Het proces waarmee een zonnecel licht omzet naar elektriciteit heet fotovoltaïsche omzetting: de omzetting van licht naar elektriciteit. Veelgebruikt is de afkorting “pv”, dat stamt van het Engelse “photovoltaic”. Het proces van fotovoltaïsche omzetting berust op het principe dat elektriciteit gaat stromen tussen twee niet identieke halfgeleiders als deze met elkaar in contact worden gebracht, en worden blootgesteld aan licht.  De meest gebruikte zonnecel is gemaakt van silicium. Silicium is een halfgeleidermetaal dat op aarde in grote hoeveelheden voorkomt: de grondstof is zand.

Het gebruikte silicium bestaat uit twee verschillende geprepareerde lagen. In de ene laag is een zeer kleine hoeveelheid fosfor aangebracht, in de andere laag een kleine hoeveelheid borium. Tussen deze twee lagen bevindt zich een scheidingslaag. Aan de voorzijde van de cel zijn dunne contactbanen aangebracht, aan de achterzijde van de cel een dun metalen laagje (meestal zilver of nikkel). Onder invloed van licht worden er elektronen in de zonnecel losgemaakt en ontstaat er een spanningsverschil tussen de “min” (voorcontact) en de “plus” (de achterzijde van de cel). Hierdoor gaat er een elektrische stroom lopen. Voor het op gang komen van het fotovoltaïsche proces is niet persé direct zonlicht nodig. Ook op een bewolkte dag levert een zonnecel elektriciteit.  




De huidige zonnecellen worden vervaardigd uit silicium. Er zijn drie verschillende typen cellen te onderscheiden:


 

Zonnepanelen ofwel modules, zijn er in diverse soorten, maten en merken. De mondiale ontwikkeling in de zonne-energiebranche staat niet stil. Er wordt gewerkt aan vele soorten technieken om het zonlicht efficiënt om te zetten in elektriciteit. De meest gangbare technieken worden hieronder beschreven.  
Een zonnepaneel is vaak opgebouwd uit een verzameling zonnecellen, bijvoorbeeld 72 stuks. Afhankelijk van welk type cel er gebruikt is ontstaan er mono- of multikristallijne modules. De productiemethode van mono- of multikristallijne modules is nagenoeg gelijk.

Productieproces kristallijne zonnepanelen
Eerst worden alle cellen met behulp van gesoldeerde ribbons met elkaar doorverbonden. Dit wordt ook wel ‘stringen’ genoemd. Afhankelijk van het aantal cellen dat aan elkaar wordt doorverbonden wordt, levert een paneel gelijkstroom van 12 V, 24 V of 36 V.  

Vervolgens worden de cellen op een soort ‘versmeltfolie, EVA, gelegd. Het EVA wordt vervolgens met de cellen op een glasplaat gelegd. Daarbovenop komt weer een folie, zogenaamd tedlar. Tedlar is de folie die u ziet als u de achterkant van een paneel bekijkt. Het is ook aan de voorkant, tussen de cellen door zichtbaar. Tedlar is er in verschillende kleuren, doorgaans wordt wit gebruikt. Maar ook is doorzichtige tedlar mogelijk. 

Het geheel gaat vervolgens in een laminator, een soort groot wafelijzer. Daar wordt alles tesamen verhit zodat alles met elkaar versmelt en er één geheel ontstaat.  

Daarna worden de meeste panelen voorzien van een aluminium frame. Dit frame vergroot de bevestigingsmogelijkheden. Een zonnepaneel zonder frame wordt ook wel een laminaat genoemd. Laminaten worden met name in dakgeïntegreerde systemen gebruikt (waarbij de zonnepanelen als dakbedekking functioneren).  

Achterop komt de junctionbox. Daarin zijn ondermeer de diodes verwerkt en uiteindelijk komen daar de plus- en de minkabel uit. Deze kabels zijn vaak voorzien van connectors zodat de panelen eenvoudig aan elkaar of aan de omvormer verbonden kunnen worden.  Alle panelen worden geflashed. Dat is een test waarbij het paneel wordt blootgesteld aan een afgemeten bundel licht in een geconditioneerde omgeving. Het vermogen dat het paneel dan afgeeft is bepalend voor de classificatie van het paneel. Dus dat resulteert er in of een paneel een 165 Wp of een 155 Wp of juist een 175 Wp paneel wordt. Deze meetresultaten worden vastgelegd in zogenaamde flashtestdata. Alle panelen hebben een uniek serienummer. De flashtestdata geven exact van dàt paneel het vermogen weer.

