Zonnepaneel, is dat wat?

De vraag of zonnepanelen iets voor jou zijn is helemaal afhankelijk van het normale gebruik van jouw camper. Rijd je elke dag een uurtje dan zijn er goedkopere oplossingen om jouw huishoudaccu op peil te houden (zie daarvoor “Benut jouw dynamo/alternator voor de volle 100%“). Sta je daarentegen vaak enkele dagen achtereen “wild” zonder een verplaatsing, dan kan een zonnepaneel op jouw dak een oplossing zijn. Hoe je jouw dagelijkse verbruik kunt bepalen en wat je kunt doen om zo veel mogelijk onafhankelijk van walstroom kunt staan, kun je op de pagina “Elektrische energie in balans” vinden.

Hoeveel energie levert een zonnepaneel?

De Gemiddelde Dagelijkse Opbrengst (GDO) van een paneel wordt als volgt berekend: Een 100 Wp (Watt-piek) zonnepaneel laadt onder perfecte omstandigheden 100 Watt per uur. Maar, perfecte omstandigheden zijn er niet. Tussen maart en oktober komt in Nederland al het licht op een dag overeen met 4 uur perfecte omstandigheden (4 volle zonuren). De gemiddelde opbrengst van bijvoorbeeld een 100 Watt paneel is dus: 100 Watt x 4 volle zonuren = 400 Watt-uur per dag. Ga je noordelijker, naar Scandinavië bijvoorbeeld, dan wordt de hoek waaronder de zon op het paneel schijnt kleiner (en daarmee de opbrengst lager), maar daar tegenover staat dat de zon langer schijnt (tot wel 24 uur per dag als je boven de poolcirkel komt). Per saldo levert jouw paneel ook daar gemiddeld per dag die 4 volle zonuren. Alleen als je naar het Zuiden gaat, wordt de opbrengst per dag groter. Gemakshalve reken ik echter voor heel Europa met deze factor 4.
Alle zonnepanelen zijn zo samengesteld dat ze per paneel ongeveer 18V gelijk- spanning leveren. Hoeveel ampère het paneel levert is afhankelijk van de grootte in Wp.Het 100Wp paneel van hierboven levert 5,55 A, omdat 100 / 18 = 5,55 In het overzicht hierboven is de gemiddelde dag-opbrengst van een 100 Wp zonnepaneel in Nederland weergegeven.
De dag-opbrengst is ook afhankelijk van het type laadregelaar (zie hieronder). Een MPPT-regelaar levert ongeveer 30% meer energie-opbrengst. Daar hoort nog wel een opmerking bij. De energie van het zonnepaneel wordt in de camper bijna nooit rechtstreeks gebruikt; deze wordt nl. gebruikt om de accu op te laden. Zodra de accu geheel vol is, stopt het laden en dan stopt ook het zonnepaneel met opwekken (die wekt nl alleen op als er ook energie wordt afgenomen; zou dat niet zijn dan zou het paneel uiteindelijk in brand vliegen). Of het zonnepaneel in werkelijkheid de volle energie kan leveren is dus ook afhankelijk van de mate waarin de accu is ontladen, c.q. geladen.

Relatie tussen accu en zonnepaneel

Omdat de energie die door het zonnepaneel wordt opgewekt zal moeten worden opgeslagen (direct energie van het paneel afnemen kan wel, maar dit wordt bijna altijd in combinatie met een laadregelaar en een accu gedaan) bepaalt de grootte (capaciteit) van de accu ook de maximale capaciteit van het zonnepaneel. En de capaciteit van jouw accu is, als het goed is, afgestemd op jouw dagelijkse verbruik; zo hangt alles met elkaar samen.
Als we uitgaan van een normale deep-cycle semi-tractie lood-accu, zoals de Bosch L5 013 die je tot 50% mag ontladen en een MPPT-laadregelaar met een hogere opbrengst dan de gewone PWM-laadregelaar (zie hieronder) dan krijg je het volgende staatje. Links de accu capaciteit, gebaseerd op jouw gemiddeld verbruik (middelste kolom) en rechts de capaciteit van de zonnecel die dat verbruik weer “oplaadt” in één dag:

Uit dit overzicht blijkt dat het geen zin heeft om bij een accu-capaciteit van 125 Ah een zonnepaneel van 300 Wp te plaatsen; de helft van de tijd ligt jouw zonnepaneel dan werkloos op jouw dak want er is geen behoefte (meer) aan energie en dat is zonde van een op zich toch dure investering. Enige ‘overcapaciteit’ van het zonnepaneel kan daarentegen geen kwaad: dan kun je ook in vroege voorjaar en late najaar wat langer vrij staan (zie hieronder bij ‘Het zonnepaneel in de praktijk”)

Welke laadregelaar heb ik nodig?

