- Gebruik een 12 Volt (36 cellen) zonnepaneel voor een 12 Volt systeem
- Gebruik een 14 Volt (72 cellen) zonnepaneel voor een 24 Volt systeem
Polykristallijne
Off-grid en on-grid
Er zijn 2 soorten systemen:
- Off-grid systemen zoals de 12 en 24 Volt systemen
- On-grid systemen voor omvorming naar 230 Volt wisselspanning
Kenmerken off-grid
Zonnepanelensystemen zoals ze oorspronkelijk bedoeld zijn worden gebruikt op plaatsen waar geen elektriciteitsnet aanwezig is:
- er wordt een accu van 12 of 24 Volt gebruikt
- er is ook elektriciteit als het donker of bewolkt weer is
- er is ook elektriciteit als de netspanning uitvalt
- er is geen omvormer naar 230 Volt, alles draait op 12 of 24 Volt DC
- heeft een hoger rendement doordat men geen energieverliezen heeft door omvormer
- is goedkoper doordat men minder zonnepanelen en geen omvormer nodig heeft
- investering heeft een vanaf prijs vanaf 500 euro om elektriciteit te hebben voor verlichting en elektronische apparatuur
- men heeft eenmalige investering en daarna geen maandelijkse kosten meer zoals een elektriciteitsrekening
- men heeft niet altijd elektriciteit, zoals in de maand december als er niet voldoende zonneschijn is
- is low-tech en wordt meestal zelf geinstalleerd
Kenmerken on-grid
Zonnepanelensystemen zoals ze momenteel meestal door installateurs geplaatst worden en waar een elektriciteitsnet aanwezig is:
- er wordt geen accu geplaatst maar overtollige elektriciteit wordt teruggeleverd aan het net
- er is geen zonnestroom als het donker of bewolkt weer is
- er is geen zonnestroom als de netspanning uitvalt
- er is een omvormer naar 230 Volt, alles draait op 230 Volt AC
- heeft een lager rendement door energieverliezen in omvormer en gebruik van adapters bij elektronische apparatuur
- is duurder doordat men meer zonnepanelen nodig heeft en de kosten van een (dure) omvormer die niet langer dan 10 jaar meegaat
- investering heeft een vanaf prijs van 3000 euro voor panelen en omvormer
- men blijft naast deze investering een elektriciteitsrekening in de bus krijgen
- men heeft altijd elektriciteit, dus ook in de winter als er niet voldoende zonneschijn is
- is high-tech en wordt meestal door een installateur geinstalleerd
Het belangrijkste verschil zit hem in het aantal cellen dat een zonnepaneel heeft.
Zonnepanelen voor off-grid en on-grid zijn aan het volgende te herkennen:
- Off-grid 12 volt systemen: 36 cellen
- Off-grid 24 volt systemen: 72 cellen
- On-grid panelen voor 230 volt: meestal 60 cellen of een ander aantal
Zo hebben zonnepanelen voor 12 volt systemen:
- 36 cellen
- max. vermogensspanning: 18 Volt
- een nullastspanning: rond de 22,5 Volt
- zijn verkrijgbaar tot vermogens tot rond de 150 Watt
Zo hebben zonnepanelen voor 24 volt systemen:
- 72 cellen
- max. vermogensspanning: 36 Volt
- een nullastspanning: tot 45 Volt
- zijn verkrijgbaar tot vermogens tot rond de 300 Watt
Zo hebben zonnepanelen voor op het dak voor omvorming naar 230 Volt wisselspanning:
- meestal 60 cellen of een ander aantal
- max. vermogensspanning: rond de 30 Volt
- een nullastspanning: rond de 37 Volt
- zijn verkrijgbaar tot vermogens tot rond de 300 Watt
De belangrijkste beslissing is om voor een off-grid of on-grid installatie te gaan. On-grid systemen worden momenteel het meest geïnstalleerd door energiemaatschappijen omdat voor een off-grid systeem grotere aanpassingen nodig zijn. Men moet namelijk andere lampen en andere stopcontacten en vaak ook andere elektronische apparatuur aanschaffen. Heeft men plannen om in de toekomst off-grid te gaan dan kan men deze investeringen beperken door nu alvast goed op te letten bij aankoop van nieuwe elektronische apparatuur zoals televisie's, computerbeeldschermen, dvd-spelers, netwerkswitches, routers, batterijopladers e.d door te kiezen voor een 12 Volt adapter zodat men later zo kan omswitchen naar een off-grid systeem. Bij een off-grid systeem hoeft men dan minder zonnepanelen en geen dure omvormer aan te schaffen en bij nieuwbouw ook geen meterkast aan te leggen.
