Alle zonne-energieën in Nederland

Zonne-energie

Zonne-energie is energie van de zon in de vorm van warmte en licht. Deze energie, samen met secundaire vormen zoals windenergie, getijdenenergie, waterkracht en biomassa vormt meer dan 99,9% van alle hernieuwbare energie op Aarde.

De zon is een ster die zich gemiddeld op 150 miljoen kilometer afstand van de aarde bevindt. De energie die de zon uitstraalt ontstaat door kernfusie. De atmosfeer en de magnetosfeer (het magnetisch veld van de aarde) beschermen het leven op aarde tegen het grootste deel van de schadelijke straling die de zon naast licht en warmte eveneens uitstraalt. De hoeveelheid energie die de aarde bereikt, is ca. 9000 maal groter dan de energiebehoefte van alle 7 miljard aardbewoners samen. De energie bereikt de aarde als licht en warmtestraling, een mengsel van elektromagnetische straling van verschillende golflengten, voor 99% liggend tussen 300 en 3000 nm. (De golflengten van zichtbaar licht vallen tussen 390 en 780 nm).

Gebruik door planten

Planten gebruiken zonne-energie voor fotosynthese, waarbij zij water en kooldioxide uit de lucht omzetten in suikers. Het fotosynthetisch proces waarop vrijwel het gehele leven op aarde draait, vangt slechts ongeveer 1% van de energie op voor nuttig gebruik, hetzij door lichamelijke activiteit, hetzij door consumptie, hetzij als fossiele brandstof. Bovendien zijn er grote stukken aardoppervlak zoals de woestijnen waar door gebrek aan water de fotosynthese geen kans krijgt.

Gebruik door de mens

Met zonne-energie wordt tegenwoordig meestal bedoeld de energie die mensen zelf met hun technologie opwekken direct vanuit van zonnestraling. Dit gebeurt op dit moment in Nederland en België vooral op twee manieren:

• De meest gebruikte toepassing is door middel van zonnepanelen met fotovoltaïsche cellen (ook wel PV-cellen genoemd). Die zetten het licht direct om in elektriciteit: zonnestroom.
• Een andere manier om gebruik te maken van zonlicht is thermische zonne-energie waarbij zonlicht wordt omgezet in warmte. Dit gebeurt door zonneboilers (oftewel zonnecollectoren).

De term zonnepanelen wordt voor beide methodes wel gebruikt en is dus niet geheel eenduidig.

Het grote probleem bij het praktisch gebruik van deze energie is dat de zonneconstante, de (maximale) hoeveelheid energie die per vierkante meter per tijdseenheid op het oppervlak valt, niet erg groot is. (ca 1367 Watt per vierkante meter in de bovenste lagen van de atmosfeer; op de grond minder, afhankelijk van de dikte van de tussenliggende laag lucht, de hoek waaronder de zon de aarde treft, de afstand tussen de aarde en de zon die met de seizoenen iets verandert, en vooral ook het voorkomen van wolken.) Daarom moet de energie over een vrij groot oppervlak 'geoogst' worden om economisch rendabel te worden. Het woord oogsten is hier zeker van toepassing, omdat de landbouw al eeuwen niets anders doet dan zonne-energie oogsten in biochemisch gebonden vorm, zoals zetmeel in granen of aardappelen.

Voor landen waar de zon bijna de hele dag schijnt bestaat een goede technologie om zonne-energie te oogsten: geconcentreerde zonne-energie, ook wel thermische zonne-energie genoemd. Hierbij worden de zonnestralen door middel van spiegels samengebracht op een klein oppervlak, waar een hoge temperatuur ontstaat. Met die hoge temperatuur wordt stoom gemaakt, waarmee net als in een gewone centrale elektriciteit wordt opgewekt. In Californië functioneren sinds de jaren 80 een aantal CSP-centrales met een gezamenlijk piekvermogen van 350 MWe naar volle tevredenheid.

Een andere vorm van duurzame zonne-energie is de zonnetoren. Lucht wordt opgewarmd door zonnewarmte onder een cirkelvormig doorschijnende collector die aan de rand open is. Zo vormt het doorschijnende dak samen met de grond een opslagruimte voor door de zon opgewarmde lucht. In het midden van de cirkel staat een verticale toren, die aan de basis een grote doorsnede heeft. Omdat hete lucht lichter is dan koude lucht, stijgt deze op door de toren. De toren zuigt meer lucht aan en er wordt nieuwe koude lucht aangevoerd aan de rand van de opslagruimte. Een continue stroom van lucht kan bereikt worden door met water gevulde buizen onder het dak te plaatsen. Overdag warmen deze op en 's nachts geven ze hun warmte af. Zo is er sprake van een constante stroom veroorzaakt door zonnewarmte. De energie die ontstaat bij deze opwaartse stroom lucht wordt door windturbines omgezet in mechanische energie en met generatoren wordt deze mechanische energie omgezet in elektrische energie.