Een accu is een gevoelig apparaat. Als je een accu niet op de juiste manier laadt zal de accu niet geheel volgeladen worden maar zal ook de levensduur afnemen. Een laadregelaar zorgt er voor dat de stroom vanuit het zonnepaneel op een gedoseerde manier naar de accu gaat. In een bepaalde fase van het laden van de accu zal de laadregelaar zelfs de stroomsterkte beperken om te voldoen aan de juiste laadmethodiek. Een goede laadregelaar is dus ter behoud van jouw accu en betaalt zich zelf terug. Laadregelaars heb je in twee soorten: PWM en MPPT. PWM staat voor Pulse With Modulation; dat betekent dat deze laadregelaar de stroomsterkte aanpast aan de fase waarin het laadproces zich bevindt. Zo zal de PWM laadregelaar minder stroom(sterkte) leveren als het laadproces zich aan het eind bevindt. MPPT staat voor Maximum Power Point Tracking. De MPPT-regelaar gebruikt zoveel mogelijk het volle vermogen van de zonnecel door naast de stroomsterkte (zoals PWM-regelaar doet) ook de spanning aan te passen aan de laadcyclus. Een MPPT-regelaar bepaalt het optimale werkpunt zodat het maximale vermogen uit het paneel wordt gehaald. Het meeste voordeel wordt bereikt bij lage accuspanning. Als de accu voller raakt neemt het voordeel af. Door deze werkwijze levert een MPPT-regelaar 30% meer energie aan de accu dan een PWM-regelaar. Je betaalt wel wat meer voor een laadstroomregelaar met MPPT maar die kosten haal je er zo uit: het zonnepaneel kan immers wat kleiner zijn omdat je meer opbrengst uit het zonnepaneel haalt. Met een traditionele PWM regelaar zal nooit het maximale vermogen van een zonnepaneel aan een accu kunnen worden afgegeven.3)
Bijvoorbeeld een paneel van 100 Wp levert bij een bepaalde maximale zoninstraling een stroom van 5,55 A bij een spanning van 18V. Wordt dit paneel aangesloten op een lege accu, stel 11,5 V dan levert het zonnepaneel op dat moment via een PWM laadregelaar maar 5,55A x 11,5V = 64 Wp.
Een MPPT regelaar kan in theorie met een 100Watt zonnepaneel een accu met een spanning van 11,5 Volt laden met 8,7 Ampère (W=V x A, dus A=W / V en dus 100 /11,5 = 8,7)
In de tabel hierboven van de gemiddelde dag-opbrengst van het 100 Wp zonnepaneel zie je dat ook terug. Levert zo’n paneel in juli met een PWM-laadregelaar 480 Wh, met een MPPT-laadregelaar neemt dat toe tot 620 Wh.

Zonnepanelen in serie of parallel?

Eén van de meest gestelde vragen: Moet je zonnepanelen in serie of parallel aansluiten? Op Internet vind je verschillende antwoorden en dat is ook logisch. Het hangt af van het doel waarvoor je zonnepanelen gebruikt én van de solarlaadregelaar dat je hebt geïnstalleerd. Worden die panelen gebruikt in de thuis-situatie, dus op het dak van jouw huis of schuur, dan liggen er tenminste 14 panelen die gebruikt worden om stroom (230V wisselspanning) terug te leveren aan het elektriciteitsnet. Die panelen liggen bijna altijd in serie, of zoals de installateurs het noemen: “in een string”. Wij kunnen de panelen beter parallel leggen; ik zal het proberen uit te leggen.

Worden er drie panelen van 100 Wp en een van 95 Wp in serie geschakeld dan bepaalt de zwakste schakel de opbrengst: 4 x 95 Wp = 380 Wp, want er kan gewoon niet meer stroom door het 95 Wp-paneel.

Indien we diezelfde panelen parallel schakelen dan is het een optelsom van de stroom die de 4 panelen leveren. P= U.I, U = constant na een bepaalde minimale straling, dus het vermogen wordt 3 x 100 + 1 x 95 = 395 Wp.
Om het voorbeeld eenvoudig te maken is er hier gekozen voor een 100 Wp paneel. In de praktijk zal dat mischien een 270 Wp paneel zijn met een -0/+5% tolerantie. Dat wil zeggen dat het paneel in het ongunstigste geval 270 Wp levert bij STC, en maximaal 270 +5% van 270 =283,5 Wp. Geen enkel paneel is gelijk. Dit wetende zou men zeggen: schakel dan al die panelen maar parallel, dan haal ik het maximale uit mijn zonnepanelen. Voor zonnepanelen waarvan het uiteindelijke doel om stroom terug te leveren aan het elektriciteitsnet is dat in de praktijk lastig te realiseren. Dat komt omdat de goedkopere stringomvormers, zoals bijvoorbeeld de SMA sunnyboy, Kostal Piko, enz. pas kunnen werken vanaf een bepaalde (klem)spanning. Dit betekent dat men dus gedwongen wordt om de panelen in serie te schakelen. Het is zelfs zo dat installaties met minder dan 6 panelen niet op een dergelijke omvormer aan te sluiten zijn. Maar wij, in camperland, hebben daar zoals gezegd geen last van. Wij kunnen ze daarom voor een optimale opbrengst, parallel schakelen. En we hebben niet zoveel ruimte op ons dak dat het aantal zo hoog wordt dat de geleverde stroomsterkte een gevaar gaat vormen (wat vanaf 6 panelen van 100W wel een rol gaat spelen).

