zonnepanelen en alternatieve opwekkingssystemen Flashcards
(53 cards)
1
Q
Wat zijn fotovoltaïsche panelen?
A
= ‘zonnepanelen’
= elektrische zonnepanelen
bron = zonlicht
product = elektriciteit
opbrengst = weersafhankelijk
fotovoltaïsch > Grieks: Photos (licht) + Volt (eenheid elektrische spanning)
2
Q
Welke rol spelen fotovoltaïsche panelen in de energietransitie?
A
cruciale rol:
- helpen bij het decentraliseren van energieopwekking: huishoudens en bedrijven kunnen zelfvoorzienend worden
- dragen bij tot de vermindering van CO2-uitstoot door de verbranding van fossiele brandstoffen
3
Q
Leg het werkingsprincipe = fotovoltaïsch effect uit.
A
- = ontstaan van een spanning aan de klemmen van een halfgeleidend materiaal dat is blootgesteld aan licht
=> absorptie van fotonen: zonnestralen vallen op een zonnecel uit halfgeleidermateriaal = meestal silicium
=> vrijmaken van elektronen: de elektronen in het silicium bewegen, verplaatsen zich naar het belichte oppervlak
=> elektrisch veld: productie van gelijkstroom - productie van gelijkstroom
=> omvormer nodig om wisselstroom te genereren - monitoring en data-analyse: omvormer is uitgerust met software om de prestaties van het zonnepanelensysteem te analyseren
4
Q
Hoe is de werking van een zonnecel?
A
- glaslaag: beschermt de onderliggende lagen tegen weersinvloeden
- antireflectielaag: minimaliseert de reflectie van zonlicht en maximaliseert de absorptie
- transparante geleidende laag: zorgt ervoor dat licht de zonnecel bereikt en helpt bij het transporteren van de opgewekte stroom
- P-type siliciumlaag: positiefgeladen laag die gaten (positieve ladingsdragers) bevat
- N-type siliciumlaag: negatief geladen laag met vrije elektronen
- de pn-overgang: het grensvlak tussen de P- en N-lagen creëert een elektrisch veld dat de elektronen en gaten scheidt, wat essentieel is voor de stroomopwekking
- metaalcontacten: geven de opgewekte elektriciteit door aan het externe circuit
5
Q
Wat betekent Watt-piek (Wp)?
A
= maximaal elektrisch vermogen geleverd in ideale testomstandigheden
- zonneschijn van 1000 W/m² (volledig gericht naar de zon, geen bewolking
- temperatuur van de panelen van 25°C (celtemperatuur op de zonnecel)
- spectrale verdeling van de straling is optimaal, ofwel AM 1,5 (vb. 200 Wp zal pas bereikt worden in de meest optimale situatie, misschien 2 à 3 keer per jaar)
Hoe hoger het Wp, hoe meer energie dat paneel zal kunnen omzetten naar stroom
6
Q
Wat betekent Watt-uur (Wh)?
A
1 Wh = hoeveelheid energie die wordt geproduceerd met een vermogen van 1 Watt gedurende 1 uur
vb. een zonnepaneel van 300 Wp dat 5 u optimaal werkt, produceert 1500 Wh (1,5 kWh) aan elektriciteit
7
Q
Wat betekent rendement (%)? Van wat is het rendement afhankelijk?
A
= de verhouding tussen de hoeveelheid zonlicht die op het paneel valt en de hoeveelheid elektriciteit die wordt opgewekt
- afhankelijk van het type zonnecel
- afhankelijk van de oriëntatie
8
Q
Wat is de temperatuurcoëfficiënt (%/C)?
A
- geeft aan hoe sterk het vermogen van een zonnepaneel afneemt bij een temperatuurstijging boven de 25°C
- hoe lager deze waarde, hoe beter het paneel presteert bij hoge temperaturen
9
Q
Wat zijn monokristallijne panelen?
A
- een enkel en vlak siliciumkristal van grote afmeting
- cellen in uniform zwart
- hoogste rendementen
- hogere efficiëntie 150 Wp/m²
- langere levensduur
- duurder
10
Q
Wat zijn polykristallijne panelen?
A
- mozaïek van siliciumkristallen van verschillende grootte, vorm en met verschillende oriëntatie: wanneer de zon schuin invalt, wordt ze ook opgevangen
- cellen in verschillende blauwe tinten
- iets lager rendement
- lagere efficiëntie 100 Wp/m²
- kostenefficiënte keuze
11
Q
Wat zijn dunne-film panelen?
A
- = amorfe zonnepanelen
- meerdere dunne lagen fotovoltaïsch materiaal, bv. amorf silicium
- zeer licht en flexibel => gebogen toepassingen
- goedkoper
- veel lager rendement
- veel lagere efficiëntie 80 Wp/m²
- presteert wel beter bij zwak licht of hoge temperaturen
12
Q
Wat zijn bifaciale panelen?
