Efficiëntie van zonnepanelen en solarinstallaties – deel 2 (invloed van temperatuur)

Invloed van temperatuur op zonnepanelen
Hoewel de temperatuur op zich niet zo’n belangrijke rol speelt in de opbrengst die een zonnepaneel kan leveren als bijvoorbeeld het kiezen van de juiste modules in een bepaalde situatie of bij schaduwverliezen, is het toch belangrijk om te weten dat de temperatuur wel een duidelijk merkbare invloed heeft op het rendement.

Kort gezegd komt het op het volgende neer: hoe hoger de temperatuur van het paneel hoe lager het rendement. Dit lijkt op het eerste gezicht vreemd en contra-intuïtief. Hoe meer zon hoe meer energie. Dat betekent dus ook dat, als de temperatuur stijgt door de zon, de zonnepanelen ook meer energie moeten opleveren. Deze bewering, die trouwens compleet logisch is opgebouwd, is eigenlijk niet van toepassing op de zonnepanelen omwille van het feit dat zonnepanelen gemaakt zijn van het halfgeleidermateriaal silicium.

Halfgeleiders worden namelijk beter geleidbaar bij een hogere temperatuur. Hierdoor kunnen elektronen gemakkelijker gaten opvullen die in het materiaal ontstaan. Dit zorgt voor een verbetering van de elektrische balans in de cel. Dit zorgt voor een verlaging van de spanning tussen elektronenmantels van de atomen in de zonnecellen. Dit zorgt dus voor een verlaging in de algemene spanning van een zonnecel waardoor het vermogen daalt. Ter herinnering de spanning vermenigvuldigd met de stroom geeft het vermogen.
temp
De stroomsterkte neemt wel toe bij een temperatuursverhoging. Dit verschil is wel enorm klein. Laten we zeggen een toename van 0,045% per graad. Meestal word deze waarde verwaarloosd.

Het maximum vermogen van een zonnepaneel wordt berekend bij een constante temperatuur van 25° Celsius. Er wordt algemeen gezegd dat er een vermogensverlies is van ongeveer 0.4% per graad dat de temperatuur uitstijgt boven de 25°.

Zoals eerder gezegd heeft een zonnepaneel een efficiëntie tussen de 5% en de 20% (wat al zeer hoog is). Dit wil eigenlijk zeggen dat slechts 5 à 20% van de zonne-energie wordt omgezet in elektrische stroom. De andere 80 à 95% wordt omgezet in thermische energie. Hierdoor wordt een zonnepaneel dus opgewarmd. Wanneer de zon intensief op een zonnepaneel schijnt kan de temperatuur gemakkelijk oplopen tot 65 graden Celsius of zelf nog meer. Een stijging van 40° dus, wat resulteert in een verlies aan rendement van ongeveer 16% op het totale vermogen.

Een zonnepaneel met een STC vermogen van 250 Watt zou, wanneer het verwarmd is tot 65°c, zoals wel eens voorkomt op zomerdagen, op zo’n moment 16% van zijn vermogen verliezen. Op zo’n moment waar de instraling van de zon natuurlijk maximaal is, zou een paneel nog maar 210 Watt leveren.

Dit probleem kan voorkomen worden door de zonnepanelen te koelen. Dit is echter gemakkelijker gezegd dan gedaan. Er zijn op dit moment verschillende onderzoeken aan de gang om de zonnepanelen op een rendabele manier te koelen. Met als doel dat zo’n koeling rendabel is. Dit blijkt echter ongelofelijk moeilijk. Het is onder speculanten vergelijkbaar met een perpetuum mobile, omdat het zorgt voor een oneindig grotere opbrengst aan energie.

Perpetuum mobile?
Stel dat hetzelfde zonnepaneel van 250 Wattpiek gekoeld wordt tot het absolute nulpunt 0°K. Het is geweten dat dit zonnepaneel onder STC condities (298°k en een instraling van 1000W/m²) 250 watt levert. Op 0°k zou dit volgens de coëfficiënt 298*0,4%= 119,2% extra leveren, wat dus neerkomt op een maximale opbrengst van 548 Watt. Hiermee wordt de efficiëntie van het proces dat zonlicht omzet enorm verbeterd.

perpetuum-mobile1

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *