Wat jij als installateur moet weten over de efficiëntie van zonnepanelen

De efficiëntie van een zonnepaneel wordt voornamelijk bepaald door twee factoren:

• De celefficiëntie, gebaseerd op het celontwerp en siliciumtype
• De efficiëntie van het paneel als geheel, gebaseerd op de lay-out van de cel, de configuratie en de grootte van het paneel

Celefficiëntie

De celefficiëntie wordt bepaald door de celstructuur en het type substraat dat wordt gebruikt. Meestal is dit P-type of N-type silicium. De celefficiëntie wordt berekend door wat bekendstaat als de vulfactor (FF). Dit is de maximale omzettingsefficiëntie van een PV-cel bij de optimale bedrijfsspanning en -stroom.

De celefficiëntie is iets anders dan de paneelefficiëntie. Deze laatste is altijd lager, vanwege de interne celkieren en de framestructuur die deel uitmaken van het totale oppervlak.

Het celontwerp speelt een belangrijke rol in de paneelefficiëntie. Belangrijke eigenschappen zijn onder meer het siliciumtype, de busbarconfiguratie, de junctie en het passiveringstype (PERC). Panelen die zijn gebouwd met behulp van IBC-cellen (back-contact), zoals de panelen van AIKO, zijn momenteel het meest efficiënt (tot 23,8%) dankzij het zeer zuivere N-type siliciumsubstraat en het ontbreken van verliezen door busbarschaduw.

Panelen die zijn ontwikkeld met de nieuwste N-type TOPcon- en geavanceerde HJT-cellen hebben efficiëntieniveaus van ruim boven de 22% bereikt. Tandemperovskietcellen met ultrahoog rendement zijn in ontwikkeling, maar zullen naar verwachting met de komende twee jaar commercieel levensvatbaar worden.

Paneelefficiëntie

De efficiëntie van een zonnepaneel wordt gemeten onder de Standaard Test Conditie (STC), gebaseerd op een celtemperatuur van 25°C, een zonne-instraling van 1000W/m2 en een luchtmassa van 1,5. De efficiëntie in % van een paneel wordt vervolgens berekend door het maximale vermogen, of Pmax (W) bij STC, te delen door het totale paneeloppervlak gemeten in vierkante meters.

Formule paneelefficiëntie (%) = Pmax / (Paneeloppervlak x 1000W/m2) x 100

Er zijn veel verschillende factoren die de totale paneelefficiëntie kunnen beïnvloeden, zoals de celtemperatuur, het instralingsniveau, het celtype en de onderlinge verbinding van de cellen.

Wel is het belangrijk om te beseffen dat hoewel 1000W/m2 in de zomer in Nederland gehaald kan worden, de omgevingstemperatuur dan boven de 20-30°C ligt, waardoor de celtemperatuur veel hoger ligt dan 25°C (de temperatuur bij STC).

Omdat de temperatuur van de cellen in de zomer, waar 1000W/m2 instraling niet geheel ondenkbaar is, veel hoger ligt dan bij STC, zakt de spanning van de PV-cel, en dus die van het PV-paneel en de hele PV-string in. Het nettoresultaat is dat het vermogen (P=UxI) voor een PV-paneel afneemt.

Zelfs de kleur van de backsheet heeft, althans in theorie, impact op de efficiëntie. Veel mensen kiezen voor een zwarte backsheet, omdat ze die er mooier uit vinden zien, maar een zwarte backsheet absorbeert wel iets meer warmte. Dit leidt tot een hogere cel-temperatuur, waardoor de celspanning afneemt. Dit zorgt er vervolgens weer voor dat de totale omzettingsefficiëntie iets lager wordt. In de praktijk is het verschil in witte of zwarte backsheet voor eenzelfde module echter onmeetbaar klein op PV-systeemniveau.

Ideaal voor daken met beperkte ruimte

Efficiëntie maakt een groot verschil in de hoeveelheid dakoppervlak die nodig is voor eenzelfde kWh-productie over een geheel jaar. Panelen met een hoger rendement genereren meer energie per vierkante meter en hebben dus minder oppervlakte nodig. Dit is perfect voor daken met beperkte ruimte en maakt het mogelijk om systemen met een grotere capaciteit op een dak te plaatsen.

Langere levensduur en minder degradatie

De efficiëntie van een zonnepaneel is over het algemeen een indicatie voor de prestaties, vooral omdat de meeste panelen met een hoog rendement gebruikmaken van N-type siliciumcellen van een hogere kwaliteit. Dit resulteert in een verbeterde temperatuurcoëfficiënt en een lagere vermogensdegradatie, wat – zeker na verloop van tijd – doorwerkt in de opbrengst van het systeem.

Efficiëntere panelen die N-type cellen gebruiken, profiteren van een lagere lichtgeïnduceerde degradatie (LID), die slechts 0,25% van het vermogensverlies per jaar bedraagt. Berekend over de levensduur van het paneel van 25 tot 30 jaar, genereren veel panelen met een hoog rendement gegarandeerd nog 85-90% of meer van de oorspronkelijke nominale capaciteit, afhankelijk van de garantiebepalingen van de fabrikant.

Kortere terugverdientijd

Tot slot hebben zonnepanelen met een hogere efficiëntie over het algemeen een kortere terugverdientijd. Efficiëntere zonnepanelen hebben natuurlijk een hogere opbrengst en dat ziet je klant terug op zijn energierekening.

Ook vanuit milieuperspectief kunnen efficiëntere panelen een betere keuze zijn, omdat een efficiënter paneel de energie die nodig was om de grondstoffen te winnen en het paneel te maken sneller gecompenseerd heeft. 

