Heter is niet beter

Zonnepanelen houden van koude en felle zon. Dit lijkt met elkaar in tegenspraak maar op de zuidpool leveren zonnepanelen, als de zon schijnt, veel stroom, meer dan in een heet woestijngebied.

Zonnecellen gaan slechter werken als de temperatuur omhoog gaat. Technisch heeft dit te maken met elektronen die gemakkelijker overspringen, maar dat gaat te ver voor dit blog. Het is dus een feit dat alle zonnepanelen hier last van hebben.

Dalend vermogen

De producenten van de zonnepanelen geven in hun specificaties aan wat de invloed van de temperatuur op de productie is. De belangrijkste specificatie is de Watt piek waarde. Dit is het vermogen dat het panel kan opleveren als de zon straalt met een vermogen van 1 kW/m2 en het paneel een temperatuur heeft van 25°C. Daarnaast geven ze een temperatuurcoëfficiënt aan; deze geeft aan hoeveel het vermogen verandert als de temperatuur stijgt of daalt. Deze coëfficiënt heeft een waarde van -0,3 tot -0,4 %/˚C. De waarde is negatief omdat het vermogen daalt als de temperatuur stijgt.

Een voorbeeld: als het paneel 45°C is (dus 20°C hoger dan bij de Watt piek specificatie hoort) dan is het verlies aan vermogen 20x0,4=8%.

Hoe warm wordt een paneel?

Een zonnepaneel behoudt natuurlijk niet de normale buitentemperatuur. Dan zouden we in Nederland goed zitten. De zoninstraling wordt omgezet naar stroom. Het rendement van deze omzetting is ca. 20%. De rest van de instraling wordt omgezet in warmte, waardoor de panelen opwarmen. Er zijn veel experimenten gedaan om de echte temperatuurstijging te meten en in een model te stoppen. Dit is lastig omdat vele factoren een invloed hebben. In de praktijk worden vaak paneeltemperaturen tussen 30˚C en 60˚C gevonden. Dit betekent een vermogensverlies tussen 2% en 16%. Het is dus de moeite waard om de temperatuur naar beneden te krijgen.

Koelen van een paneel

PV-T - panelen

Er bestaan hybride zonnepanelen waar naast zonnecellen ook zonnecollectoren in zitten. Deze worden PV-T-panelen genoemd: PV voor het zonnecellen en T voor de thermische zonnecollector. Deze zonnecollectoren warmen water (oplossing) op zodat het warme water gebruikt kan worden voor verwarming of tapwater. Leveranciers van PVT panelen geven aan dat dit water ook gebruikt kan worden om de zonnecellen te koelen. In de praktijk lees ik hier weinig goede berichten over. De temperatuur van het water is te hoog of de kosten van het rondpompen van koelwater wegen niet op tegen de besparing. Ik ga dit wel verder volgen.

Mooie of lelijke panelen

Mooie egaal zwarte panelen nemen meer warmte op en worden daardoor gemiddeld iets warmer dan de ‘lelijke’ variant. Belangrijk hierbij is het gebruikte backsheet, ofwel de kleur van de plaat waarop de zonnecellen gemonteerd zitten. Bij een witte backsheet wordt zonlicht dat aan de voorzijde niet op de zonnecellen valt, zoveel mogelijk weerkaatst. Je moet de backsheet niet verwarren met de achterkant van het paneel. Daar wordt middels een frame een kunststof- of glasplaat geplaatst.

De beste panelen qua rendement gebruiken dus een witte backsheet. Er wordt gezegd dat de winst in vermogen ca. 3% is. Toch maar lelijke panelen op het dak?

Laat de wind het werk doen

Een groot deel van de normale koeling van een zonnepaneel komt van de wind die langs de panelen strijkt. In een veel gebruikt rekenmodel (David Faiman) is de paneeltemperatuur op de volgende manier afhankelijk van de windsnelheid:

Tpaneel = Tbuiten + G / (U0 + U1*v)

G is de zoninstraling, U0 en U1 zijn constanten afhankelijk van het soort zonnecellen en v is de windsnelheid. Als je deze formule gaat invullen dan zie je dat het verschil in temperatuur bij windstilte en een behoorlijke wind (4 m/s) ca. 12˚C is ofwel een rendementsverschil van ca. 5%.

Voorgaande formule geeft een algemene inschatting van de temperatuur van je paneel. Hiernaast kun je als je een plat dak hebt, nog wat extra’s doen om de koeling te verbeteren: 

• Warme lucht stijgt op, maar dit gaat pas een beetje werken als de hellingshoek van je zonnepaneel 45° of groter is. Er moet dan ook voldoende aanvoer mogelijk zijn en dat betekent een ruimte onder de panelen van minimaal 15 cm.
• Normale dakbedekking is zwart en neemt veel zonne-energie op en wordt daardoor erg warm. Door het toepassen van een lichte dakbedekking kunnen je zonnepanelen meer warmte naar beneden uitstralen en blijven ze een paar graden koeler.

 Hierna volgt nog een toepassing van deze inzichten.

Indak panelen

Eerder moesten we al de lelijke panelen kiezen en hier betoog ik dat we de panelen niet indak moeten leggen maar erboven zodat de wind er onderlangs kan stromen. Hiervoor gaf ik al aan dat de ruimte tussen dak en panelen minimaal 15 cm moet zijn voor optimale koeling. De esthetici delven weer het onderspit. De gemiddelde vermogenswinst wordt ingeschat op 3%.

Ik heb één daadwerkelijk gemeten vergelijk gevonden in de masterthesis van Quinten De Kooning en Dries Depreeuw (2010) en dat gaf een verschil van 2,7%.

Sedum dak

Je kunt de temperatuur van je zonnepanelen ook verlagen door ze te plaatsen in een koelere omgeving. Een sedum dak bestaat uit plantjes die vol met water zitten. Op een warme dag verdampen deze plantjes water zodat ze koeler blijven dan bijvoorbeeld dakpannen of een bitumen dak. De zonnepanelen boven dit sedum dak kunnen daardoor meer warmte kwijt en zullen daardoor een aantal graden koeler blijven. Ik heb geen harde getallen kunnen vinden, maar een verschil van 7˚C lijkt me een redelijke schatting. Hierbij hoort een rendementsverbetering van ca. 3%.

Als je dit combineert met het optimaliseren van de convectiestromen door het plaatsen van de panelen onder een wat grotere hoek en je laat aan de onderkant een flinke ruimte over, dan blijven de plantjes groeien en je panelen blijven zo koel mogelijk.

Overzicht

Er zijn verschillende aspecten de revue gepasseerd met betrekking tot het optimaliseren van de temperatuur van je zonnepanelen. In het volgende overzicht zie je deze nog een keer in het kort.

Dus als je niet naar de noordpool kunt verhuizen met je zonnepanelen, maar je wilt wel meer rendement uit je zonnepanelen, dan plaats je de lelijke zonnepanelen bovenop een sedum dak.