Fotovoltaïsche of thermische energie? Begrijp alles over de verschillen tussen hen en weet welk type het beste bij uw geval past

Vivint Solar in Unsplash-afbeelding

Olie en steenkool zijn veel gebruikte energiebronnen, maar ze zijn buitengewoon vervuilend. Om energie-efficiëntie en lage impact op de planeet te verenigen, wordt daarom steeds meer naar het gebruik van hernieuwbare energiebronnen gezocht. In deze omgeving viel zonne-energie op en wordt steeds meer onderzocht, zowel voor opwekking in het bedrijfsleven als in residentiële systemen.

Wat is zonne-energie?

Zonne-energie is elektromagnetische energie waarvan de bron de zon is. Om deze reden wordt het beschouwd als een bron van duurzame en schone energie, die geen residuen produceert buiten de componenten van de kit en ook milieuvoordelen oplevert met betrekking tot de vermindering van de uitstoot van broeikasgassen.

Het kan worden omgezet in thermische of elektrische energie en voor verschillende toepassingen worden gebruikt. De twee belangrijkste manieren om zonne-energie te benutten, zijn de opwekking van elektriciteit en het verwarmen van water op zonne-energie.

Voor de productie van elektrische energie worden twee systemen gebruikt: de heliotherme, waarbij de straling eerst wordt omgezet in thermische energie en later in elektrische energie (voornamelijk gebruikt in energiecentrales en zal daarom niet worden aangepakt); en fotovoltaïsch, waarbij zonnestraling direct wordt omgezet in elektrische energie. Thermische zonne-energie wordt op zijn beurt verkregen door elektromagnetische straling op te vangen, gevolgd door de omzetting ervan in warmte, dat wil zeggen in thermische energie. Hiermee zorgt het voor waterverwarming in woningen, gebouwen en commerciële systemen.

Hieronder vindt u een samenvatting van de kenmerken en verschillen tussen de twee belangrijkste soorten zonne-energie voor verblijf: fotovoltaïsche en thermische energie.

Fotovoltaïek

Fotovoltaïsche energie heeft het concept van het opwekken van elektriciteit op een onconventionele manier, dat wil zeggen door middel van zonnestraling, zonder dat het door de thermische energiefase hoeft te gaan.

Net als in de heliotherm, zijn er in het fotovoltaïsche zonne-energiesysteem verschillende modellen collectoren (of zonnepanelen) die meer of minder energie-efficiëntie hebben. De meest voorkomende zijn monokristallijne, polykristallijne en dunne film.

De belangrijkste componenten van een fotovoltaïsch energiesysteem zijn de panelen, de ondersteunende structuur, de laadregelaars, omvormers en batterijen.

Vergeet niet ervoor te zorgen dat de gebruikte componenten gecertificeerd zijn door het National Institute of Metrology, Quality and Technology (Inmetro), dat in 2014 de implementatie van Verordening nr. 357 uitvoerde met als doel regels vast te stellen voor apparatuur voor het opwekken van Fotovoltaïek.

Het rendement op investering is variabel en hangt af van de hoeveelheid energie die het pand nodig heeft. Desondanks hangt het voordeel van het thuissysteem samen met hoeveel de gebruiker kan besparen: zodra de terugverdientijd is bereikt, hoeft de energierekening niet meer betaald te worden.

Hoe het werkt?

Zonnepanelen of panelen zijn microgeneratiesystemen die zijn samengesteld uit fotovoltaïsche cellen. Een set panelen vormt een zonnepaneel. Fotovoltaïsche cellen zijn gemaakt van halfgeleidermaterialen, zoals silicium. Wanneer een plaatcel wordt blootgesteld aan licht en zijn energie vangt, absorbeert een deel van de elektronen in het verlichte materiaal fotonen (energiedeeltjes die in zonlicht aanwezig zijn).

De vrije elektronen worden door de halfgeleider in flux getransporteerd totdat ze worden getrokken door een elektrisch veld, dat wordt gevormd in het verbindingsgebied van de materialen door een verschil in elektrisch potentiaal tussen deze halfgeleidermaterialen. De vrije elektronen worden vervolgens uit de zonnecel gehaald en beschikbaar gesteld voor gebruik in de vorm van elektrische energie.