Polykristallijne, monokristallijne en Full black
Zonnepanelen worden aangeboden in de kleuren polykristallijne, monokristallijne en Full black. Het enigste verschil zit hem in de kleur, er is dus nauwelijks verschil in energieopbrengst bij dezelfde oppervlakte. Monokristallijne heeft een iets hoger rendement zodat een monokristallijne paneel een paar centimeter kleiner kan zijn dan een polykristallijne paneel van hetzelfde wattage.
Polykristallijne zonnepanelen die blauw van kleur zijn als de zon er op schijnt zijn het goedkoopst, monokristallijne meestal iets duurder en de Full black panelen het duurst.
Serieschakeling van zonnepanelen
Monokristallijne
Zonnepanelen voor 12 en 24 Volt systemen worden doorgaans per stuk gebruikt. Zo'n paneel wordt met een PWM regelaar op een accu aangesloten.
Panelen die op het dak worden gelegd worden allemaal in serie geschakeld zodat de spanning van elk paneel bij elkaar opgeteld kan worden.
Wanneer de spanning van één paneel rond de 30 Volt is en met een open klemspanning (= nullastspanning) van 37 Volt zal men wanneer men 10 panelen aan elkaar koppelt de openklem spanning bij elkaar moeten optellen en krijgt men 370 Volt. De maximale systeem spanning van deze panelen bedraagt meestal 1000 Volt. Vervolgens wordt deze spanning met een omvormer omgezet van een gelijkspanning naar een wisselspanning van 230 Volt.
Men kan zonnepanelen van 12 en 24 Volt ook in serie schakelen. Men kan deze zonnepanelen dan niet meer met een PWM regelaar op de accu aansluiten maar moet men een MPPT regelaar gebruiken zoals de MPPT 100/50. De 100 staat voor een maximale systeemspanning van 100 Volt en de 50 voor de maximale laadstroom van 50 A. Men kan dus nu ook 250 Watt panelen zoals die door installateurs op het dak gelegd worden met een spanning van rond de 30 Volt gebruiken om in serie te schakelen. Men moet dan echter rekenen met de open klemspanning van 37 Volt en niet met de nominale spanning van 30 Volt. Men kan nu maximaal 2 panelen in serie schakelen zodat een spanning ontstaat van rond de 2 x de klemspanning van 37 Volt = 74 Volt. De totale systeemspanning is dan dus 74 Volt en deze moet onder de 100 Volt blijven die de MPPT 100/50 aan kan.
Full black
Voor een MPPT regelaar geldt: ingaande vermogen = uitgaande vermogen.
Wanneer de accu leeg is bijv. 11,5 Volt zal de MPPT regelaar de laadspanning verlagen en dit vermogen in stroom zodat bij lege accu met een hogere laadstroom geladen kan worden.
Doordat deze panelen van 250 Watt dus 2 x 250 = 500 Watt opleveren zal de MPPT regelaar bij een lege accu theoretisch een laadstroom van 500 Watt / 11,5 Volt = 43,5 Ampere opleveren. Het moet dus duidelijk zijn dat men in dit geval voor de MPPT 100/50 regelaar zal moeten kiezen om onder de maximale stroomsterkte van 50 A te blijven die deze MPPT 100/50 regelaar aan kan.
Zonnepanelen leveren al stroom zodra het licht is en behalen hun maximale vermogen als de zon schijnt.
Op een zwaar bewolkte winterdag levert één zonnepaneel toch nog genoeg stroom dat men die avond nog 6 uur lang 2 ledlampen van 12 Volt / 3 Watt kan laten branden. Dit kan alleen wanneer men een 12 volt systeem gebruikt zodat men geen energieverliezen heeft.
In de wintermaanden bij langdurige bewolking is in de praktijk dan ook een tweede stroombron zoals een windmolen nodig om de accu's toch vol te krijgen, zodat men naast de verlichting ook nog de televisie of computer kan gebruiken.
