Werking zonnepanelen? Algemene informatie over de werking van een zonnepaneel

De zonnecel is het hart van het zonnestroom- of PV-systeem. Als zonlicht invalt in de cel, staat een lichtdeeltje (foton) zijn energie af aan een negatief geladen deeltje (elektron) uit het materiaal van de zonnecel, dat hierdoor losraakt en zich vrij gaat bewegen. Een in het materiaal aangebracht elektrisch veld (de zogenaamde p-n overgang) trekt de elektronen naar de voorzijde van de zonnecel.

De elektronen laten een positief geladen materiaal met lege plaatsen (gaten) achter. De achterzijde van de zonnecel is daardoor positief geladen. Wanneer de voor- en achterzijde van de zonnecel buitenom met elkaar worden verbonden, gaat een elektrische stroom lopen. Zo levert de cel energie aan een accu, een pomp of het elektriciteitsnet.

Een zonnecel wordt gemaakt van een halfgeleidermateriaal dat elektriciteit levert zodra er licht op valt. Voor de huidige zonnecellen is silicium het meest gebruikte halfgeleidermateriaal. Daarmee kunnen drie typen zonnecellen gemaakt worden:

 

1.monokristallijn zonnecellen

Monokristallijn zijn vervaardigd uit siliciumplakken, die uit een groot donkerblauw “monokristal” zijn gezaagd. Dat kristal is gecontroleerd afgekoeld, waardoor een gelijkmatige structuur is ontstaan. Dus ook een gelijkmatige kleurstelling

 

 

2. Polykristallijn zonnecellen

Polykristallijn (of multikristallijn silicium) worden gegoten en vervolgens gezaagd. Dit is een ander proces dan dat van de monokristallijne cellen. Tijdens het stolen ontstaan verschillende kristallen die het materiaal een onregelmatig geschakeerd uitzicht geven. Het rendement van polykristallijne cellen ligt iets lager (circa 2%) dan dat van monokristallijne cellen. Het zonnepaneel heeft een blauwe kleur

 

 

3. Amorf silicium cellen

 Amorf silicium cellen worden opgedampt op een ondersteunend materiaal. De opbrengst is niet zo hoog, maar veel goedkoper. Voordelen zijn het kleinere materiaalgebruik, de continue productie met laag energieverbruik, en de mogelijkheid ze te plaatsen op grote oppervlaktes op goedkope dragers, zoals een dakbedekking.

 ● CIGS-cellen

CIGS-cellen zijn ook amorf silicium cellen alleen is het een compositie van meerdere dunne metaallagen (“thin film”) die op elkaar zijn aangebracht en een halfgeleider vormen. CIGS-cellen staan bekend om hun hoge energie rendementen

 

 

 

Geschiedenis :

De term "fotovoltaïsch" komt van een Grieks woord (φώς) voor licht (in Latijns schrift: fos), en de naam van de Italiaanse natuurkundige Volta, naar wie de eenheid Volt is genoemd. Het betekent letterlijk van licht en elektriciteit.

In 1839 werd het fotovoltaïsche effect voor het eerst onderkend door de Franse natuurkundige Alexandre-Edmond Becquerel. De eerste zonnecel werd in 1883 door Charles Fritts gemaakt. Hij bedekte een halfgeleider, seleen, met een uiterst dunne laag goud om op die manier de juncties te vormen. Het apparaat had een rendement van 1%. Russell Ohl ontdekte de pn-junctie in 1939. Hij patenteerde de moderne zonnecel in 1946 (US2402662, "Light sensitive device"). Daarvoor had Sven Ason Berglund al een patent op methoden om de capaciteit van lichtgevoelige cellen te verhogen. Het moderne tijdperk van zonne-energietechnologie begon in 1954, toen bij Bell Laboratories onverwacht werd ontdekt dat silicium erg gevoelig is voor licht als het bepaalde onzuiverheden bevat. De ontdekking leidde tot de productie van de eerste praktisch bruikbare zonnecel met een rendement (zonne-energie ten opzichte van elektrische energie) van ongeveer zes procent.

 

 

Omvormers :

Omvormer algemeen:

Zonnepanelen leveren gelijkstroom, voordat dit gebruikt kan worden moet het omgezet worden naar een wisselstroom van 230Volt.

Het omvormen van de gelijkstroom naar wisselstroom is de hoofdtaak van de omvormer.

Aan de zonnepanelen-zijde beschikt een omvormer over een MPP-Tracker, dit onderdeel zoekt naar de meest optimale combinatie van spanning en stroom uit de panelen zodat het maximale vermogen uit de zonnepanelen gehaald word.

Omvormers beschikken over verschillende beveiligingen waardoor de omvormer uitschakelt als er aan de kant van de zonnepanelen of het lichtnet een fout ontstaat.

Daarnaast laten de omvormers hun opbrengst gegeven “zien” op een display en worden deze gegevens d.m.v. een Wifi / internet verbinding doorgegeven aan een extern display of het internet, zodat de opbrengst in de browser of een mobile- of tablet app bekeken kan worden. Dit heet monitoring.

Soorten omvormers :

1.  String Omvormer.

De meeste omvormer producenten maken string omvormers. Dit is het goedkoopste en ( tot nu toe ) meest gebruikte omvormertype.