Er zit één nadeel aan het parallel schakelen van zonnepanelen: sommige solarlaadregelaars beginnen pas te werken als het spanningsverlies tussen de accu en de zonnepanelen tenminste 5V bedraagt. Is jouw accu bijna vol met een poolspanning van 12,5V dan moeten jouw zonnepanelen al meer dan 17,5V afleveren wil de solarlaadregelaar starten. Als jij dus panelen hebt met een open klemspanning van 17V dan zul je die wel in serie moeten zetten om boven die 17,5V uit te komen; in serie geschakeld wordt jouw spanning bij twee panelen immers 34V. Om deze reden heb ik gekozen voor panelen die een klemspanning hebben van 20V en die spanning wordt proefondervindelijk bereikt binnen een half uur na zonopkomst.

Tot slot: Als je de panelen in serie wilt leggen, zorg er dan voor dat de panelen ongeveer een even sterkte stroom (in Ampère) opwekken. De stroomsterkte van het kleinste paneel bepaalt namelijk de totale stroomsterkte van de string.
Wil je de panelen parallel leggen, dan moeten de panelen ongeveer een even grote spanning (in Volt) opwekken. De totale stroomsterkte is dan wel de som van de panelen tesamen. Voor meer duiding en uitleg zie de voetnoot.

Verschillen in één oogopslag:

Heb je twee verschillende panelen, hetzij in Wp, hetzij in werkspanning of stroomsterkte dan heeft het parallel of serieel plaatsen van die panelen ook verschillende gevolgen. Hieronder in één oog-opslag wat dan de verschillen zijn.

  Parallel Serieel
Maximale opbrengst Laagste werkspanning x som van de stroomsterkten Laagste stroomsterkte x som van de werkspanningen
Voordelen Minder last van schaduwwerking; in de praktijk hogere opbrengst dan serieel Hogere werkspanning dus MPPT-regelaars doen eerder hun werk; minder dikke kabels nodig door lagere stroomsterkte
Nadelen Dikkere kabels nodig door hogere stroomsterkte;
Bij 36 cells-panelen met lagere werkspanning (<17,7V) alleen geschikt voor PWM solarlaad-regelaars
Zwakste schakel bepaalt totaal-opbrengst; ligt één paneel in de schaduw, dan is de totale opbrengst alsof alle panelen in de schaduw liggen.
Wat kost zo’n zonnepaneel-installatie?

Als vuistregel kun je aanhouden dat je € 0,75 per Wp kwijt bent aan het zonnepaneel zelf. Daarbij komt nog bij:

  • een laadregelaar (PWM rond €50,00, MPPT ongeveer € 100,00
  • 2 aderige solarkabels: 4 mm² € 2,50 per meter, 6 mm² € 3,25 per meter (je hebt rood en zwart – + en 0 – nodig, vandaar 2-aderig)
  • bevestigingsmateriaal (spoilers), dakdoorvoer en sikaflex: € 70,00

Er is een levendige handel in zonnepanelen, met als gevolg ook sterk wisselende prijzen en aanbieders. Ik heb (januari 2019) even 150 Wp zonnepaneel monokristallijn ingetypt in Google en krijg als goedkoopste resultaat € 105,00 en als duurste € 260,00
Ik was voor mijn 150 Wp zonnepaneelset (van in totaal 12 kg aan gewicht) bijna € 300,00 kwijt en bespaar circa € 100,00 per jaar aan kosten voor een stroomaansluiting. Inmiddels heb ik de kosten er dus wel uit.
Overweeg je toch om een generator aan te schaffen:
Ter vergelijking: een 750 Watt Invertergenerator (levert zuivere sinus) van Kipor (IG770) kost € 299,00 aanschaf en vervolgens € 0,75 / uur brandstofkosten.

