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.
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