdraadjes op de zonnecellen te monteren kan de stroom van alle cellen verzameld worden, en wordt er een gelijkstroom geleverd door het zonnepaneel. De omvormer zorgt dat dit wordt omgezet in een wisselstroom, zodat het als elektriciteit in huis kan worden gebruikt.

Naast het omzetten van gelijkstroom naar wisselstroom, heeft de omvormer nog een andere functie. De omvormer bepaalt zelf hoeveel stroom er uit een zonnepaneel wordt gehaald, om de efficiëntie te verhogen. Dit zorgt voor de bescherming van het elektriciteitsnet in huis. Het maximale vermogen van een zonnepaneel kan afhangen van de helling van het dak, de richting ten opzichte van de zon, de locatie, en of er schaduw is. De Maximum Power Point Tracker meet wanneer het zonnepaneel optimaal werkt, en de energieopbrengst het hoogst is. De omvormer speelt dus ook een belangrijke rol in de monitoring van de stroomopwekking. 

Duurzame energie in Nederland: hoe staan we ervoor?

In 2019 werd 8,7% van de energie in Nederland opgewekt door hernieuwbare energiebronnen. Het Europese afgesproken doel voor 2020 was om dit omhoog te brengen naar 14%. Als we alleen kijken naar het aandeel hernieuwbare elektriciteit, werd in 2019 18% opgewekt uit duurzame energiebronnen. Het aandeel van zonnestroom hieraan was 10%. Vooralsnog wordt het grootste deel (58,5%) van de hernieuwbare elektriciteit in Nederland opgewekt door biomassa. Het rapport Hernieuwbare Energie in Nederland 2019 van het Centraal Bureau voor de Statistiek (CBS) laat zien uit welke componenten de huidige energie- en stroomvoorziening is opgebouwd.

Toekomst, uitdagingen, kansen: hoe zit het met energieopslag?

Om alle energie die wordt opgewekt door zonnepanelen op het moment te kunnen gebruiken dat je het hardst nodig hebt, is er een energieopslag nodig. Zo schijnt de zon in de lente en zomer het meest, terwijl het huis in de winter het meest verwarmd en verlicht moet worden. Ook zijn we voor de verwarming in de meeste huizen nog afhankelijk van gas, wat dus niet rechtstreeks met elektra vervangen kan worden.

In veel gevallen wordt bij overvloed aan zonne-energie, de stroom teruggeleverd aan het net. Ook kan deze stroom opgeslagen worden in de accu van bijvoorbeeld elektrische auto’s, via een laadpaal. Toch is er op sommige momenten een back-up stroomvoorziening nodig om iedereen van elektriciteit te voorzien op piekmomenten. Momenteel is duurzame energie helaas nog minder dan 10% van onze energieverbruik [1]. We zijn al heel ver met duurzame energie, maar we kunnen op dit moment nog niet helemáál zelfvoorzienend zijn.

Nederland van het gas af: hoe staan we ervoor?

In 2020 was 91% van de woningen en utiliteitsgebouwen aangesloten op het aardgasnet. Om de doelen van het Parijs akkoord te halen, moet Nederland 50.000 huizen per jaar verduurzamen vanaf 2021, en zelfs 200.000 huizen per jaar per 2030. In het rapport Gasmonitor 2020 van Natuur en Milieu wordt meer uitgelegd over de huidige stand van zaken rondom de warmtevoorziening in Nederland [2].

[1] CBS: rapport Hernieuwbare Energie Nederland 2019
[2] Natuur en Milieu: rapport Gasmonitor 2020