Zoals aangegeven, is de daadwerkelijke efficiëntie van zonnepanelen afhankelijk van veel externe factoren, waaronder instraling, schaduw, oriëntatie en celtemperatuur.

Instraling van de zon

De instraling van de zon wordt gemeten in watt per vierkante meter (W/m2). De intensiteit van het zonlicht varieert continu, een wolk maakt al een gigantisch verschil.

Over het algemeen genomen heeft Nederland iets meer dan 1000 volle zonuren op jaarbasis, waarbij 1 vol zonuur staat voor 1000W/m2 instraling. In juni zijn er over de hele dag genomen 5 volle zonuren en in december slechts 0,5.

Let op: de momenten dat de lichtintensiteit daadwerkelijk 1000W/m2 haalt, zijn zeer beperkt. 5 volle zonuren in juni betekent, als je uitgaat van 1000W/m2, dat de zon 5 uur lang met 1000W/m2 schijnt en het dan 19 uur donker is.

We weten dat dit niet zo werkt. Zo nu en dan wordt de 1000W/m2 even aangetikt tijdens het middaguur en de rest van de dag ligt de lichtintensiteit daar (ver) onder.

Midden in de zomer kan de instraling op sommige plekken wel 1200 W/m2 zijn. Andersom kan de instraling ook vele malen lager zijn, op bijvoorbeeld een zonnige dag in de winter of in het geval van smog.

Schaduw

Als een paneel volledig in de schaduw ligt, zal de stroomopbrengst natuurlijk erg laag zijn, maar ook gedeeltelijke schaduw kan al een grote impact hebben. Niet alleen op de efficiëntie van het paneel zelf, maar ook op de efficiëntie van het systeem als geheel.

Zo kan behoorlijke schaduw of een beschadiging op 1 cel op een enkel PV-paneel ervoor zorgen dat het vermogen van dit paneel met 33% afneemt. Deze schaduw kan, als er geen optimizers zijn gebruikt of de omvormer niet over een complex MPPT-algoritme beschikt (zoals SMA Shadefix) zelfs doorwerken tot op compleet stringniveau.

Temperatuur

Het vermogen van een zonnepaneel, gemeten in Watt (W), wordt berekend onder de STC bij een celtemperatuur van 25°C en een instraling van 1000W/m2. In de praktijk stijgt de celtemperatuur echter meestal tot ver boven de 25°C, afhankelijk van de omgevingsluchttemperatuur, windsnelheid, het tijdstip van de dag en de hoeveelheid zonne-instraling (W/m2).

Een vuistregel voor de celtemperatuur is af te leiden uit de omgevingstemperatuur: bij een platdaksysteem met goede ventilatie worden de modules 20°C graden warmer dan de omgevingstemperatuur.

Bij een schuin dak is dit 30°C en bij een in-daksysteem 40°C. Dus als het buiten 30°C is met volle zon, worden de modules op een schuindaksysteem wel 60°C.

Bij zonnig weer is de interne celtemperatuur dus ten minste 20-30°C hoger dan de omgevingsluchttemperatuur. Dit komt neer op ongeveer 8-15% minder totaalvermogen. Hoe groot de impact is, is afhankelijk van het type zonnecel en de bijbehorende temperatuurcoëfficiënt (zie verderop).

De meeste fabrikanten specificeren ook het vermogen onder NOCT-omstandigheden, of de nominale bedrijfsceltemperatuur, om een betere schatting te geven van de prestaties van een zonnepaneel in de praktijk.

De NOCT-prestaties worden altijd opgegeven bij 20°C omgevingstemperatuur, een lagere zonne-instraling van 800W/m2 en een verkoelend briesje (1m/s windsnelheid). Deze condities sluiten veel beter aan bij de daadwerkelijke omstandigheden waaronder een zonnepaneel functioneert dan STC.

Andersom kunnen extreem koude temperaturen de stroomopwekking verhogen tot boven de nominale waarde, omdat de PV-celspanning toeneemt bij lagere temperaturen dan STC (25°C).

Temperatuurcoëfficiënt

Celtemperaturen boven of onder STC zullen het afgegeven vermogen met een bepaalde hoeveelheid verlagen of verhogen voor elke graad boven of onder 25°C. Dit staat bekend als de temperatuurcoëfficiënt en deze wordt gemeten in %/°C. Hoe lager de temperatuurcoëfficient, hoe beter het zonnepaneel blijft produceren wanneer de module warmer wordt.

Tabel temperatuurcoëfficiënt per type cel.

De meest efficiënte zonnepanelen op de markt maken over het algemeen gebruik van N-type (IBC) monokristallijne siliciumcellen of andere zeer efficiënte N-type-varianten, waaronder HJT- en TOPcon-cellen. Traditioneel werden vooral de standaard en goedkopere P-type mono-PERC-cellen gebruikt, maar inmiddels schakelen steeds meer fabrikanten over op efficiëntere N-type-cellen met HJT- of TOPcon-celontwerpen.

Efficiëntie per celtechnologie.

Ongeacht naar welk celtype of welke celtechnologie je op zoek bent: grote kans dat je ze terugvindt in de modules in onze Memodo-shop.

Zo vind je bij ons modules met N-type ABC-cellen van AIKO, N-type TOPcon-cellen van Jinko Solar, N-type HJT-cellen van Meyer Burger en P-type PERC-cellen van Longi. Bekijk een compleet overzicht met alle specificaties in onze PV modules comparison (pdf).

Advies nodig bij het kiezen van de juiste zonnepanelen voor jouw klant? Onze energie-experts zitten voor je klaar! Bel 088-7867243 of mail naar info@memodo.nl.