Zonnestroomalmanak

Zonnestroomalmanak

Eenheden 

1 Watt (W)                      1 joule/seconde (J/s)

1 kilowattuur (kWh)         3,6 megajoule (MJ)

1 kilocalorie (kcal)           4,19 kilojoule (kJ)

1 megajoule (MJ)             0,278 kilowattuur (kWh)

 

Decimale voorvoegsels

k

kilo

103

M

mega

106

G

giga

109

T

tera

1012

P

peta

1015

E

exa

1016

 

Wat is een megajoule?

1 MJ is een huis 1 minuut warm houden als het vriest

1 MJ is 1000 kg 100 meter omhoog hijsen

1 MJ is 4 lampen van 60 watt ruim 1 uur laten branden

1 MJ is de voedingswaarde van 1 zakje friet 'zonder'

 

Maat voor zon-instraling

De intensiteit van de zonnestraling verandert met het uur van de dag, de tijd van het jaar en de weersomstandigheden. Om toch gemakkelijk te kunnen rekenen met gegevens over de instraling, kan de totale hoeveelheid zonne-energie worden uitgedrukt in uren volle zon per m2. Als internationale standaard wordt aangenomen dat bij "volle zon" een vermogen van 1000 W per m2 op het aardoppervlak wordt ingestraald. Eén uur volle zon levert dan dus als maat 1000 Wh per m2, anders gezegd: 1kWh/m2. Bij deze instraling van 1000 W/m2 wordt ook het piekvermogen van een zonnepaneel bepaald.

Het begrip "uren volle zon" maakt het nu gemakkelijk de opbrengst van een zonnepaneel te berekenen. Een zonaanbod van één uur volle zon (dus 1kWh/m2) komt overeen met de zonne-energie die op een wolkenloze zomerdag op een op de zon gericht vlak valt.

Het totale jaarlijkse zonaanbod in België komt overeen met ongeveer duizend uur volle zon. Met andere woorden: de gemiddelde jaarlijkse zoninstraling in ons land bedraagt circa 1000 kWh/m2. ter vergelijking: in Groenland bedraagt de jaarlijkse zoninstraling 750 kWh/m2, in Spanje 1500 en in Israël 2000 kWh/m2. Voor ontwerp van zonnestroomsystemen wordt in België 1000 kWh/m2/jaar als kengetal gehanteerd.

In België bedraagt het daggemiddelde 2,7 uur volle zon (2,7 kWh/m2). Dit is een gemiddelde over december (0,5 uur) tot juni (5 uur). Het verschil tussen zonne-energie-instraling in zomer en winter is dus een factor 10. Echter, in de winter kan op een heldere dag gemakkelijk sprake zijn van een paar uur volle zon, en op een bewolkte zomerdag kan het aanbod daar zelfs onder blijven. Dit gegeven is bij het ontwerpen van zonnestroomsystemen een belangrijk aspect.

Ook binnen België zelf kan de zoninstraling iets variëren. De kustgebieden blijken iets meer zon te ontvangen dan de meer landinwaarts gelegen gebieden. Het verschil bedraagt een paar procent.

 

Verbrandingswaarden en CO2-uitstoot

Aardgas       33,4 MJ per m3 1,78 kg CO2 per m3

LPG             24,9 MJ per liter      2,7  kg CO2 per liter

Benzine        30,6 MJ per liter     2,2  kg CO2 per liter

 

 

Kengetallen zonne-energie

Stralingsdichtheid van de zon

buiten de atmosfeer (zonneconstante)            1367 W/m²

op zeeniveau                                                998  W/m²

 

Stralingsenergie van de zon

Op het aardoppervlak                                   150 x 1015 kWh/jaar

Europa                                                          10 x 1015 kWh/jaar

België                                                            25 x 1012 kWh/jaar

 

Energieverbruik

wereldwijd                                                     94 x 1012 kWh/jaar

Europa (incl. voormalige USSR)                       35 x 1012 kWh/jaar

België                                                         675 x 109 kWh/jaar

 

 

Vuistregels

Zon

De stralingsdichtheid van de zon is bij volle zon ongeveer 1 kW per vierkante meter op een plat vlak.

Gemiddeld ontvangt België per jaar 1000 kWh/m² op een plat vlak.

Een vlak onder een hoek van 35°, gericht op het zuiden, vangt 15% meer zonne-energie dan een plat vlak (gemiddeld per jaar in België)

Standaard testcondities

Om een internationale vergelijking te kunnen maken tussen verschillende typen en merken zonne-panelen, worden getest onder 'standaard test condities.' standaard testcondities worden onder andere gebruikt om het piekvermogen van een zonnepaneel te bepalen.

De standaard testcondities zijn internationaal gelijk en bestaan uit:

  • Instraling: E = 1000 W/m²
  • PV-celtemperatuur: T c = 25 ° C
  • Lichtspectrum-specificatie: AM = 1,5

Deze laatste grootheid " Air-Mass" is een maat voor de absorptie van (zon)licht door de omgevingslucht, en is onder andere afhankelijk van de relatieve luchtvochtigheid.

Piekvermogen

Het piekvermogen van een zonnepaneel is het maximale vermogen dat het zonnepaneel levert bij standaard testcondities.

Het piekvermogen wordt dikwijls aangeduid met Wpiek of Wp.

Een zonnepaneel van 175 Wp levert bij standaard testcondities 175 Watt.

