Het principe van zonne-energie

Voordat we gedetailleerd zonnepaneelinstallaties kunnen behandelen ontkomen we er niet aan om eerst de basisprincipes toe te lichten. De kracht van de zon is immens. En deze energie bereikt onze aarde. Gratis! De zon is het middelpunt van ons zonnestelsel. In het middelpunt van de zon vindt continu kernfusie plaats, bij een temperatuur van 15 miljoen graden Celsius en een druk van 200 miljard bar (zie ook de kolom De zon’ in de kolom hiernaast). De stralingsintensiteit op de oppervlakte van de zon wordt geschat op 70.000 – 80.000 kW/m².  Na een afstand van 150 miljoen km bereikt deze straling de dampkring. Hier wordt nog een gemiddelde intensiteit gemeten van 1353 W/m². Deze waarde wordt de zonneconstante genoemd omdat langjarige metingen hebben aangetoond dat deze waarde nauwelijks veranderd. Vanwege de met de jaargetijden variërende afstand van de aarde tot de zon kan deze waarde +/- 1,7 % afwijken. Deze intensiteit bereikt niet het aardoppervlak, maar wordt door de atmosfeer deels gereflecteerd, geabsorbeerd en verstrooid (zie afbeelding).

Straling bereikt PV-panelen/ instraling op aarde/ Duurzaambesparen.nl

Van de straling vanaf de zon wordt:

31% gereflecteerd door de atmosfeer
17,4 % geabsorbeerd door de atmosfeer
4,2%  gereflecteerd door het aardoppervlak
14,4% ingestraald op de continenten
33% ingestraald op het zeeoppervlak

De straling die bij een onbewolkte hemel tegen de middag als de zon de meeste kracht heeft op aarde aankomt schommelt om en nabij de 1000 W/m².
In vaktermen: 1000 kWh/m².a bij 25 graden Celsius en AM=1,5 (d.w.z. onder een hoek van 41,5 graden, waardoor de stralen een 1,5 maal dikkere luchtlaag moeten doordringen)

De straling van de zon levert ons per jaar 220.000 biljoen kWh, dat is meer dan  2500 keer het totale verbruik van de wereldbevolking.  Dit betekend dat we om aan de totale energiebehoefte van de wereld  te voldoen we genoeg hebben aan een zonnepaneelveld van ca. 144.400 km² oppervlakte, dus ongeveer ter grootte van 3,5 keer Nederland of ca. 25% van Frankrijk.

Zonnepanelen wat benodigd is voor de wereldstroomvoorziening met puur PV-panelen. Zie ook duurzaambesparen.nl

 

 

 

Vergelijk stroomproductie wereld

Benodigde opp. PV: 144.400 km²

Oppervlakte Nederland : 41.528 km² 
Oppervlakte Frankrijk:   551.500 km²

 

De intensiteit van de zon op de diverse werelddelen

Ieder land van de wereld heeft zijn eigen zoninstraling. In het ene land is de intensiteit hoog, in andere landen wat minder.
Uit onderstaande grafiek blijken de verschillen:

Straling op zonnepanelen in verschillende landen ter wereld om duurzaam energie (PV) op te wekken.Zo zien we dat in Oeganda er een vrij constant aantal uren zon per dag zijn. Dat is erg plezierig en ook is het dan eenvoudig om de opbrengst te berekenen. Bovendien kan men er de klok op gelijk zetten dat men zowat iedere dag dezelfde hoeveelheid elektriciteit met PV-panelen kan opwekken. Met name voor thermische zonnecollectoren (zie bijvoorbeeld www.zonnecollector-info.nl) is dit een ideaal land. Voor zonnepanelen die elektriciteit opwekken (PV-panelen) is Egypte het ideale land. In de zomer schommelt het aantal uren zon per dag tussen de 7 a 8 uur. Ondanks dat Nederland er erg bekaaid afkomt, zullen we zien dat het toch aantrekkelijk is om ook bij ons zonnepanelen te plaatsen. In Nederland is de instraling in de westelijke regionen langs de kust iets hoger dan in de rest van het land. Behalve de zonintensiteit is ook de omgevingstemperatuur van belang voor een hoge opbrengst: Hoe hoger de zonne-intensiteit en hoe lager de omgevingstemperatuur, des te hoger is de opbrengst.

Zoninstraling Nederland op PV-panelen, waarmee men weer duurzaam kan besparen, zie ook www.duurzaambesparen.nl
Gemiddelde jaarlijkse instraling in Nederland
Gemiddeld ontvangen we in Nederland dus ca. 1000 kWh/m² per jaar aan zonlicht. Men dient er wel rekening mee te houden dat ca. 70 tot 80% hiervan in de zomerperiode (voorjaar en zomer) ontvangen wordt! De verdeling over de seizoenen ziet men in het taartdiagram. Dit heeft te maken met de afstand aarde-zon en de dikte van de luchtlaag.
Het AM-getal (AM =Air Mass = lucht massa) geeft aan hoe dik de luchtlaag is die de zonnestralen moeten doordringen. De waarde  AM=1,5 wordt gebruikt als referentiegrootheid (STC) door zonnepaneelfabrikanten.  Door uniforme specificaties maakt dit het vergelijken van de diverse panelen eenvoudiger. We komen later nog op deze Standaard Test Condities terug.
Volgende pagina: Zonnecellen