Doe de dakscan

Zonnedakpannen versus Zonnepanelen

Wat is een zonnedakpan?

Zonnedakpannen of solar dakpannen zijn gewone dakpannen met daarop een zonnecel. Deze zonnecel werkt hetzelfde als de zonnecellen in een zonnepaneel. Voor zonnedakpannen heb je dus geen andere omvormer nodig dan voor zonnepanelen. Zonnedakpannen zijn nog maar een paar jaar op de markt. Het eerste huis in Nederland met een zonnedak werd in 2015 opgeleverd. Sinds mei 2017 verkoopt Tesla ook zonnedakpannen in de Verenigde Staten. Zoals bij elke nieuwe innovatie is de verwachting dat zonnedakpannen zich de komende jaren nog verder ontwikkelen.

Een kwestie van smaak

Een dak met zonnedakpannen is een esthetische keuze. Doordat de zonnecellen in gewone dakpannen zijn verwerkt hoef je geen grote panelen op je dak te plaatsen. Vooral op daken met veel obstakels oogt dit rustiger. Zonnedakpannen zijn ideaal voor eigenaren van monumentale panden die van de gemeente geen zonnepanelen mogen plaatsen. Zonnepannen zijn in veel gevallen wel toegestaan. Voor eigenaren van ‘gewone’ woningen is het vooral een afweging of het uiterlijk van de zonnedakpan het grote prijsverschil waard is.

Hogere prijs, lagere opbrengst

De hogere kosten zijn gelijk de reden waarom je niet overal zonnedakpannen ziet. Zonnedakpannen zijn ongeveer 2,5 keer zo duur als zonnepanelen per kWh; kom je bij reguliere panelen op een gemiddeld bedrag van 4000-5000 euro, zonnedakpannen gaan al snel richting de 11.500 euro. Hierdoor is de terugverdientijd ook een stuk langer; wel 15 tot 20 jaar. Zonnepanelen hebben een gemiddelde terugverdientijd van zo’n 7 jaar. De langere terugverdientermijn komt deels doordat de installatie van zonnedakpannen een stuk ingewikkelder is. Alle pannen moeten vervangen worden, terwijl zonnepanelen gewoon op het bestaande dak geplaatst kunnen worden. Je bespaart wel op de kosten van nieuwe pannen, maar dit is alleen relevant als het oude dak toch al vervangen moet worden, of op nieuwbouw.

De opbrengst per m2 van zonnedakpannen ligt stuk lager dan bij zonnepanelen: 80-90 Wp per m2 tegenover 180-225 Wp per m2 voor traditionele zonnepanelen. Dit komt voornamelijk doordat 25% van de zonnedakpan niet gebruikt kan worden voor het opwekken van zonnestroom. Een zonnedakpan heeft, net als een gewone dakpan, een bolling, waardoor hier geen zonnecel in verwerkt kan worden. Verder is er geen ventilatie onder de dakpan. Hierdoor worden zonnedakpannen heter dan zonnepanelen. Hoe heter de zonnecel, hoe minder energie hij opwekt. Tegenover de lagere opbrengst van zonnedakpannen staat wel dat je ze op stukken van je dak kunt plaatsen waar grotere panelen niet passen. Hierdoor wek je toch ongeveer evenveel zonnestroom op.

Het beste rendement? Ga voor zonnepanelen

Technologische ontwikkelingen gaan snel, ook in zonnestroom. Dus wie weet stoten zonnedakpannen op termijn traditionele zonnepanelen van hun troon. Zover is het alleen nog lang niet. Door de lagere opbrengst per m2 en hogere kosten is het rendement van zonnedakpannen een stuk lager dan die van zonnepanelen. Je verdient je investering in zonnedakpannen uiteindelijk wel terug, maar de kans is klein dat je er ook winst op maakt. Terwijl je met traditionele zonnepanelen na de terugverdientermijn nog minimaal 15 jaar van gratis stroom geniet. Het is financieel interessanter om in zonnepanelen te investeren. Kies dus alleen voor zonnedakpannen als het uiterlijk erg belangrijk is of als je in een monument woont.

Meer weten? Vraag een gratis en vrijblijvend advies aan over zonnepanelen op jouw dak.