Zonnecel

Een monokristalijn silicium zonnecel van 10 x 10 cm heeft een vermogen van 1,5 Wp

Zonnepaneel

Een gangbaar zonnepaneel voor netgekoppelde systemenheeft een piekvermogen van ongeveer 175

Wp en een oppervlakte van 1,3 m². Het levert zonder systeemverliezen circa 148 kWh per jaar.

Pv-systeem

Een goed netgekoppeld pv-systeem levert, afhankelijk van oriëntatie en hellingshoek, ongeveer 850 Wh per Wp per jaar bij een opbrengstfactor van 80 %

 

Zonnecellen

Monokristallijn silicium zonnecellen

Monokristallijn silicium zonnecellen zijn gemaakt van siliciumplakken die uit één groot 'monokristal' zijn gezaagd waarin de siliciumatomen netjes gerangschikt zijn. Met de 'Czochralski-groeitechniek' wordt een ronde staaf met een snelheid van enkele centimeters per uur uit een smelt van zuiver silicium getrokken.

Multikristallijn silicium zonnecellen

Multikristallijn silicium zonnecellen worden gegoten. Tijdens het stollen ontstaan de verschillende kristalgebieden die het materiaal zijn karakteristieke uiterlijk geven. Het rendement van multikristallijne cellen liggen in het algemeen iets lager dan dat van monokristallijne cellen.

Dunne-laag-zonnecellen

Dunne-laag-zonnecellen worden gemaakt met een opdamptechniek, zoals plasmadepositie.

Zo zijn er amorf silicium zonnecellen, die bij massaproductie relatief goedkoop zijn, maar waarvan het rendement nog niet zo hoog is. De term 'amorf ' slaat op het ontbreken van een kristalstructuur.

 

Elektriciteitsverbruik van apparaten Huishoudelijk (230 volt) in kWh/jaar

 

Apparaat

Gemiddeld

Zuinig

Geavanceerd

koelkast

350

90

50

vrieskist

500

180

100

wasmachine

400

240

115

ventilatie

500

275

75

verlichting

800

150

150

diversen (tv etc.)

350

200

200

totaal standaard

2900

1135

690

afwasmachine

500

310

165

droogtrommel

520

350

180

elektrisch koken

700

400

280

totaal extra

1720

1060

625

totaal

4620 kWh/jaar

2195 kWh/jaar

1315 kWh/jaar

 

 

 

Instralingdiagram

Het instralingsdiagram toont de gemiddelde jaarljkse zoninstraling voor de 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 België wordt het maximum, ruim 1100 W/m², bereikt onder een hoek van 36° westelijk van het zuiden. Het diagram voor West-Europa van Denemarken tot Noord-Spanje.

 instralingsdiagram

 

 

Begrippen

amorf silicium

Silicium dat geen kristalstructuur heeft.

autonoom pv-systeem

pv-systeem met minimaal één zonnepaneel een accu, dat niet op het elektriciteitsnet is aangesloten.

diffuus zonlicht

indirect zonlicht dat verstrooid is door onder meer de relatieve luchtvochtigheid en / of de wolken.

direct zonlicht

zonlicht dat ongehinderd het aardoppervlak bereikt.

fotovoltaïsch effect

het verschijnsel dat in een materiaal een spanning ontstaat doordat geabsorbeerd licht een elektron en een gat creëert, die onder invloed van een intern elektrisch veld gescheiden wordt

alfgeleider

materiaal dat een elektrische stroom beter geleid dan een isolator en slechter dan een metaal

maximum power point

de combinatie van spanning en stroomsterkte waarbij een zonnecel haar maximale vermogen levert

mono-kristallijn silicium

silicium dat uit één groot kristal bestaat

omvormer

apparaat dat gelijkstroom omzet in wisselstroom; ook genaamd: inverter

opbrengstfactor

van een zonnestroomsysteem: geleverde aantal kWh per kWp gedeeld door de ingestraalde zonne-energie in kWh/m² gemeten met een referentiecel

piekvermogen

het vermogen van een zonnecel bij een stralingsdichtheid van 1 kWh/m² en een temperatuur van 25° C

poly-kristallijn silicium

silicium dat uit meerdere kristallen bestaat; ook genaamd: multi-kristallijn silicium

pv

afkorting van "photovoltaic conversion", oftewel fotovoltaïsche omzetting: omzetting van licht in elektriciteit

rendement

van een zonnecel of een paneel: verhouding van het maximale elektrische vermogen en de ingestraalde zonne-energie, zie ook: piekvermogen

solar home system

autonoom zonnestroomsysteem met een of twee zonnepanelen, een accu en een laadregelaar; de term wordt meestal gebruikt voor zonnestroomsystemen voor huishoudelijk gebruik in de Derde Wereld

uur-equivalent volle zon

maat voor zoninstraling op een vlak, gedefinieerd als 1 kWh/m²

zonneconstante

stralingsdichtheid van de zon op een vlak loodrecht op de zon, direct buiten de atmosfeer (1367 W/m²)

zonneboiler

warm-waterapparaat bestaande uit een zonnecollector en een voorraadvat

zonnecollector

apparaat dat zonlicht omzet in warmte, meestal met een zwarte met glas afgedekte plaat waardoorheen water stroomt als warmtetransportmiddel

zonnepaneel

paneel met in serie geschakelde zonnecellen, meestal met kunststof onderkant en glazen afdekking, ondergebracht in een aluminium frame