In tegenstelling tot het heliothermische systeem heeft het fotovoltaïsche systeem geen hoge zonnestraling nodig voor zijn werking. De hoeveelheid opgewekte energie is echter afhankelijk van de dichtheid van de wolken, zodat een laag aantal wolken kan resulteren in een grotere productie van elektriciteit in vergelijking met dagen met volledig open lucht, vanwege het fenomeen van de reflectie van zonlicht.

Omzettingsrendement wordt gemeten aan de hand van het aandeel zonnestraling op het celoppervlak dat wordt omgezet in elektrische energie. Momenteel bieden de meest efficiënte cellen een efficiëntie van ongeveer 25%.

Volgens het ministerie van Milieu ontwikkelt de regering momenteel projecten voor fotovoltaïsche energieopwekking om te voldoen aan de energiebehoeften van landelijke en geïsoleerde gemeenschappen. Deze projecten richten zich op gebieden als:

Verpompen van water voor huishoudelijke voorziening;
Irrigatie en visteelt;
Straatverlichting;
Systemen voor collectief gebruik (elektrificatie van scholen, gezondheidscentra en gemeenschapscentra);
Thuiszorg.

Er zijn ook twee verschillende soorten fotovoltaïsche systemen: systemen die zijn aangesloten op het net ( on-grid of grid-tie ) of geïsoleerd van het net ( off-grid of autonoom). Een van de belangrijkste verschillen tussen hen is de samenstelling van de kit, waarvan de eerste geen apparaten heeft om energie op te slaan, dat wil zeggen dat het gebruik van de batterij en de laadregelaar niet nodig is. Een ander belangrijk verschil tussen hen is dat de eerste moet worden aangesloten op het conventionele stroomdistributienetwerk, terwijl de tweede in meer afgelegen regio's kan worden geïnstalleerd.

Voor systemen die op het netwerk zijn aangesloten, biedt wet 10.438 / 02 economische voordelen in de vorm van energiekredieten aan degenen die in hun eigen huis meer energie produceren dan ze nodig hebben, dat wil zeggen onmiddellijke besparingen in geld die verband houden met de betaling van de elektriciteitsrekening voor de maanden waarin de woning minder energie opwekt dan nodig is.

Helaas zijn er in Brazilië nog steeds weinig stimuleringsmaatregelen en financieringslijnen voor dit type energie, die nog steeds moeilijk toegankelijk zijn en weinig toepasbaar zijn. Verwacht wordt dat, met de groei van het verbruik van fotovoltaïsche energiesystemen, er meer toepasbare en toegankelijke prikkels voor gemeenschappelijke huisvesting zullen ontstaan.

Thermische exploitatie

Een andere manier om te profiteren van zonnestraling is thermische verwarming. Thermische verwarming kan worden gedaan door een proces van absorptie van zonlicht door collectoren, die meestal op de daken van gebouwen, flatgebouwen en huizen worden geïnstalleerd.

Omdat de zonnestraling op het aardoppervlak laag is, is het noodzakelijk om enkele vierkante meters collectoren te plaatsen. Elk collectormodel (dat open, gesloten of vacuümbuis kan zijn) heeft een karakteristieke energie-efficiëntie en kan water verwarmen tot specifieke temperaturen. Daarom is er altijd een geschikter model, afhankelijk van de bedoeling van het toepassen van het verwarmde water (dat kan zijn voor onder andere baden, zwembaden, ruimteverwarming).

Volgens het Nationaal Agentschap voor Elektrische Energie (Aneel) is voor de levering van verwarmd water in een woning van drie tot vier bewoners 4 m² collectoren nodig. Hoewel de vraag naar deze technologie overwegend residentieel is, is er ook de interesse van de commerciële sector, zoals openbare gebouwen, ziekenhuizen, restaurants, hotels en andere bedrijven.