Zonnepanelen uitgelegd: het elektriciteitsnet

Het is natuurlijk ontzettend tof, zo’n rij zonnepanelen op je dak. Je hebt je eigen lokale energiefabriekje. Maar hoe zit een zonnesysteem nu precies in elkaar? En hoe produceert het elektriciteit? Onze in-house natuurkundeleraar en Project Manager Customer Care Jasper legt ‘t uit. Deze keer: zonnepanelen en het net.

Zeg, waar gaat u met die elektronen naartoe?

Jasper: ‘Laten we beginnen bij de zonnepanelen, ik vind het leuk om van daaruit te denken. Zonnepanelen zetten zonlicht om in elektriciteit. Hoe ze dat precies doen kun je lezen in mijn blog over zonnecellen. Elektriciteit is eigenlijk niks anders dan bewegende elektronen.’ De volgende twee begrippen zijn belangrijk als je het over bewegende elektronen hebt: stroom en spanning. Maar wat is nu precies het verschil? ‘Stroom is de hoeveelheid elektronen per seconden die een bepaald punt passeren, en spanning is eigenlijk de kracht of de druk waarmee die elektronen geduwd worden. Ze hebben dus ontzettend veel met elkaar te maken’, aldus Jasper.

Maar goed, terug naar je eigen huisnet: elk huis dat aangesloten is op het elektriciteitsnet krijgt stroom binnen en dat gebeurt bij een bepaalde spanning. In Nederland, België en Italië is die spanning 230 volt (V). De spanning die jouw zonnepanelen opwekken hangt af van bijvoorbeeld het aantal panelen, het type panelen, en hoe zonnig het is. Deze spanning wordt door de omvormer (2) omgezet naar een spanning van 230 V, zodat de elektriciteit van je zonnepanelen (1) naar het net kan. Jasper: ‘Eigenlijk kun je het zo zien. Als je kijkt naar je huis lopen daar een soort waterkanalen. In principe komt er gewoon water binnen (5) en dat moet dan naar allemaal verschillende plekken (4) en het kruispunt waarop het water vertakt is je meterkast (3). En wat doet stroom nu altijd? Stroom kiest de weg van de minste weerstand. Dus als er stroom vanuit je zonnepanelen komt via de omvormer, dan gaat die echt niet eerst terugleveren aan het net. Die gaat veel liever eerst naar de wasmachine, tv, of de keuken, net waar de stroom nodig is. Een overschot aan stroom bij de omvormer (vanuit de zonnepanelen) zal het altijd het dichtstbijzijnde tekort opvullen.’

De wijde wereld in

Doordat de zonnepanelen zelf ook stroom leveren hoeft er minder stroom aangetrokken te worden vanuit het net. En leveren je zonnepanelen meer stroom dan dat je verbruikt in je huishouden? Bijvoorbeeld omdat het een hele mooie zonnige dag is, of je heel weinig apparaten aan hebt staan? Dan gaat het teveel aan stroom het net in. Maar dit gebeurt dus echt alleen maar als ze niet eerst in hun eigen huishouden verbruikt kunnen worden. Het net wordt op een permanent overschot gehouden.

Jasper: ‘Als deze stroom het net ingestuurd wordt dan zie je dat het net effectief meer stroom krijgt. Maar dit huis is ook niet meer aan het verbruiken. Dus eigenlijk wordt het dubbel: én het huis is niks meer aan het verbruiken, én het is ook nog eens terug aan het leveren. Dat is vervelend. Als 10.000 huizen dat doen, dan wordt het een echt probleem.’ De netspanning, die normaal 230 V is, kan normaal variëren met zo’n 5 V. Apparaten kunnen dat gewoon aan. Maar ga je naar de 240-250 V, dan vinden veel apparaten dat vaak niet leuk meer. De spanning is dan te hoog; dit is slecht voor je apparaten. Ze gaan dan kapot, dus de netbeheerder zorgt dat dit niet gebeurt.

‘Als de spanning te laag is, omdat er te veel elektriciteit wordt gebruikt, kan je gewoon een gascentrale aanzetten die heel veel extra elektriciteit produceert. Dan gaat de netspanning weer omhoog en kan ieder huis netjes zijn stroom blijven gebruiken. Maar wat nu als het de andere kant op is? Wat zijn dan je opties? Kun je snel genoeg een gascentrale uitzetten als alle zonnepanelen tegelijkertijd beginnen te produceren?’