Ideale hellingshoek zonnepaneel per jaargetijde
Voor mensen die op de evenaar wonen is het makkelijk: op het midden van de dag staat de zon pal boven hun hoofd, althans op 21 maart en 21 september. Bij ons in Nederland, op ongeveer 52 graden Noorderbreedte, staat de zon 52 graden lager. Vanaf de horizon gemeten dus nog maar 90-52=38 graden hoog. Maar doordat de aardas een beetje scheef staat komt daar, hartje zomer, nog 23,5 graad bij: de zon staat dan boven de noordelijke keerkring, de Kreefts-keerkring. Dat maakt dus 38 + 23,5 = 61,5 graad.
In de winter gaat hetzelfde bedrag eraf, en blijft er niet veel over: 38 - 23,5 = 14,5 graad.
Op 21 maart en 21 september staat de zon 38 graden hoog. Dit betekent dat een zonnepaneel minimaal onder een hellingshoek van 90 - 38 = 52 graden moet staan.
Aangezien de zon dus niet hoger komt dan die 38 graden maar daarvoor en daarna wel lager staat kan zonnepaneel beter nog steiler geplaatst worden zodat deze voordat en nadat de zon zijn hoogste stand bereikt de meeste zonnestraling opvangt.
Voor zonnepanelen bij hoogzomer is dus de ideale hellingshoek: 90 - 61,5 = minimaal 29,5 graad.
Bij midwinter is de ideale hellingshoek 90 - 14,5 = minimaal 75,5 graad dus liever nog meer rechtop, want de zon komt om 12.00 uur dus niet hoger dan 14,5 graad.
De conclusie is dat wanneer men in de wintermaanden de hoogst mogelijke opbrengst wil behalen men zonnepanelen beter vertikaal aan een muur kan ophangen dan op een schuin dak aangezien de zon op de korste dag toch niet hoger komt dan 14,5 graad boven de horizon en voordat deze de hoogste stand bereikt.
Wat levert een zonnepaneel op in de maand november?
Hieronder heb ik een tabel met eigen meetgegevens gemaakt op 5 november 2017, en hebben nog 6 weken te gaan tot kortste dag, om 12.00 uur wintertijd wanneer zon op hoogste stand staat bij strakblauwe lucht gemeten met een 80Wp paneel polychristal van Victron, met maximaal op te wekken stroom van 4,44A (100%):
hellingshoek 0 graden (plat): 1,1 A (25 %)
hellingshoek 10 graden: 1,7 A (38 %)
hellingshoek 30 graden: 2,4 A (54 %)
hellingshoek 45 graden: 2,6 A (59 %)
hellingshoek 80 graden: 2,8 A (63 %)
De hellingshoek van de zon was op dat moment om 12.00 uur, 21 graden (gemeten door lengte van een schaduw te meten) en had daarmee de hoogste stand bereikt.
Kortstondig was er even een piek naar 3 A (68%).
De conclusie is dat men zonnepanelen tijdens de wintermaanden beter rechtop kan plaatsen dan onder een hoek van 30 graden dat gebruikelijk is om de hoogste opbrengst te behalen. De opbrengst in november is nog goed om alle verlichting en tv van voldoende stroom te voorzien, er van uitgaande dat men geen omvormer en adapters gebruikt.
Wat levert een zonnepaneel op in de maand december?
In december zal ik bij strakblauwe lucht opnieuw metingen gaan verrichten.
Schaduwwerking zonnepanelen
een zonnepaneel kan ook op een
kippenhok geplaatst worden
Zonnepanelen zijn opgebouwd uit cellen. Een cel levert 0,5 Volt en al deze cellen staan in serie geschakeld. Een paneel van 250 Watt met een spanning van zo'n 30 Volt voor op het dak heeft 60 cellen, 60 x 0,5 Volt is dus die 30 Volt. In de zomer kan bij zonneschijn de zonnecellen de maximale stroom van 8 A halen. Wanneer een cel in zijn geheel is afgedekt zal de stroom van het gehele paneel naar bijna 0 A kelderen, aangezien alle cellen in serie geschakeld zijn. Wanneer men meerdere panelen aan elkaar koppelt zal dus de stroom van alle panelen naar bijna 0 A kelderen als er 1 cel van een zonnepaneel in de schaduw ligt bijvoorbeeld doordat deze achter een schoorsteen of achter een boomtak ligt. Dat ene zonnepaneel dat achter die schoorsteen is gelegd had men in dit geval er dan ook beter niet bij kunnen plaatsen. Ook wanneer er over een cel vogelpoep ligt en deze vogelpoep bedekt een halve cel dan zal het totale vermogen van alle panelen tezamen halveren.