Het zonnepaneel in de praktijk

Ik krijg nog heel veel vragen via de mail van camperaars die de energie-balans in hun camper niet goed kunnen duiden; soms begrijpen ze de samenhang tussen verbruik, opslagcapaciteit van de accu en opbrengst van het zonnepaneel niet.
Laat ik, om het te verduidelijken, uitgaan van een camperaar die per dag gemiddeld 600 Wh aan elektriciteit verbruikt. Als je vaak in Nederland vertoeft dan moet jouw paneel van april tot en met september gemiddeld die 600 Wh per dag opleveren. Op hoog-zomerse dagen met volop zonneschijn (dat zijn 4 optimale uren in zonnepaneel termen) is dan een paneel van 600/4 = 150 WP genoeg. Maar je wilt ook dat je van april tot en met september voldoende elektriciteit opwekt om die 600 Wh te kunnen gebruiken. In september wekt een 100 Wp iets meer dan 250 Wh gemiddeld op en om dus die 600 Wh opgewekt te krijgen, moet jouw paneel 2,5 zo groot zijn. Kortom dan heb je een 250 Wp paneel nodig.
We gaan nu de minimale accucapaciteit berekenen. De accu moet zwaar genoeg zijn om elke dag (dus cyclisch) het verbruik van 600 Wh te kunnen leveren, zonder dat we de accu zo ver ontladen dat die daardoor schade oploopt. Hij moet dan de volgende dag weer geheel worden opgeladen. Deep-cycle loodzuuraccu’s mag je cyclisch tot 30% ontladen, GEL/AGM accu’s tot 50% en LiFePO4 accu’s tot 90%. Investeringstechnisch is de GEL/AGM-accu de beste keus (laagste kosten ten opzichte van capaciteit en levensduur) en ik ga altijd van een GEL-accu uit (nog iets gunstiger dan de AGM-accu). Om 600 Wh te kunnen leveren heb je dat een accu nodig van 110 Ah. Die levert n; cyclisch 50% van 110 maal 12 = 660 Wh en daarmee heb je dan 10% speling.

Hoe verhouden zich nu dat 600 Wh verbruik, het 250 Wp zonnepaneel en de 110Ah GEL-accu zich tot elkaar? Daarvoor heeft de EU een prachtige module in het leven geroepen, die het heel mooi in een plaatje laat zien. Die module vind je hier. Vullen we de gegevens in van verbruik, paneel en accu-capacieit dan krijgen we dit plaatje:

Vooraf moet je beseffen dat een zonnepaneel nooit meer opwekt dan er vraag is; als jouw accu vol is en je hebt geen enkele gebruiker meer aan, dan zal het zonnepaneel 0 Wh aan opbrengst hebben. Je ziet dat het paneel in april tot en met augustus rond de 600 Wh opbrengt (het donkerblauwe balkje), dat is de energie die jij vraagt door jouw verbruikers. Het paneel kan veel meer opbrengen (het licht-blauwe balkje, de “energy not captured”, de niet opgevangen energie) maar omdat de accu vol is en jij niet meer verbruikt, wordt die niet opgewekt. Je hebt in Juni en Juli ongeveer een overcapaciteit van 300 Wh, maar in Maart kom je ongeveer 200 Wh tekort en in September ongeveer 75 Wh, terwijl er in september ook dagen zijn waarop meer dan 600 Wh op een dag wordt geleverd, getuige het kleine lichtblauwe balkje.

Voetnoot:
Stel ik heb een 180 Wp huispaneel met een spanning van 39,6 V en maximale stroomsterkte van 4,55 die wil ik combineren met een 100 Wp paneel 18,5V en 6 A. Als ik deze in serie leg, dan bepaalt het  paneel met de kleinste stroomsterkte de totale op te wekken stroomsterkte, in ons geval dus de 4,55 A van het 180 Wp paneel want de stroomsterkte van 6A van het andere paneel kan niet door dat paneel gevoerd worden. De totale opbrengst wordt dan dus (39,6+18,5)V * 4,55= 58,1 * 4,55 = 265 Watt.
Schakelen we de panelen parallel dan wordt het effect van de combinatie wat lastiger want is dan afhankelijk van de interne opbouw van de panelen. Het is één van de volgende twee mogelijkheden: of er loopt een stroom van het paneel met de hoogste spanning (het 180Wp paneel) door het kleine paneel terug naar massa waardoor de opbrengst van het grote paneel gelijk wordt aan het kleine (in dit geval samen dus totaal 200 Watt), of (nog erger en afhankelijk van de aard van het zonnepaneel) het kleine paneel gaat als diode werken en laat helemaal niets meer door, waardoor de gezamenlijke opbrengst 180Watt gaat worden.

(Oorspronkelijk opgesteld: 09 september 2018) Laatstelijk bijgewerkt: 09 december 2020

Geef jouw reactie