 

Afmetingen van een zonnepaneel
De afmetingen van zonnepanelen lopen enorm uiteen. In een rekenmachientje worden bijvoorbeeld enkele hele kleine zonnecellen gebruikt. Maar inmiddels worden er ook panelen van 2 bij 2 m geproduceerd. Fabrikanten hanteren vaak standaardmaten. Productie van speciale maten is mogelijk, maar hier worden speciale prijzen voor gehanteerd. Stroomwerk heeft voor een project het grootste 2 panelen ooit laten maken; ieder paneel was 3 m hoog en 1,5 meter breed en ze dienen nu als dak van een wachthuisje!

Doorzichtmodules
Sommige architecten kiezen vanwege esthetische redenen er soms voor om doorzichtige zonnepanelen te gebruiken in een ontwerp. Het effect van de vierkante schaduwvlakjes is erg herkenbaar.

De producent van het paneel kan dan bijvoorbeeld doorzichtige tedlar gebruiken om dit effect te verkrijgen. Ook is het mogelijk om in plaats van tedlar, een tweede glaslaag te gebruiken, zogenaamde glas-glas modules. Deze modules zijn mechanisch sterker, maar ook zwaarder. De junctionbox is vervallen, omdat deze anders zichtbaar zou zijn. Doorzichtmodules zijn vaak aanzienlijk hoger geprijsd dan standaard zonnepanelen. Deze panelen hebben tevens een isolerende functie omdat ze gebruikt worden als ‘dubbel-glas’.

Amorf silicium modules
Ook hier wordt silicium als basis grondstof gebruikt, maar er worden geen cellen van gemaakt. De grondstof wordt rechtstreeks op een ondergrond gedampt. Met glas als ondergrond krijg je amorf zonnepanelen. Wordt bijvoorbeeld een plastic folie gebruikt, dan heb je een flexibel zonnepanelen, of zelfs zonnepanelen op een rol! Deze, goedkopere techniek biedt vele mogelijkheden.

Het nadeel van deze techniek is dat een vierkante meter amorf slechts circa de helft aan vermogen levert dan een vierkante meter mono- of mulitkrijstallijn zonnepaneel. Dus om hetzelfde vermogen te realiseren heb je twee keer zo veel oppervlakte/installatiekosten nodig. Amorf silicium techniek wordt ook wel dunne film genoemd. Een voordeel is dat amorfe panelen bij ‘grijs’ weer, het relatief beter doen dan kristallijne panelen. 

Garanties bij kristallijne panelen
Zonnepanelen hebben twee soorten garantie; productgarantie en vermogensgarantie:

Productgarantie: dit kunt u vergelijken met de garantie die u anders ook krijgt als u een product koopt. Bijvoorbeeld een broodrooster heeft 1 jaar productgarantie. De meeste zonnepanelen hebben 2 jaar productgarantie.

Vermogensgarantie: is een garantie die alleen bij zonnepanelen wordt gegeven. Dat zit zo: Zonnepanelen zetten licht om in elektriciteit. In dat licht zitten ook UV stralen. UV stralen breken verbindingen af. De afbraak die UV straling bewerkstelligt is langzaam. Het vermogen van een zonnepaneel neemt daarom af met de jaren, gemiddeld ongeveer 0,5% per jaar. Doorgaans geven producenten 25 jaar vermogensgarantie op 80% van het nominaal vermogen.

Autonome zonnestroomsystemen
Autonome zonnestroomsystemen worden daar gebruikt waar een elektriciteitsnet ontbreekt of waar een aansluiting te duur is en er toch behoefte bestaat aan elektriciteit. Soms voorzien dieselaggregaten dan in de stroom. Maar lang niet altijd zijn deze aggregaten technisch niet inpasbaar of zijn de ‘bijwerkingen’ (lawaai, aanvoer diesel, uitstoot) niet gewenst. Zonnepanelen vormen dan een duurzaam, onderhoudsvrij en zeer betrouwbaar alternatief. Denk bijvoorbeeld aan afgelegen gebieden in Afrika, boeien in zee, in de ruimte vaart, op schepen etc. Maar er zijn ook mobiele lichtmasten, parkeermeters en waterpompsystemen die functioneren op zonnestroom.

De overdag geproduceerde elektriciteit wordt opgeslagen in accu’s, zodat ook ‘s avonds en ‘s nachts de elektriciteit gebruikt kan worden. De accu’s moeten natuurlijk wel voldoende capaciteit hebben om een paar donkere dagen te overbruggen, voornamelijk in de wintermaanden. Een laadregelaar is onontbeerlijk bij een autonoom systeem; hij regelt de laad- en ontlaadstroom naar de accu’s.

De accu’s leveren 12 V. Er bestaan speciale lampen, koelkasten, pompen die op 12 V voeding functioneren.

Toepassingen
Zonnestroomsystemen zijn er in vele soorten en maten. De zonnestroomsystemen worden vaak naar toepassingsgebied gerubriceerd. De verschillende toepassingsgebieden zijn autonome systemen voor consumenten, autonome systemen voor professioneel gebruik en netgekoppelde zonnestroomsystemen voor gebouwen en andere constructies. In onderstaande tabel zijn voor elke toepassingscategorie enkele typische voorbeelden genoemd.

De opbrengst van een zonnepaneel is afhankelijk van de hellingshoek van het paneel en de richting waarin het paneel staat. Welke hellingshoek optimaal is voor een zonnestroomsysteem hangt af van de toepassing en de plaats. Het paneel van een systeem dat de grootste energievraag in de winter heeft, kan het best op de “winterstand” staan, dat wil zeggen onder een hoek van ongeveer 70 graden op het zuiden. De zon staat in de winter immers lager aan de hemel.  In Nederland wordt de maximale opbrengst op jaarbasis gehaald met een paneel dat recht op het zuiden is gericht onder een hoek van 36 graden. Nu beschikt natuurlijk niet iedereen over een dak recht op het zuiden, waarop de panelen geplaatst kunnen worden. Dat hoeft echter geen probleem te zijn. Waar het op aankomt is een zo goed mogelijke hellingshoek te zoeken bij de beste oriëntatie. Deze optimale hellingshoek kunt u opzoeken in een instralingdiagram. Bij een oriëntatie tussen het zuidoosten en het zuidwesten is er steeds een dakhelling te vinden waarop de jaarlijkse zoninstraling zo’n 95% van de maximale instraling is. Is de oriëntatie oost of west, dan is met een dakhelling van 20 graden nog altijd 80 à 85 % van het maximum haalbaar.


 

Instralingdiagram
Het instralingdiagram toont de gemiddelde jaarlijkse zoninstraling voor verschillende vaste hellingshoeken en oriëntaties, uitgedrukt in percentages van de maximale instraling. Zo is af te lezen dat de instraling op een plat vlak (het middelpunt van de cirkel) ongeveer 85% van de maximale instraling bedraagt. In Nederland wordt het maximum, ruim 1100 W/m2, bereikt onder een hoek van 36° op het zuiden. Het diagram is geldig voor West-Europa van Denemarken tot Noord-Spanje.

12) Kunnen zonnepanelen op elk type dak worden gemonteerd?

Haast alle soorten daken zijn geschikt voor zonnepanelen. Zo bestaan er zelfs speciale constructies voor golfplaten daken en voor hellende bitumen daken. Voor rieten daken en leien daken hebben we geen bevestigingsmateriaal.  






13) Moet het paneel schoon gehouden worden of onderhouden worden?

Nee. Door de schuine opstelling en de afwerende laag op het zonnepaneel is het paneel zelfreinigend. Als u echt zelf wilt reinigen, doet u dit dan met een milde, liefst natuurlijke zeep. 

18) Worden de zonnepanelen in de toekomst niet veel goedkoper?

De vraag naar zonnepanelen stijgt de laatste jaren aanzienlijk. De productiecapaciteit van de producenten van zonnepanelen kan echter niet zomaar worden uitgebreid, en loopt dus achter op de stijgende vraag. Daardoor zullen de prijzen, volgens mensen in de zonnepanelenbranche, in eerste instantie eerder wat stijgen dan dalen. Als de productiecapaciteit is uitgebreid kunnen de prijzen weer gaan dalen. Tegen die tijd zullen echter de (overheids-) subsidies ook afnemen.