Ter illustratie van het potentiële vermogen van grootschalige zonne-energie het volgende voorbeeld. Het energiegebruik van Europa bedraagt ca. 1020Joule/jaar (ruim 3 x 1012 Watt). Op basis van een energieopbrengst met een rendement van ca. 15% zou een gebied in de Sahara met een oppervlakte van netto ca. 50.000 vierkante kilometer voldoen voor alle energie die in Europa wordt gebruikt. Zie het oranje gebiedje op het kaartje in de Sahara. Dit is exclusief ruimte voor wegen, wonen en werken in het gebied van de zonnecentrale. En mits het probleem van energieopslag en -transport wordt opgelost. Voor een dergelijke zonnecentrale in Zuid-Europa (bijvoorbeeld Spanje, zie de illustratie) zou grofweg het dubbele oppervlak nodig zijn. Met vanzelfsprekend dezelfde kanttekening m.b.t. logistiek en opslag zoals hiervoor genoemd. Bovendien gaat bij noordelijker gelegen centrales het verschil tussen de seizoenen een grotere rol spelen.

Eigen beheer

Een ander groot voordeel van zonnepanelen is het feit dat men elektrische energie kan verkrijgen op plaatsen waar het moeilijk, of onmogelijk is, om elektrische leidingen te leggen

Afgeleide vormen

Aardolie, aardgas en steenkool zijn eigenlijk ook afgeleide vormen van zonne-energie. Ze werden gevormd uit de restanten van levende wezens in het geologisch verleden; allemaal ondersteund door fotosynthese. De snelheid waarmee we deze bronnen momenteel verbruiken wordt echter bij lange na niet bijgehouden door de snelheid waarmee door fotosynthese nieuwe organische brandstoffen worden aangemaakt. Ook waterkracht is een vorm van zonne-energie: het water verdampt door zonnewarmte, wordt door wind (ook een gevolg van temperatuurverschillen) omhoog getransporteerd, valt als regen weer op een berg of hoogte en de potentiële zwaartekrachtenergie van de massa van het water wordt als elektriciteit weer teruggewonnen bij het naar een lager niveau vallen of - stromen. Ook windenergie bestaat uitsluitend bij de gratie van door de zonnewarmte opgewekte temperatuurverschillen. Slechts getijdenenergie, geothermische energie en kernenergie zijn niet te herleiden tot zonne-energie, hoewel kernenergie gebruikmaakt van zware elementen die alleen in een supernova (ontploffing van een ster in zijn laatste levensstadium) konden ontstaan, maar dat was dus niet 'onze' zon.

Zonnepaneel

Een zonnepaneel of fotovoltaïsch paneel, kortweg pv-paneel is een paneel dat zonne-energie omzet in elektriciteit. Hiertoe wordt een groot aantal fotovoltaïsche cellen op een paneel gemonteerd.

Een zonnepaneel moet niet worden verward met een zonnecollector. Deze is op een ander principe gebaseerd, namelijk opwarming van een stromend medium, meestal water.

In de praktijk werkt men meestal met standaardpanelen van bijvoorbeeld 60 vierkante zonnecellen van elk 156 mm zijde, wat overeenkomt met een afmeting van het paneel van ongeveer 1,6 m².

De zonne-energie die zo wordt opgevangen is een vorm van duurzame energie, met andere voor- en nadelen dan energieopwekking met fossiele brandstoffen. Zonnepanelen worden ook toegepast voor energieopwekking in de ruimtevaart.

Bouw en werking
Zonnecellen zijn meestal gemaakt van silicium. Dat silicium bestaat uit twee lagen. Onder invloed van licht gaat er tussen de twee lagen een elektrische stroom lopen. Daarom heten zonnecellen ook wel fotovoltaïsche cellen (Grieks photos: licht, en volt naar de eenheid van elektrische spanning). Afgekort wordt gesproken van PV-systemen. Een andere vorm van PV zijn de elementen gemaakt met de dunnelaagtechnologie. Hierbij wordt gebruikgemaakt van amorf silicium. Deze elementen hebben een lager rendement, maar zijn ook beduidend goedkoper. Het rendement van gangbare zonnecellen ligt tussen ca. 5 en 15%, waarbij de cellen met betere rendementen wel meestal onevenredig veel duurder zijn.

