voor wijkbewoners
Air Mass

Wattpiek: het vermogen van een zonnepaneel

Als je het over het vermogen van een zonnepaneel hebt, is het van belang om eenduidige meeteenheid te hebben. Daarvoor is het begrip Wattpiek (Wp) in het leven geroepen.

Een Wattpiek (Wp) is een meeteenheid voor de capaciteit van fotovoltaïsche cellen (zonnecel of zonnepaneel) om zonne-energie in elektriciteit om te zetten. Fotovoltaïsch, geschreven als Photo Voltaïc (PV), is de aanduiding van het principe dat licht omgezet kan worden in elektriciteit.

Standaard Test Conditie

Eén wattpiek is de productie van een elektrisch vermogen van 1 watt (W) onder standaardomstandigheden. Elke zonnepaneel wordt onderworpen aan de STC (Standard Test Conditions). Dat is test van het zonnepaneel onder vastgelegde omstandigheden:

  • sterkte van de invallende zonnestralen (energie): er wordt gemeten hoeveel stroom het paneel genereert terwijl het paneel geflitst wordt met een vermogen van 1000 W/m²
  • de richting van de invallende zonnestralen is loodrecht op het paneel
  • temperatuur van het zonnepaneel is 25 °C
  • zonnespectrum: genormaliseerd voor AM = 1,5. AM is Air Massluchtmassa, een maat voor de relatieve lengte van de lichtweg door de atmosfeer. Dit onderdeel zegt dus iets over de weg die de instraling moet afleggen door de atmosfeer.

Wattpiek wordt dus gebruikt om het vermogen van het zonnepaneel zelf uit te drukken, zodanig dat zonnepanelen onderling vergelijkbaar zijn. Bij Wattpiek wordt er dus geen rekening gehouden met de omstandigheden, zoals schaduwwerking en de ligging/hellingshoek.

STC
AM 1,5 in het zonnespectrum komt enigszins overeen met instraling onder 48 graden

Hoe hoger de zon aan de hemel staat, hoe minder de lagere golflengtes door de atmosfeer weggefilterd worden. Op het aardoppervlak is een Air Mass 1.0 gelijk aan een zonnestand pal boven je hoofd.

Energiedichtheid zonnestralen
Instraling van de winterzon valt op een groter oppervlak, waardoor de energiedichtheid van de instraling kleiner is

De afbeeldingen hierboven geven al aan dat de opbrengst van een zonnepaneel door meer factoren worden bepaald. In de winterdag kun je ook wel een lekker zonnetje hebben, maar een zonnepaneel zal minder opbrengen dan bij een zonnetje dat hoger aan de hemel staat. Een bewolkte hemel geeft ook minder sterke zonnestralen, de richting van de invallende zonnestralen varieert over de dag (bij een vast gemonteerde opstelling), door de zon warmt het zonnepaneel op en afhankelijk van de temperatuurcoëfficiënt (eigenschap van materiaal van het paneel zelf) neemt het rendement een beetje af. De ligging van de zonnepanelen bepaalt voor een groot deel hoeveel het systeem zal gaan opbrengen (de ligging en hellingshoek behandelen we in een apart artikel). Daarnaast zijn er nog een aantal factoren die een rol spelen, zoals bijvoorbeeld schaduwwerking door bomen of hoge gebouwen in de omgeving. Ook vervuiling van de panelen kan een (kleine) rol spelen. In een PV-installatie zijn er nog een aantal factoren die een rol spelen: de dikte en vooral de lengte van de bekabeling (verliezen!), de kwaliteit van de connectoren (stekkerverbindingen) en het rendement van de omvormer. Een belangrijke factor is de hoeveelheid instraling, welke afhankelijk is van de weersomstandigheden (zonneschijn, temperatuur, luchtvervuiling). Al deze factoren samen geven de PR-waarde van een PV-systeem: de Performance Ratio. Er zit ook een berekeningsmethodiek achter, u vindt hier een (technische) uitleg.

Diffuse instraling

De aarde ontvangt twee soorten straling. Directe straling, rechtstreeks van de zon en diffuse straling, afkomstig uit andere richtingen. Een voorbeeld van diffuse straling is door wolken weerkaatste straling. De som van directe en diffuse straling noemen we globale straling. Een belangrijk kenmerk van de instraling op zonnepanelen is dat de instraling vaak diffuus is. Fotonen weerkaatsen op wolken, en vooral op witte oppervlakten. Dat laatste wordt het Albedo-effect genoemd. Ook op spiegelende oppervlakten, zoals op het water, kan de weerkaatsing ertoe leiden dat er relatief toch veel fotonen instralen op het zonnepaneel.

Horizonbeeld

In dit verband noemen we ook het ‘horizonbeeld’. Fotonen, ook in diffuus licht tijdens bewolking, moeten in rechte lijn kunnen instralen. Hoge gebouwen, ook al geven deze geen directe schaduw, belemmeren dit type instraling en drukken derhalve de opbrengst van de PV-installatie.

Horizonbeeld
Voorbeeld van ingevoerd horizonbeeld, consequenties naar opbrengstverlies worden berekend

Professionele software die gebruikt wordt om een PV-installatie te ontwerpen en de opbrengst ervan te berekenen heeft altijd de mogelijkheid om een 360 graden horizonbeeld als parameter in te voeren. Ook de PVGIS database geeft deze mogelijkheid. Zonnepanelen produceren niet alleen stroom als de zon er vol op schijnt, maar ook tijdens bewolkte omstandigheden. Er zijn onderzoeken die aangeven dat de opbrengst van een PV-installatie in Nederland voor bijna 60% gegenereerd wordt door diffuus licht en 40% door direct zonlicht. Deze verdeling is bijvoorbeeld voor Spanje net andersom: 40% diffuus en 60% direct zonlicht.

diffuse instraling
Instraling afhankelijk van de weersomstandigheden, bij bewolkt weer is met name de diffuse instraling 100%