Welke oplossingen zijn er?

‘Eigenlijk is het heel simpel, de druk in het netwerk loopt op, dus het enige wat je kunt doen is óf de output vergroten óf de input verkleinen’, aldus Jasper. ‘Je kan de output op verschillende manieren vergroten, zo kunnen bedrijven extra fabrieken aanzetten of netbeheerders kunnen consumenten stimuleren om grootverbruikers, zoals de wasmachine, alleen nog maar overdag te gebruiken, om zo extra stroom uit het net op te gebruiken.

’Aan de andere kant zijn er de opties om de toevoer van stroom naar het net te beperken: ‘Ten eerste kan je zonnepanelen uitzetten als er te veel wordt geproduceerd. Er zijn regio’s, onder andere in België, waar als het voltage van het net boven een bepaalde spanning komt, dat de omvormers automatisch uitgaan. Een omvormer meet namelijk ook de netspanning. Hierdoor beschermt de omvormer niet alleen zichzelf tegen beschadiging, maar wordt de productie van zonnestroom ook tijdelijk stopgezet als het net overbelast dreigt te raken. Ten tweede kun je ook kijken naar waar wij normaal stroom vandaan halen, elektriciteitscentrales of windmolens bijvoorbeeld. Kun je die een tijdje uitzetten?’

Een derde oplossing is het net uitbreiden of aanpassen. Je kunt een dikkere kabel aanleggen, waar meer stroom doorheen kan bij dezelfde spanning. Het vermogen dat door zo’n kabel heen kan zonder dat de spanning verandert is dus hoger. Dit is vooral nodig in regio’s zoals Groningen en Drenthe, waar het net is gelegd met in het achterhoofd het niet zo hoge bevolkingsaantal. ‘We leggen een kabel van deze dikte, zoveel netten, en zoveel transformatorhuisjes, en daar redden we het wel mee. Dat was het idee. Maar als er nu opeens tienduizenden huishoudens allemaal zonnepanelen hebben en tegelijkertijd gaan terugleveren, daar is dat net helemaal niet op gebouwd. Behalve dikkere kabels kun je het net ook uitbreiden, door bijvoorbeeld meer gebruikers op een net aan te sluiten, of een net juist lokaler houden, zodat er niet te veel huishoudens op aangesloten zijn die kunnen terugleveren.’

Tijdelijk opslaan in een batterij

En de opties voor opslag, wat zijn die? Als je de stroom die je zonnepanelen produceren kunt opslaan in een batterij, zoals die in een elektrische auto, dan hoeft het natuurlijk helemaal het net niet meer op. Probleem opgelost? Jasper: ‘Een batterij kan op dit moment ongeveer evenveel energie opslaan als een gemiddeld huishouden in één dag verbruikt. Wil je genoeg opslag hebben om de energie die je in de zomer opwekt in de winter te gebruiken, zodat je jaar rond van je zonnepanelen kunt leven en helemaal nooit meer het net hoeft te gebruiken? Dan heb je nu nog zoveel batterijen nodig dat de helft van je huis vol komt te staan! Dus dat is momenteel nog niet rendabel. Batterijen zijn wel geschikt om de verschillen tussen dag en nacht op te vangen. De batterij slaat de stroom die je overdag opwekt op, en die kun je dan ‘s avonds weer gebruiken. Zo zie je bijvoorbeeld dat batterijen in Italië heel populair zijn. De verschillen tussen zomer en winter zijn kleiner dan in Nederland en België, dus je hoeft dat verschil niet te overbruggen. Een batterij die de verschillen dag tot dag opvangt is daar prima. Maar wil je in wat Noordelijkere landen echt het jaar rond zonder het net kunnen? Dan hebben we andere typen batterijen nodig, met opslagmedia die energie-dichter zijn, zoals bijvoorbeeld waterstof. Daar wordt op het moment ontzettend hard aan gewerkt door verschillende partijen.’

Wie is verantwoordelijk?

‘De grote vraag bij al deze oplossingen is natuurlijk, wie is er verantwoordelijk en wie neemt er de verantwoordelijkheid? Consumenten, bedrijven, netbeheerders, de overheid? Hier wordt op het moment volop over gediscussieerd. Het staat vast dat er iets moet gebeuren als het net overspannen dreigt te raken. Door de energietransitie zal dit waarschijnlijk vaker voorkomen. Er zijn genoeg oplossingen, maar de komende jaren zullen duidelijk maken welke aanpassingen er gemaakt zullen worden en wie hier aan meewerkt. Een erg interessante ontwikkeling om in de gaten te houden!’