Fotovoltaïsche zonnepanelen benutten zonlicht of daglicht, waarbij door de absorptie van fotonen in de zonnecellen een spanning ontstaat die wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken.

Een zonnecel die met zijn esthetische kwaliteit bijzonder geschikt is voor zichtbare architecturale toepassingen, is de achtercontactcel. Die wordt zo genoemd omdat alle elektrische contacten op de achterzijde plaatsvinden en de voorkant een nauwelijks zichtbaar metalen raster heeft, zonder storende dubbele metaalstroken. Dat resulteert ook in een grotere bruikbare oppervlakte van de cellen en hoeveelheid geleverde stroom.

De wijze waarop silicium is verwerkt bepaalt de kwaliteit van het paneel. Er zijn drie soorten, te weten: monokristallijn, polykristallijn en amorf (zoals hierboven al beschreven).

• Monokristallijn: De zonnecellen in een monokristallijn zonnepaneel bestaan uit één kristal. Het oppervlak van monokristallijne zonnecellen heeft geordende elektroden en is egaal zwart. Deze zonnepanelen hebben het hoogste rendement. Monokristallijne zonnepanelen hebben enkele procenten meer opbrengst dan polykristallijne. Deze panelen zijn duurder, maar hebben een hoger rendement per oppervlakte. De beste keuze voor het behalen van een maximale rendement en bij een beperkte ruimte.
• Polykristallijn: In een polykristallijn zonnepaneel bevinden zich zonnecellen die bestaan uit meerdere grove kristallen. Een polykristallijne zonnecel vertoont een soort gebroken schervenpatroon. De polykristallijne zonnepanelen zijn gunstig geprijsd en bieden een redelijk hoog rendement, hoewel minder rendement dan monokristallijne zonnepanelen. Wanneer er genoeg ruimte op een dak aanwezig is, is dit de beste keuze.
• Amorf: In een dunne-filmzonnepaneel wordt amorf silicium gebruikt. Amorfe zonnepanelen bevatten geen kristallen maar poeder. Hierdoor zijn ze zeer buigzaam. De amorfe zonnepanelen geven het minste rendement van de drie. De prijs ligt wel een stuk lager, maar deze zonnecellen zijn minder geschikt voor toepassing in zonnepanelen.

Koppeling aan het elektriciteitsnet

De meeste zonnepanelen worden via een omvormer (inverter) aan het elektriciteitsnet gekoppeld. Systemen die aan het elektriciteitsnet zijn gekoppeld sluizen de energie die niet wordt gebruikt, door naar het energiebedrijf. In dat geval loopt de verbruiksmeter achteruit zolang in huis minder elektriciteit wordt gebruikt dan het zonnepaneel levert. Systemen die aan het elektriciteitsnet gekoppeld worden, zijn netgekoppelde decentrale opwekkers.

De omvormer converteert de gelijkspanning van de zonnepanelen naar de wisselspanning van het lichtnet. Daarbij moet de fase gelijk zijn. Is het lichtnet uitgevallen, dan kan de omvormer niet werken - netgekoppelde opwekkers kunnen dus niet dienen om een stroomstoring te overbruggen.

Andere systemen slaan overtollige energie op in een accu. Daarvoor wordt vooral gekozen op plekken waar het elektriciteitsnet ontbreekt of een aansluiting te duur is. De accu's moeten natuurlijk voldoende capaciteit hebben om een paar donkere dagen te overbruggen. Deze werkwijze is bekend bij tuinverlichting, waarbij de accu overdag wordt opgeladen en 's nachts voor licht zorgt.

Tenslotte is er de mogelijkheid dat een zonnepaneel direct een verbruikend toestel aandrijft. Een voorbeeld is de zonnewagen, waarmee dus alleen gereden kan worden als de zon schijnt.

Kosten

De terugverdientijd voor fotovoltaïsche zonnepanelen ligt anno 2013 op ongeveer 7 jaar bij gelijkblijvende elektriciteitprijs. In de jaren daarvoor was het ongeveer 10 jaar.