Op een string omvormer worden een of meerdere strings ( serie schakeling van panelen ) aangesloten, waarbij de hoeveelheid panelen in een string de spanning bepalen welke word aangeboden op de omvormer.

Als Voorbeeld, in een string zijn 5 zonnepalen opgenomen ;

Ieder Paneel genereert een spanning van 38 Volt, 
Omdat de panelen in serie staan worden de individuele spanningen bij elkaar opgeteld,

Dit resulteert in een aangeboden spanning bij de omvormer van 190 Volt.

Met een nominale stroom per paneel van 8 Ampere, komt het totaal vermogen van de 5 panelen uit op 1520 Watt.

 

Een zonnepaneel is opgebouwd uit gemiddeld 60 stuks Zonnecellen, deze 60 cellen van wekken een spanning op van ongeveer 0,6 Volt wat resulteerd in een een totale spanning per paneel van 38 Volt.


De zonnecellen in een zonnepaneel zijn in serie met elkaar zijn gekoppeld, daardoor heeft schaduw een direct effect op het functioneren van het zonnepaneel.

Een Zonnecel gaat energie produceren onder invloed van zonlicht, maar als deze zonnecel/ zonnecellen geen zonlicht ontvangt/ ontvangen zal door de serie schakeling van deze 60 stuks zonnecellen, het transport van energie door het zonnepaneel worden beperkt.

Wanneer er in een zonnestroom installatie zonnepanelen worden geïnstalleerd welke door schaduwvorming minder gaan functioneren, heeft dit een direct gevolg voor alle andere zonnepanelen in dezelfde string.

Zie het maar als een tuinslang waar u met uw voet op gaat staan, het maakt niet uit waar je dit doet, het resultaat is dat er uiteindelijk minder uitkomt.

De Bypassdiodes in de zonnepanelen kunnen dit tot een zekere hoogte voorkomen, echter zorgt elke ingeschakelde bypassdiode voor het inzakken van de string spanning.

Moeten er veel bypass diodes inschakelen dan zakt de stringspanning onder de minimumspanning waarop de stringomvormer nog kan werken, waardoor de omvormer zich uitschakelt om onnodig energie verbruik te beperken.


String omvormers beschikken over 1 of 2 MPP-Trackers. In schaduwgevallen kan het gebruik van een omvormer met 2 MPP-Trackers het opbrengst verlies door schaduw beperken. Toch blijft een string omvormer gevoelig voor schaduwval. Een beschaduwd paneel kan de output van de volledige String beperken.

 

 2.     Solar Edge, Optimizer systeem

Bij een traditionele String omvormer hebben we één meter op de omvormer. Hierop zien we alleen de gegevens van het complete systeem, niet van de afzonderlijke zonnepanelen.

We moeten erop vertrouwen dat alles goed werkt op het dak, maar zeker weten doen we dit niet, want zoals hierboven uitgelegd worden bij een string omvormer de panelen serieel met elkaar gekoppeld waarbij de ketting net zo sterk is als de zwakste schakel.

Aangezien de installatie op het dak voor de komende 25 jaar goed moet functioneren is het belangrijk ook inzicht te krijgen in de werking van de gehele PV installatie, maar zeker het functioneren van de zonnepanelen op het dak.

Solar Edge heeft hiervoor een Uniek systeem ontwikkeld.

De Intelligentie van de centrale MPP-tracker zoals gebruikt in een string omvormer,word nu geplaatst bij elk paneel.

Hiervoor word gebruik gemaakt van een Optimizer welke al deze eigenschappen in zich heeft incl. aanvullende intelligente eigenschappen.

De Optimizers worden vervolgens aan elkaar gekoppeld en aangesloten op de Solar Edge omvormer.

 

In plaats van een variabele spanning onder invloed van de intensiteit van de zon, wordt de aangeboden spanning op de omvormer vastgezet op een ideale standaard spanning. 

Waarbij de omvormer de dirigent wordt van de PV installatie, en zo de Optimizers aanstuurt dat de ideale spanning op de omvormer word aangeboden, zodat de Solar Edge omvormer op zijn maximale rendement kan functioneren.

De Optimizers geven de informatie door over de werking van ieder afzonderlijk zonnepaneel, waarbij de onderstaande waarden kunnen worden uitgelezen :

☼     Opbrengst in kWh per zonnepaneel.

☼     Vermogen in Watt per zonnepaneel.

☼     Voltage per zonnepaneel.

☼     Amperage per zonnepaneel.

☼     Voltage power-optimizers

Al deze informatie word weergegeven in de monitoring portal van Solar Edge, waarbij steeds de actuele prestatie van uw systeem wordt weergegeven. In een overzichtelijk dashboard zijn ook alle totalen af te lezen.

 

Overzicht voordelen Solar Edge systeem :

☼     Door gebruik te maken van Otimizers meer opbrengst per paneel.

☼     Voortdurende feedback van de prestatie van elk paneel.

☼     automatische spanning afschakeling van elk paneel voor optimale veiligheid bij onderhoud en noodgevallen.

        Dit in tegenstelling tot een string omvormer, waarbij zolang de zon schijnt,
        de zonnepanelen de hoge DC-spanning blijft produceren.

☼     Power Optimizers, 25 garantie

☼     Omvormer, standaard 12 jaar garantie, uit te breiden naar 20. 25 jaar voor lage meerprijzen.

☼     Monitoring : kosteloos voor de levensduur van het systeem.