Zonnepanelen uitgelegd: zonnecellen

Het is natuurlijk ontzettend tof, zo’n rij zonnepanelen op je dak. Je hebt je eigen lokale energiefabriekje. Maar hoe zit een zonnesysteem nu precies in elkaar? En hoe produceert het elektriciteit? Onze in-house natuurkundeleraar en Project Manager Customer Care Jasper legt ‘t uit. Deze keer: de wondere wereld van zonnecellen.

Wat is een zonnecel?

Zonnecellen zijn misschien wel het belangrijkste onderdelen van een zonnepaneel. Zij zetten namelijk zonlicht om in elektriciteit!

Van zand naar zonnecel

Een zonnecel wordt gemaakt van silicium. Silicium is een veel voorkomend element op aarde: een kwart van de aardkorst bestaat er uit. Silicium zit onder andere in zand, klei en graniet. Voordat dit silicium gebruikt kan worden om zonnecellen te maken moet het eerst gezuiverd worden van andere elementen. Zuiver silicium komt namelijk niet zo in de natuur voor, het is altijd verbonden met andere elementen.

Door deze silicium verbindingen bij zeer hoge temperaturen te verhitten onder de aanwezigheid van koolstof wordt er metallurgisch silicium gewonnen, met een zuiverheid van meer dan 99%. Dit is nog niet zuiver genoeg voor zonnecellen, dus daarom wordt het silicium nog verder gezuiverd via verschillende chemische en thermische processen. Uiteindelijk ontstaat er 99.999999999 % puur silicium. Dit wordt ook wel ‘eleven nines’ silicium genoemd.

Blauw vs zwart

Hoe het silicium verder wordt verwerkt hangt af van of er polykristallijne (blauwe) of monokristallijne (zwarte) zonnecellen van gemaakt worden. Tijdens het productieproces vormt het silicium kristallen. Bij polykristallijne zonnecellen staan deze als waaiers naar buiten, waardoor ze makkelijker diffuus licht uit de omgeving opnemen. Monokristallijne zonnecellen bestaan uit één groot kristal, dat één richting op wijst. Hierdoor produceren zij beter bij directe instraling. Om polykristallijne zonnecellen te maken wordt het pure silicium gesmolten en in ‘bricks’ gegoten. Tijdens het stollen ontstaan er verschillende kristallen.

Het proces voor het maken van monokristallijne zonnecellen is iets ingewikkelder. Jasper: ‘Van het pure silicium worden cilinders gemaakt via het Czochralski proces. Een heel klein stukje silicium wordt in een vat met gesmolten silicium-smurrie gestoken. Door het stukje langzaam omhoog te trekken stolt het silicium en ontstaat er een monokristallijne cilinder. Hoe langzamer je het stukje silicium omhoog trekt, hoe breder de cilinder wordt.’ Fun fact: de Pool Jan Czochralski, naar wie dit proces vernoemd is, ontdekte dit per ongeluk toen hij zijn pen in gesmolten tin doopte in plaats van in zijn inktpot. Waar vergissingen niet goed voor zijn!

Bron: Wikipedia Commons

Flinterdunne wafers

De laatste stappen van het proces zijn weer hetzelfde voor poly- en monokristallijne zonnecellen. De bricks en cilinders worden in hele dunne (tussen de 160 en 300 μm) plakjes gesneden. ‘Om de zonnecel af te maken wordt er nog een extra laag silicium toegevoegd. Deze laag heeft een tegenovergestelde lading dan de onderste laag. Is de onderste laag positief geladen (p-type), dan wordt een negatief geladen laag silicium (n-type) aangebracht. En andersom.’ Het raakvlak van de twee lagen noemen we ook wel de pn-junction. Jasper: ‘Hierna worden er structuren op de silicium wafers geprint waar later geleiders op aangebracht worden.’ En dan zijn de zonnecellen klaar!