De totale kosten van zonnepanelen bestaan uit de panelen zelf (investering, afschrijving, financiering, onderhoud, verzekering), de aansluiting op het stroomnet inclusief omvormer, de installatie van de panelen op de locatie en eventueel de vergunning en de subsidie.

Vergunning

Slechts in uitzonderingsgevallen is een vergunning nodig, dan hebben we het over beschermde dorps- of stadsgezichten en/of monumenten.

Installatie / montage omvormer / aansluiting op de stroommeter

Sommige mensen kunnen de zonnepanelen zelf (gratis) installeren / monteren. De kosten zijn afhankelijk van de installateur en hoe moeilijk het is om bij de locatie, meestal het dak, te komen. Zonnepanelen zijn door hun omvang windgevoelig en moeten stevig vastgezet worden om te voorkomen dat ze wegwaaien. Een richtprijs (anno 2010) is 500 tot 2500 euro voor de installatie.

Zonnepanelen

Gemiddeld kost een wattpiek (Wp) van een kristallijn zonnepaneel ongeveer 1 euro (exclusief montage). 100 Wp levert in Nederland circa 70 tot 90 kWh per jaar aan energie op, afhankelijk van de locatie in Nederland, de hoek van het dak, hoeveelheid schaduw en het type zonnepaneel. De berekening is erop gebaseerd dat de zonnepanelen energie leveren die men niet hoeft in te kopen bij de elektriciteitsmaatschappij. Stroom van de elektriciteitsmaatschappij kost ongeveer 0,20 tot 0,23 euro per kWh (anno 2013). Als men per saldo meer stroom produceert dan men nodig heeft, kan dit verkocht worden aan de elektriciteitsmaatschappij voor het terugleververgoeding van ongeveer 0,05 tot 0,09 euro per kWh.

Als je een installatie koopt met een capaciteit van 4000 Wp kost deze uitgaande van een prijs van 1 euro per Wp, ongeveer 4000 euro (exclusief montage). Deze installatie zal dan ongeveer 3200 kWh per jaar opleveren. Het gemiddelde Nederlandse verbruik ligt op ongeveer 3500 kWh, dus produceert de installatie minder dan nodig is en zal men niet gaan terugleveren. De totale eigen stroomproductie kan dan afgetrokken worden van de in te kopen hoeveelheid stroom. Bij een stroomproductie van 3200 kWh en een prijs van 0,20 euro per kWh bespaart de installatie per jaar dan 640 euro. Hiermee verdient de investering van 4000 euro zich terug in 4000 euro / 640 euro/jaar = 6 tot 7 jaar (exclusief montage).

Als je het geheel in 10 jaar afschrijft loopt de berekening als volgt. Aanschaf 4000 euro, installatie 1000 euro totaal 5000 euro. Afschrijving in 10 jaar levert afschrijvingskosten van 5000 euro per 10 jaar = 500 euro per jaar. Bij een besparing van 640 euro per jaar is het voordelig. Natuurlijk moet ook de gemiste rente over de investering meegerekend worden: als je 5000 euro 10 jaar op de bank laat staan, ontvang je per jaar al snel 100 euro aan rente.

Alternatieve berekeningen

Een alternatieve berekening gaat als volgt: De prijs van zonnepanelen wordt meestal uitgedrukt in wattpiek (Wp) of kilowattuur (kWh) per jaar (Wp, kWh/annum). 1 Wp staat gelijk aan 0,70 tot 0,90 kWh/annum. Het gemiddelde energieverbruik per woning is 3500 kWh/jaar; om dit te produceren heb je dus een installatie van ongeveer 3900 Wp nodig. De prijs van 1 Wp ligt in maart 2013 rond de 1,50 euro (geïnstalleerd). De installatie zal dus inclusief installatie en BTW ongeveer 5850 euro kosten. Vanaf dat moment bent u voor de komende 30 jaar (gemiddelde levensduur zonnepanelen) uw eigen stroomproducent.

Het financiële rendement op een investering in zonnepanelen is anno 2011 ongeveer 5%.

Toekomst

Als de elektriciteitsprijs nog verder stijgt zal de terugverdientijd korter worden. Nieuwere generatie zonnepanelen hebben een hogere opbrengst. Als deze voor dezelfde prijs geproduceerd kunnen worden, krijg je voor dezelfde prijs meer vermogen.

De technische levensduur ligt, afhankelijk van de kwaliteit, tussen de 30 en 45 jaar.