De terugverdientijd van de investering in thermische zonne-energie varieert doorgaans, meestal met een interval van 18 tot 36 maanden. De levensduur van een zonneboiler wordt geschat op ongeveer 240 maanden, waardoor het systeem zeer voordelig en zuinig is.

Hoe het werkt?

Het werkingsprincipe van de thermische exploitatie is eenvoudig: het oppervlak van het paneel heeft vinnen van koper of aluminium, meestal geverfd in een donkere kleur voor een grotere absorptie van zonnestraling. Deze vinnen vangen dus zonnestraling op en zetten deze om in warmte. De warmte wordt geabsorbeerd door de vloeistof die zich in de panelen bevindt (meestal water), dat vervolgens wordt getransporteerd door het door geïsoleerde buizen te pompen, totdat het de warmwatertank bereikt (thermisch reservoir of boiler).

De warmwatertank bestaat uit isolatiemateriaal, waardoor het water niet afkoelt en ook in periodes zonder zon op een aangename temperatuur kan worden geleverd.

Wat zijn de voor- en nadelen van zonne-energie?

Zonne-energie wordt beschouwd als een hernieuwbare en onuitputtelijke energiebron. In tegenstelling tot fossiele brandstoffen, stoot het opwekken van elektriciteit uit zonne-energie geen zwaveldioxide (SO2), stikstofoxiden (NOx) en kooldioxide (CO2) uit - allemaal vervuilende gassen met schadelijke gevolgen voor de menselijke gezondheid en die bijdragen aan de opwarming van de aarde.

Zonne-energie blijkt ook voordelig te zijn in vergelijking met andere hernieuwbare bronnen, zoals hydraulische, omdat er minder uitgestrekte gebieden nodig zijn. Bovendien heeft zonne-energie een snelle, snelle installatie en een volledig stil systeem.

De stimulans voor zonne-energie in Brazilië wordt gerechtvaardigd door het potentieel van het land, dat grote gebieden met invallende zonnestraling heeft en dicht bij de evenaar ligt. Een ander voordeel van het installeren van zonne-energie is volgens de Green Building Council (GBC Brasil) de waardering van vastgoed (duurzaam vastgoed wordt gewaardeerd tot 30%).

In het geval van fotovoltaïsche energie is het meest genoemde nadeel de implementatie, die nog relatief duur is. Naast de kosten is er ook de lage efficiëntie van het proces, die varieert van 15% tot 25%. Een ander buitengewoon belangrijk punt waarmee rekening moet worden gehouden in de productieketen van fotovoltaïsche systemen, is de sociale en milieu-impact veroorzaakt door de grondstof die het meest wordt gebruikt bij de productie van fotovoltaïsche cellen, silicium.

Siliciumwinning heeft, net als elke andere mijnbouwactiviteit, invloed op de bodem en het grondwater in het winningsgebied. Bovendien is het van essentieel belang dat werknemers goede arbeidsomstandigheden krijgen om arbeidsongevallen en de ontwikkeling van ziekten te voorkomen. Het Internationaal Agentschap voor Kankeronderzoek (Iarc) wijst erop dat kristallijn silica kanker is en longkanker kan veroorzaken wanneer het chronisch wordt ingeademd.

Het rapport van het Ministerie van Wetenschap en Technologie wijst op twee andere belangrijke punten die verband houden met het fotovoltaïsche systeem: de verwijdering van de panelen moet op gepaste wijze worden verwijderd, aangezien ze potentieel giftig zijn; en de recycling van fotovoltaïsche panelen heeft tot dusver ook geen bevredigend niveau bereikt.

Een ander belangrijk punt is dat, ondanks het feit dat Brazilië een grote producent is van metallisch silicium, de technologie voor de zuivering van silicium op zonne-niveau nog in ontwikkeling is. Hoewel zonne-energie hernieuwbaar is en geen gassen uitstoot, stuit ze dus nog steeds op technologische en economische obstakels. Hoewel veelbelovend, zal zonne-energie economisch levensvatbaar worden, met een prijsverlaging alleen door de samenwerking tussen de openbare en de particuliere sector, en met investeringen in onderzoek ter verbetering van technologieën die het hele productieproces omvatten.