A
- zonnecellen zowel aan de voor- als aan de achterkant => lichtreflecties van de omgeving opvangen
- opgebouwd uit monokristallijne zonnecellen
- kan op een wit dak geplaatst worden om reflecterend licht ook op te vangen
- kan in alle richtingen geplaatst worden
- hogere opbrengst
- duurder
13
Q
Met welke aandachtspunten voor de plaatsing van fotovoltaïsche panelen moet men rekening houden bij het ontwerp?
A
- oriëntatie en hellingshoek: O-W oriëntatie? Z-oriëntatie? helling?
- dakconstructie en draagkracht: gewicht? bevestiging?
- schaduwvorming op het paneel en door het paneel op een ander paneel
- integratie in de architectuur: technieken zijn pas lelijk als ze achteraf ‘bijgeplakt’ worden
- ventilatie en warmtebeheer: wit dak? keienbalast?
- elektrische infrastructuur: éénfasig? driefasig?
- weersbestendigheid en duurzaamheid: hagel? uitwerpselen vogels?
- regelgeving en subsidies: zichtbaarheid van op straat
14
Q
Wat zijn thuisbatterijen?
A
= energieopslagsysteem voor overtollige elektriciteit opgewekt door PV panelen
- efficiënte manier om hernieuwbare energie op te slaan en te gebruiken (helpt om piekproductie en -verbruik beter op elkaar af te stemmen)
- verhoogt de zelfconsumptie van elektrische zonne-energie
- vermindert de afhankelijkheid van het elektriciteitsnet
- draagt bij aan een duurzamer energiebeheer
15
Q
Leg het werkingsprincipe van thuisbatterijen uit.
A
- opladen: overdag wekken de zonnepanelen energie op; overtollige energie wordt opgeslagen in de batterij
- ontladen: wanneer de vraag naar elektriciteit hoger is dan de zonneproductie (bv. ‘s avonds), levert de batterij stroom
- slim beheer: moderne systemen gebruiken slimme algoritmen om het opladen en ontladen te optimaliseren op basis van energieprijzen en verbruiksprofielen
16
Q
Wat zijn de onderdelen van thuisbatterijen?
A
- batterijcellen: de kerncomponent die elektriciteit opslaat
- battery management system (BMS): regelt de laad- en ontlaadprocessen en beschermt de batterij
- omvormer: zet gelijkstroom uit de batterij om in wisselstroom voor huishoudelijk gebruik
- energiebeheersysteem: optimaliseert het gebruik van opgeslagen energie
- behuizing en koeling: beschermt de batterij tegen oververhitting en externe invloeden
17
Q
Wat is de meest gebruikte soort thuisbatterijen?
A
Lithium-ion batterij (Li ion)
- zet chemische energie om in elektrische energie
- werkt op basis van de beweging van lithium-ionen tussen de anode en de kathode via een elektrolyt
18
Q
Wat zijn de componenten van de Lithium-ion batterij?
A
- positieve elektrode (kathode): bestaat uit lithium-metaaloxide
- negatieve elektrode (anode): bestaat uit grafiet
- elektrolyt: laat de lithium-ionen als ladingsdragers in de cel bewegen
- separatoren: separator van vliesmateriaal of polymeerfolie tussen de elektroden om kortsluiting te voorkomen
19
Q
Leg de werking van de lithium-ion batterij uit.
A
- opladen: de lithium-ionen bewegen van de kathode naar de anode, waar ze worden opgeslagen in de poriën van het grafiet
- ontladen: de lithium-ionen bewegen terug naar de kathode en genereren een elektrische stroom vi een extern circuit
20
Q
Wat zijn de belangrijkste grootheden bij thuisbatterijen?
A
- capaciteit (kWh): de hoeveelheid energie die de batterij kan opslaan
- vermogen (kW): de maximale energieafgifte op een bepaald moment
- diepte van ontlading (DoD%): hoeveel van de totale capaciteit effectief bruikbaar is
- efficiëntie (%): hoeveel energie tijdens opslag en ontlading behouden blijft
- levensduur (cycli): het aantal laad- en ontlaadcycli dat de batterij kan doorstaan
21
Q
Wat zijn zonnecollectoren?
A
= ‘zonnepanelen’
= thermische zonnepanelen
bron = zonlicht
product = warmte
opbrengst = weersafhankelijk
22
Q
Leg het werkingsprincipe van een zonnecollector uit.