Aannemelijk is dat zonnepanelen gevoelig zijn voor schade van takken, vogeluitwerpselen, hagel etc. Eventueel moeten ze periodiek schoongemaakt worden om aanslag te verwijderen. Schuin liggende zonnepanelen zullen schoonspoelen door de regen. Op platte daken worden ze schuin geïnstalleerd zodat ze schoonspoelen en een goede hoek hebben ten opzichte van de zon. Een ongunstige ligging veroorzaakt door schaduw van gebouwen of bomen en ook een slechte hoek ten opzichte van de zon kan leiden tot een lager rendement.

De opwekkingskosten van eigen stroom met zonnepanelen bedragen ongeveer 0,14 tot 0,20 euro per kWh. Terugleveren is dus nog niet gunstig omdat de terugleverprijs anno 2013 op ongeveer 0,07 euro per kWh ligt. Dat is pas gunstig op het moment dat de prijzen nog met meer dan de helft dalen, maar het gaat de laatste jaren wel snel.

Bij de berekening van de wenselijke capaciteit kan het beste een kleine overcapaciteit worden aangeschaft, niet iedereen heeft tenslotte een gemiddeld stroomverbruik of een ideale ligging van het dak. Dus iets in de buurt van 4000 kWh per jaar lijkt voor een particulier ideaal. Belangrijk is dat men daarvoor ook voldoende plaats heeft (op het dak). Voor een installatie met een capaciteit van 3500 kWh per jaar heeft men een dak nodig van 30 m² (3 bij 10 meter), georiënteerd op het zuidwesten. Dat is een groot dak; groter dan het gemiddelde dak.

Subsidie

Tot 2004 werd in Nederland veel geïnvesteerd in zonne-energie, maar het abrupt stopzetten van de subsidie heeft hier een eind aan gemaakt. In andere Europese landen werd toen nog wel veel geïnvesteerd in zonnepanelen. Niet alleen vanuit milieu-oogpunt, maar ook omdat het met de stijgende stroomprijs (tussen 2000 en 2004 met 8% per jaar en in 2005 met 12%), toen in toenemende mate ook gewoon voordelig was.

Tussen 2008 en 2010 kende Nederland de regeling SDE waardoor er per geproduceerde kWh subsidie werd uitgekeerd. Anno 2011 zijn er steeds meer mensen die zonnepanelen aanschaffen, zonder subsidies. Vooral bedrijven kopen steeds vaker zonnepanelen mede omdat de terugverdientijd vaak verkort wordt door de Energie Investerings Aftrek (E.I.A.), (kleinschaligheids) Investeringsaftrek (I.A.). Afhankelijk van de rechtsvorm en fiscale winst is terugverdientijd voor bedrijven 4 tot 7 jaar.

In 2013 bestond er in Nederland een subsidieregeling voor particulieren, waarbij een maximum van 650 euro gold.

In Duitsland wordt de subsidie per kWh al verminderd omdat velen subsidie aanvragen. Zo kan met een bepaald subsidiebudget de installatie van meer zonnepanelen gestimuleerd worden. En andere reden voor de vermindering van de subsidie is dat de zonnepanelen zelf steeds goedkoper geproduceerd worden, zo goedkoop zelfs dat het inmiddels ook al zonder subsidie op veel locaties een goede investering is. Het is de verwachting dat de subsidie ook in Nederland binnen enkele jaren zal verdwijnen of in ieder geval verminderen.

Vanaf de start van de regeling op 2 juli 2012 kwamen er tot en met 12 juli 2013 in totaal 78 289 aanvragen binnen. Het totale budget dat het ministerie van Economische Zaken voor 2012 en 2013 samen beschikbaar stelde, was 50.882.000 euro. Op 8 augustus 2013 bleek de subsidiepot leeg te zijn.

Overig

Men vindt zonnecellen ook vaak op plaatsen waar een elektriciteitsnet niet voorhanden is, bijvoorbeeld op zeiljachten, boeien, palen langs de weg of op draagbare voorwerpen zoals rekenmachines.

In België resulteerden de tegemoetkomingen van de diverse overheidsinstanties - gegeven de elektriciteitsprijzen bij Electrabel in maart 2007 - in een te verwachten terugbetalingstermijn van de zonnepaneelinstallatie van circa 11 jaar. Dit mede dankzij de elektriciteitsopbrengst van deze geruisloze, milieuvriendelijke en duurzame energiebron. Zonder deze tegemoetkomingen zou bij die prijzen de afbetaling circa 15 jaar duren.