een zonnepaneel dat bedekt is met sneeuw
kan men zo eenvoudig schoonmaken
zodat men ook als er sneeuw ligt elektriciteit
heeft in huis
Moderne duurdere zonnepanelen zoals van het merk Victron Energy hebben daarom hoogwaardige omloopdiodes om het vermogensverlies dat veroorzaakt wordt door schaduw te minimaliseren. Toch kan men het ontstaan van schaduw het beste voorkomen door deze als het even kan op een plaats te leggen waar geen bomen in de buurt zijn die het zonlicht belemmeren. Zolang de zon in het oosten opkomt kan men zonnepanelen het beste plaatsen op het dakgedeelte dat op het zuiden gericht is.
Goedkope chinese zonnepanelen zullen geen omloopdiodes hebben en deze moeten dus allemaal geheel in de zon liggen willen ze net zo goed werken als de zonnepanelen die wel omloopdiodes hebben.
On-grid systemen
een zonnepaneel kan ook voor de yurt
geplaatst worden, deze moet wel vastgezet
worden zodat deze niet kan omwaaien
Momenteel worden zonnepanelen die door installateurs op de daken worden gelegd gebruikt voor het omvormen naar 230 Volt wisselspanning. De zonnepanelen op het dak worden dan als een soort energiecentrale gebruikt voor de elektriciteitsmaatschappij voor als de zon schijnt zodat de elektriciteitsmeter terugdraait en men dus geld bespaard. Wanneer het donker of het bewolkt weer is en men dus elektriciteit nodig heeft voor verlichting heeft zullen de zonnepanelen niet genoeg stroom opwekken en heeft men juist weer elektriciteit nodig van de elektriciteitsmaatschappij. Ook wanneer de stroom door een stroomstoring uitvalt leveren de zonnepanelen ook als de zon schijnt geen stroom meer omdat de omvormer gevoed wordt door de netspanning die dan dus juist uitgevallen is. Men blijft in dit geval dus afhankelijk van een aansluiting op de elektriciteitsmaatschappij. Deze systemen noemt men dan ook on-grid systemen.
Voordelen 230 Volt AC:
- Bestaande televisie, computer, lampen, koelkast kan men zo aansluiten
- Bestaande elektrische installatie kan intact gehouden worden
- Wanneer de zon schijnt en men geen verlichting nodig heeft loopt de elektriciteitsmeter terug
- Men kan door de hogere spanning hogere vermogens op de bedrading aansluiten dan bij gebruik van 12 volt
- Men kan door de hogere spanning de stroom over grotere afstanden transporteren zonder spanningsval
een zonnepaneel kan ook op een losse
standaard op een zonnige plaats buiten
het bos geplaatst worden
Nadelen 230 Volt AC:
- Energieverliezen in de omvormer tijdens omzetten van gelijkspanning naar wisselspanning
- Energieverliezen in omvorming van wisselspanning naar gelijkspanning in elektronische apparatuur
- Men heeft dus meer zonnepanelen nodig om dezelfde hoeveelheid verlichting en apparatuur van elektriciteit te voorzien
- Wisselstroom kan momenteel nog niet opgeslagen worden zoals dat met 12 en 24 Volt wel kan in accu's
- Men heeft bij bewolkt weer en 's nachts geen stroom en dus stroom nodig van elektriciteitsbedrijf
- Bij een stroomstoring heeft men ondanks dat de zon schijnt geen elektriciteit omdat omvormer uitvalt doordat deze door de netspanning gevoed wordt
- Omvormer is een kostbaar apparaat en deze elektronica heeft niet zo'n lange levensduur, dus geen 20 jaar zoals het zonnepaneel
- Men blijft afhankelijk van een aansluiting op het elektriciteitsbedrijf met bijbehorende vastrechtkosten
Deze handleiding is bedoeld voor off-grid systemen zoals de 12 en 24 volt systemen met regelaar en accu en ik zal dan ook niet verder ingaan op de on-grid 230 Volt systemen zoals die door installateurs op de daken gelegd worden.