Black Friday

Zonnecellen bestaan (dus) uit twee dunne laagjes silicium. Door een kleine hoeveelheid van andere elementen aan het silicium toe te voegen heeft de ene laag een teveel aan elektronen, terwijl de andere laag er juist te weinig heeft. De elektronen willen graag van de laag met een overschot naar de laag met het tekort bewegen, maar hebben niet genoeg energie. Wanneer er zonlicht op het paneel valt wordt deze energie geabsorbeerd door de overtollige elektronen, waardoor deze vrij raken. Deze vrije elektronen stromen naar de silicium-laag met een tekort aan elektronen. Dit is de stroom die jouw panelen opwekken.

Jasper: ‘Denk maar aan Black Friday: voor de deuren van de winkel staan drommen mensen. Ze zijn opgewonden en willen graag naar binnen, maar kunnen nog niet omdat de deur nog dicht zit. Deze mensen zijn de elektronen. Als de deur eindelijk opengaat, wanneer er zonlicht op het zonnepaneel valt, rennen al deze mensen naar de koopjes toe. Het rennen van de shoppers, het bewegen van de elektronen van de ene laag naar de andere, is de stroom die een zonnepaneel opwekt.

De aankomende tijd zet Jasper zijn natuurkunde- en lerarenskills in om de techniek achter zonnestroom uit te leggen. Volgende maand weer een nieuwe blog in de serie Jasper Legt Uit, so stay tuned!

Zonnepanelen uitgelegd: lagen en coatings

Het is natuurlijk ontzettend tof, zo’n rij zonnepanelen op je dak. Je hebt je eigen lokale energiefabriekje. Maar hoe zitten zonnepanelen nu precies in elkaar? En hoe produceren ze elektriciteit? Onze in-house natuurkundeleraar en Project Manager Customer Care Jasper legt ‘t uit. Deze keer: lagen en coatings.

Je wist het misschien nog niet, maar een zonnepaneel bestaat uit verschillende lagen. En al deze lagen hebben weer hun eigen eigenschappen en functies. Deze week legt Jasper uit welke lagen er precies in een zonnepaneel zitten, en waar ze goed voor zijn. Met onder andere: hoe werken de verschillende coatings die op zonnepanelen worden aangebracht? En: waar zijn die strepen op een zonnepaneel goed voor?

Frame van het zonnepaneel

Het frame houdt alle lagen van het zonnepaneel stevig bij elkaar. Verder maakt het frame het makkelijker om de zonnepanelen aan een dak te bevestigen.

Glasplaat van het zonnepaneel

De bovenkant van een zonnepaneel bestaat uit veiligheidsglas. Deze plaat beschermt de zonnecellen niet alleen tegen weersinvloeden zoals hagel en sneeuw, maar ook tegen hoge temperaturen. Jasper: ‘Glas geleidt warmte relatief goed. Je wilt dat een zonnecel zijn warmte snel kwijt kan, omdat het minder stroom produceert als het warm is. Glas is daar erg geschikt voor. Metaal zou nog beter zijn, maar daar kan natuurlijk geen zonlicht doorheen.’

Anti-spiegellaag: afgekeken van brillen

Op de plaat is een anti-reflecterende coating aangebracht, die ervoor zorgt dat zoveel mogelijk zonlicht de zonnecellen bereikt. Of een oppervlakte een hoge reflectiviteit heeft kun je zien aan hoeveel een oppervlakte spiegelt. ‘Veel van de technologie die op zonnepanelen wordt gebruikt is afgekeken van brillen. Als je geen anti-reflectielaag op je bril zou hebben zou je je eigen oog deels in je bril kunnen zien.’ Aangezien zonnecellen op zonlicht werken, wil je dat de lagen boven de cellen zo min mogelijk spiegelen.

‘Dit is een wat technischer verhaal: hoeveel een materiaal reflecteert hangt af van het verschil in brekingsindex tussen twee materialen. De brekingsindex van lucht en glas verschillen erg van elkaar. Door een coating te kiezen met een brekingsindex die tussen die van glas en lucht in zit, verklein je het verschil, en zorg je dus dat er minder licht wordt gereflecteerd.’ Zo’n anti-reflectieve laag kan op verschillende plekken in het zonnepaneel worden toegepast, zowel op het glas als op de zonnecellen zelf. Door het op meerdere plekken toe te passen vergroot je de hoeveelheid licht die de zonnecellen bereikt. ‘Twee materialen worden het vaakst gebruikt voor deze coating op zonnepanelen: siliciumnitride en titaniumdioxide. De dikte van de laag hangt af van welk soort licht je door wil laten, maar hierbij moet je denken aan nanometers. Je ziet de laag natuurlijk niet met het blote oog!’ Bij zonnepanelen is het belangrijk dat de coating zichtbaar licht doorlaat.