Chinese producenten realiseerden in 2010 een kostenreductie op zonnecellen van 60% ten opzichte van een jaar eerder.

Europese deskundigen voorspellen dat zonnestroom vanaf 2015 of 2017 volledig kan concurreren met marktprijzen van conventioneel opgewekte elektriciteit.

De prijzen dalen relatief snel (meting in 2013). Door de dalende prijzen worden steeds meer locaties economisch geschikt, wat kan leiden tot een verdere daling van de prijzen totdat het zelfs op de langere duur voordelig wordt om terug te leveren aan het elektriciteitsnet en als netto-producent te gaan optreden.

De productie van zonnepanelen vraagt op zich ook energie. De maat wordt de energiebalans genoemd en in België en Nederland ligt deze tussen 1 en 2 jaar.

Opbrengst

De opbrengst van een zonnepaneel is afhankelijk van een aantal factoren:

• Opwaartse hellingshoek van invallend zonlicht; een zonnepaneel op de noorderbreedte van Vlaanderen en Nederland levert de hoogste opbrengst wanneer het een hellingshoek van 35° (tot 36°) heeft. Bij hellingshoeken tussen 20° en 60° is de jaaropbrengst slechts 5% lager.
• Zijwaartse hoek: optimaal wanneer het paneel stationair gericht is op 5° ten westen van het zuiden. Bij oriëntaties tussen zuidoost en zuidwest is er slechts 5% verlies op jaarbasis. Met een meedraaiend paneel, wanneer het zonlicht er loodrecht op blijft vallen, stijgt uiteraard de productie.
• Oppervlakte (lengte x breedte).
• Rendement; het percentage van de energie in het op het zonnepaneel vallende zonlicht dat wordt omgezet in elektriciteit. Verschillende typen zonnecellen hebben een verschillend rendement. Door onderzoek en ontwikkeling stijgen de rendementen van nieuwe types nog voortdurend.
• Het achterliggende systeem; bij een autonoom systeem speelt de grootte van het opslagsysteem een belangrijke rol. Wanneer dit vol is, kan er namelijk geen energie meer bij. Het paneel werkt dan voor niets.
• Zoninstraling; de hoeveelheid opvallend zonlicht bepaalt in belangrijke mate de opbrengst. Ook als het bewolkt is, werkt een zonnecel. Wolken houden slechts een deel van het zonlicht tegen - de rest van de stralen verspreiden ze - en in gebieden dicht bij de evenaar is de opbrengst hoger dan in meer gematigde gebieden. Aan de Franse Rivièra, waar veel minder bewolking is, levert de zon toch slechts 1,5 keer zoveel energie als in Nederland.
• Zonuren; de hoeveelheid uren per jaar zonder bewolking is medebepalend voor het rendement. Op Texel zijn ongeveer 20% meer zonuren dan in het oosten van Nederland.
• Temperatuur; bij hoge temperaturen wordt minder elektriciteit opgewekt dan bij lage temperaturen. Dit heeft te maken met de betere elektrische geleiding in materialen bij lage temperaturen. Hierdoor kan het zijn dat op een zonnige dag in oktober, met een temperatuur van 10°C de opbrengst hoger is dan in de zomer bij 35°C. Koeling van panelen met lucht of water kan een opbrengstverhogende werking hebben.

Om het vermogen van zonnepanelen te kunnen vergelijken, zijn er standaardcondities opgesteld: een instraling van 1000 W/m², waarvan het spectrum overeenkomt met het spectrum van zonlicht bij een luchtmassa van 1,5 (dit betekent dat het zonlicht een afstand door de atmosfeer heeft afgelegd die gelijk is aan anderhalf maal de gemiddelde dikte van de atmosfeer) en een celtemperatuur van 25°C. Het maximale elektrische vermogen van een zonnepaneel onder deze condities wordt het piekvermogen genoemd en wordt geschreven als Wp (Wattpiek).

Recycling

Zonnepanelen bevatten veel waardevolle materialen zoals aluminium, zilver en silicium. Door zonnepanelen te recyclen is het mogelijk om tot 90% van alle materialen terug te winnen en voor hergebruik geschikt te maken. Een non-profitorganisatie die zich bezighoudt met recycling van zonnepanelen is PV Cycle dat het inzamelen, transporteren en verwerken van zonnepanelen namens de producenten van zonnepanelen voor haar rekening neemt. Zonnepanelen komen voor recycling in aanmerking als ze aan de eind van hun economische of technische levensduur zijn, of doordat ze tussentijds beschadigd zijn geraakt en daardoor niet meer functioneren.

Zonneboiler

Een zonneboiler is de aanduiding voor het systeem van een warmwaterboiler tezamen met een zonnecollector. Deze zonnecollector zet hoofdzakelijk de elektromagnetische straling van het zichtbare licht van de zon direct om in warmte. Het is dus geen zonnepaneel of PV-paneel.

Werking
Het principe van een zonneboiler is eenvoudig: als een tuinslang de hele dag in de zon ligt, wordt het water in de slang erg warm. Zonneboilers maken gebruik van datzelfde principe. Het opgewarmde water in de buizen wordt verpompt en de warmte daarvan bewaard in een geïsoleerd voorraadvat: de boiler. Wanneer de temperatuur in de buizen hoger is dan in de boiler zet een regeleenheid de pomp aan. Daardoor wordt door het koude water van de boiler de zonnecollector gekoeld en wordt de boiler door het warme water van de zonnecollectoren verwarmd. Na enige tijd, wanneer de zonnecollector en de boiler bijna dezelfde temperatuur hebben, schakelt de regeleenheid de pomp uit. Op deze manier staat er een hoeveelheid warmte beschikbaar om gebruikt te worden op het gewenste moment, al schijnt de zon zwak of helemaal niet. Zelfs in de winter als de zon maar een paar uur schijnt, kan zo'n boiler voldoende warm water produceren om te douchen, te wassen of schoon te maken. Sommige systemen leveren ook een bijdrage aan de ruimteverwarming.

Bij een geopende warmwaterkraan stroomt het koude leidingwater, al of niet indirect, door het opgewarmde voorraadvat naar de kraan. Als het water niet warm genoeg is, dan brengt bijvoorbeeld de cv-ketel, de geiser of een warmtepomp het op de gewenste temperatuur. Dit proces heet naverwarming. Een CV-ketel die geschikt is het voor het naverwarm proces dient het Gaskeur NZ label te dragen. De afwijkende eigenschap van een NZ label ketel en een reguliere CV-ketel is dat de inlaattemperatuur tot 85 graden Celsius of hoger geen probleem vormt voor de CV-ketel.

De collector wordt in Nederland vaak op het dak van een woning geplaatst. De opbrengst in Nederland is optimaal als de hellingshoek van de collector ongeveer 45 graden is en deze georiënteerd is op het zuiden.

Vlakkeplaatcollector
De vlakkeplaatcollector bestaat uit een absorber met een speciale coating, een zogeheten spectraalselectieve laag. Deze laag heeft een hoge absorptiefactor en tegelijkertijd een lage emissiefactor. Met andere woorden voor licht gedraagt het zich als een warmte absorberende (zwarte) laag, maar voor warmte als een niet emitterende (witte) laag. Op deze manier kan een hoge temperatuur bereikt worden. Dit in tegenstelling tot bijvoorbeeld zwarte verf, die wel de lichtenergie opneemt, maar die warmte weer uitstraalt, of witte verf die de warmte wel vasthoudt maar niet opneemt.

De spectraalselectieve laag kan als speciale (dure) verf worden opgebracht, of door chemische bewerking van metaal of worden opgedampt op een metalen plaat, zoals koper of aluminium. Aan de achterzijde van deze metalen plaat lopen dunne leidingen waardoor het collectormedium stroomt, waaraan de ingewonnen warmte wordt afgegeven. De absorber wordt aan de achterkant en zijkant geïsoleerd met een dikke laag minerale wol en/of polyurethaanschuim en aan de voorkant met een glasplaat van ijzerarm, gehard glas.

Vacuümbuiscollectoren
Vacuümbuiscollectoren zijn te vergelijken met een thermoskan. Het zijn twee glazen buizen in de "kanonvorm" die ruim in elkaar passen waartussen een hoog vacuüm heerst. Op de binnenste glazen buis is aan de vacuüm kant een spectraalselectieve laag opgedampt. Hierdoor zal het door de buitenste glazen buis doorgelaten zonlicht de binnenste buis opwarmen. Door het vacuüm kan er geen warmte door convectie verloren gaan en vanwege de spectraalselectieve laag ook niet als warmte (infrarood) straling. In de binnenste buis bevindt zich een heatpipe die de warmte transporteert naar een buis met collectormedium. Meestal is dit gewoon water met antivries. Stagnatietemperaturen van over de 200 graden Celsius kunnen op deze manier worden bereikt. Vanwege de werking van de heatpipe, dient de hellingshoek tussen de 15 en de 75 graden te zijn. Daardoor kan de koelvloeistof netjes langs de interne wand van de heatpipe omlaagstromen. Bij verticale opstelling kan de neerdruppelende koelvloeistof het opstijgende gas hinderen: er ontstaat dan turbulentie. Bij horizontale opstelling komt de stroming in de heatpipe niet op gang.