Water? Liever niet

De anti-reflecterende coating werkt ook water- en vuilafstotend. Als het regent spoelt bijna al het vuil zo van de panelen af. Dit betekent dat zonnepanelen maar eens in de twee jaar schoongemaakt hoeven te worden. Een materiaal dat vloeistof afstoot heet hydrofoob. ‘De coating op zonnepanelen zorgt ervoor dat het paneel een hele specifieke ruwheid krijgt. Als een laag te glad is zakt de hele waterdruppel daar op in. Terwijl als je de juiste ruwheid hebt, de druppel er mooi op blijft liggen waardoor de druppel makkelijker van de coating kan glijden. Je kijkt naar de oppervlaktespanning van de druppel: de puntjes moeten op de juiste afstand liggen.’ Ver genoeg om zo min mogelijk contact te maken, maar ook niet weer zo ver dat de druppel uit elkaar valt en een plasje wordt. ‘Dit werkt hetzelfde als de waterafstotende spray die je op je schoenen kunt spuiten. In de spray zitten hele kleine deeltjes die de juiste ruwheid creëren zodat waterdruppels zich niet aan je schoenen hechten maar er af rollen.’

Het effect van verschillende materiaal-ruwheden op waterdruppels. (Tuteja et al., 2008)

Plastic seal

Direct boven- en onder de zonnecellen zit een plastic laag die ervoor zorgt dat de zonnecellen droog blijven. Deze lagen worden aan elkaar gelamineerd zodat ze goed waterdicht zijn. Ze functioneren ook als een soort kussentje, om de zonnecellen te beschermen tegen schokken.

Fingers en busbars

Op elke zonnecel lopen dunne zilverkleurige lijntjes. Deze lijnen transporteren de gelijkstroom die opgewekt wordt in de zonnecellen naar het aanhechtingspunt met de rest van het systeem. ‘Dit is eigenlijk gewoon het elektrische circuit. De zilveren lijntjes zorgen ervoor dat elektronentransport kan plaatsvinden. Elektronen zijn eigenlijk heel simpele deeltjes: als ze een geleider zien, bewegen ze het liefst langs die geleider.’ De twee grotere lijnen heten de busbars, terwijl de fingers naar de zijkanten van de zonnecellen lopen vanuit de busbars. Zilver wordt op dit moment het meest gebruikt in zonnepanelen. ‘Maar er wordt veel onderzoek gedaan of er minder zeldzame materialen gebruikt kunnen worden. Of bijvoorbeeld doorzichtige materialen, want nu zorgen de fingers en busbars nog steeds voor een beetje schaduw op de zonnecellen.’

Op sommige panelen zijn ook bredere witte lijnen zichtbaar. Dit is de achterplaat die je ziet. Er moet namelijk wat ruimte tussen de zonnecellen zitten zodat ze kunnen uitzetten als ze warm worden. Als de achterplaat zwart is zijn deze strepen minder goed zichtbaar. Veel mensen vinden dit mooier, maar de zwarte achterplaat neemt wel meer zonnewarmte op, waardoor het paneel iets minder efficiënt is.

Zonnecellen: this is where the magic happens!

De zonnecellen zijn de sterren van het zonnepaneel, zij zetten namelijk licht om in stroom. Hoe dit precies in zijn werk gaat legt Jasper de volgende keer uit.

Achterplaat

Deze plaat van plastic of glas zorgt voor een nette en stevige afwerking aan de achterkant van het zonnepaneel. Het beschermt de zonnecellen tegen hoge temperaturen en vocht en isoleert de panelen, wat de prestatie en de veiligheid van de panelen bevordert.

De komende tijd zet Jasper zijn natuurkunde- en lerarenskills in om de techniek achter zonnestroom uit te leggen. Volgende maand weer een nieuwe blog in de serie Jasper Legt Uit, met onder andere: hoe werken zonnecellen precies? En wat heeft Black Friday met zonnestroom te maken?