Kosten
Voor individuele installaties bedragen de kosten van een zonneboiler tussen de 500 euro en 3500 euro (incl. installatiekosten en btw). De meest prijsgunstige systemen qua aanschaf en onderhoud zijn vaak de terugloop/leegloopsystemen, doordat daarbij minder componenten worden gebruikt en er geen druk op het systeem staat, zoals bij systemen die met glycol zijn gevuld wel het geval is. Een doorstroomzonneboiler (tapwater loopt door de warmtewisselaar in het vat in plaats van het collectormedium) is een nieuwe toepassing waarbij legionellabesmetting tot het verleden behoort. De Nederlandse overheid gaf sinds 2008 weer subsidie bij de aanschaf van een zonneboiler. Dit is een aanschafsubsidie van ongeveer 30% van de aanschafprijs van het systeem. De terugverdientijd van een zonneboiler is daarmee zo'n 7 tot 9 jaar gerekend met een gasprijsstijging van meer dan 7% per jaar. Deze subsidie maakte onderdeel uit van de regeling Duurzame warmte voor bestaande woningen, die in 2011 is beëindigd.

Energiebesparing
De jaarlijkse besparing van een standaardsysteem met vlakkeplaatcollector bedraagt 150 tot 350 kubieke meter aardgas bij een collectoroppervlak van ongeveer 2,5 tot 3,5 vierkante meter (+/-3,6 tot 4,2 GJ). De besparing is afhankelijk van het tapwaterverbruik. Voor een gemiddeld huishouden tot vier personen scheelt dat ongeveer de helft van het verbruikte gas voor het verwarmen van het tapwater. Dat levert een jaarlijkse besparing op van ongeveer 200 euro. De jaarlijkse elektriciteitsbesparing ten opzichte van een elektrische boiler bedraagt ongeveer 1300 kWh en dit levert een financiële besparing op van zo'n 260 euro. (alle bedragen zijn prijspeil 2009).

Een vacuümbuissysteem heeft in de winter een wat hoger rendement dan een vlakkeplaatcollector, doordat deze minder warmte verliest aan de omgeving. Hierdoor kan een vacuümbuissysteem ook gebruikt worden voor cv-verwarming en verwarming. Wanneer een systeem met vacuümbuizen wordt gebruikt voor alleen tapwater en cv-verwarming, is er vaak in de zomer veel warmte over, doordat het systeem op de winterperiode wordt gedimensioneerd, of te weinig warmte voor de cv in de winter wanneer het op de zomer(tapwater)behoefte wordt gedimensioneerd. De zonneboiler moet warmer zijn in de winter dan de retourtemperatuur van de cv om iets te kunnen toevoegen. Vaak is de zonneboiler te koud om warmte te kunnen toevoegen aan de cv, doordat de zon in de winter nu eenmaal minder krachtig is en er ook minder zonnige dagen zijn. Wanneer er in de zomer warmte over is, is die niet op te slaan voor de winterperiode, waardoor het totale rendement van zo'n systeem lager uitvalt. De prijs van een vacuümbuis/heatpipesysteem is zo'n 1,5 tot 3 maal hoger dan van een vlakkeplaatsysteem, afhankelijk van het merk van de buizen. Omdat in Nederland de subsidie bedoeld is voor tapwatersystemen, is de subsidie voor systemen van meer dan 6 m² lager dan die voor systemen van kleiner dan 6 m². Tevens geldt er een maximumsubsidie per huishouden van 1.500 euro om de kleine systemen aan te moedigen. Op dit moment zit er geen geld in de pot voor de regeling duurzame warmte. Het is niet bekend of deze dit jaar nog wordt aangevuld.

Overtollige zonnewarmte in de zomer kan echter wel opgeslagen worden onder gebouwen die al verwarmd worden met een warmtepomp. Zodoende wordt 's zomers het grondwater onder een gebouw verwarmd. Zonneboilers kunnen zo het rendement van een warmtepompinstallatie flink verhogen, en daarmee de CO2-belasting door gebouwverwarming nog verder verlagen.