A
- vlakke plaat met metalen buizen gevuld met vloeistof (glycolmengsel)
- wordt op het dak geplaatst of in een open buitenruimte
- vangt het zonlicht op: het glycolmengsel in de metalen buizen warmt op
- absorptie van zonlicht + overdracht van warmte naar een circulerend medium (water of een glycolmengsel)
- dit medium transporteert de warmte naar een opslagvat waar het zijn warmte afgeeft aan koud water
- warmte (in de vorm van warm water) kan gebruikt worden (als voorverwarming) voor verwarming of sanitair warm water
23
Q
Wat zijn de onderdelen van zonnecollectoren en zonneboiler?
A
- absorber: neemt zonlicht op en zet het om in warmte
- transparante afdekking: vermindert warmteverlies en beschermt de absorber
- isolatielaag: minimaliseert warmteverlies langs de achterzijde van de collector
- circulatiesysteem: transporteert de opgevangen warmte naar de zonneboiler
- opslagvat (zonneboiler): houdt het verwarmde water vast voor later gebruik
- regelunit en pomp: reguleert de warmteoverdracht en zorgt voor een optimale circulatie van het glycolmengsel
24
Q
Wat is thermisch rendement (%)?
A
= hoeveelheid zonnestraling die wordt omgezet in bruikbare warmte
25
Wat bepaalt de oppervlakte van de collector (m²)?
= bepaalt de hoeveelheid opgewekt warmte
26
Hoeveel bedraagt de inhoud van de zonneboiler (I)?
afhankelijk van het warmwaterverbruik
150l, 250l, 350l
27
Welke soorten collectoren bestaan er?
- vlakkeplaatcollectoren
- vacuümbuiscollectoren
- geïntegreerde zonnecollectoren
28
Wat kan je zeggen over vlakkeplaatcollectoren?
- een metalen of glazen plaat met een selectieve coating die zonnewarmte absorbeert en de warmte ervan doorgeeft aan een onderliggend buizensysteem
- goedkoop
- efficiënt
- eenvoudig te plaatsen
- meest voorkomend
29
Wat kan je zeggen over vacuümbuiscollectoren?
= heat pipe
- dubbelwandige glazen buizen
- in de binnenste buis is er een absorberende laag die zonne-energie opvangt en omzet in warmte
- vacuümruimte tussen de twee buizen minimaliseert warmteverlies door convectie en geleiding
- efficiënter bij koudere temperaturen en diffuus licht
- duurder
30
Wat kan je zeggen over geïntegreerde zonnecollectoren?
zonnecollector en zonneboiler in 1 unit
31
Welke soorten systemen voor zonnecollectoren en zonneboilers bestaan er?
- leegloopsysteem
- systeem onder druk
32
Wat is het leegloopsysteem?
- leidingencircuit tussen boiler en collectoren slechts gedeeltelijk gevuld
- gevuld met water (eigen gesloten circuit)
- vloeistof in de collector loopt leeg wanneer er geen zonne-opbrengsten zijn of wanneer het SWW reeds op temperatuur is
- = bescherming tegen vriesschade
33
Wat zijn de installatievoorwaarden voor een leegloopsysteem?
- leidingen onder helling nodig
- slechts beperkt hoogteverschil en leidingenlengte mogelijk
34
Wat is een systeem onder druk?
- leidingencircuit gevuld met glycolmengsel (gesloten circuit)
- buizen lopen nooit leeg
- antivriesstoffen en het circuleren zelf zorgt voor bescherming tegen bevriezing
- wel kans op schade door te hoge temperaturen in de buizen (daarom drukvat nodig)
35
Waarom is een buffervat nodig?
- energiedrager = zon
- SWW wordt opgewekt wanneer de zon schijnt
=> piekopwekking van warmte valt vaak niet samen met het moment van de hoogste warmtevraag ('s ochtends of 's avonds wanneer de zon nog niet zo straf schijnt)
= tijdsverschuiving
hulpsysteem nodig om tijdsverschuiving op te vangen en toch voldoende SWW te voorzien op de juiste momenten: buffervat
= overbrugt de tijdsverschuiving door de opgewekte warmte tijdelijk op te slaan
36
Wat kan je zeggen over het buffervat van zonnecollectoren en zonneboiler?
- warmteopslag: het buffervat houdt het opgewarmde water vast zodat het op een later moment kan worden gebruikt
- efficiënt energiegebruik: voorkomt dat overtollige warmte verloren gaat wanneer er op het moment van opwekking geen warmtevraag is
- verhoging van comfort: zorgt voor een continue beschikbaarheid van warm water, ongeacht de opwekkingstijd
- combinatie met andere verwarmingssystemen: kan worden gekoppeld aan een cv-ketel of warmtepomp om in periodes van lage zonne-instraling toch voldoende warmte te leveren
37
Waarom maakt de grootte van een paneel van een zonnecollector weinig uit?
- met een zonneboiler kan op jaarbasis max 55 à 60% van het sanitair warm water opgewekt worden
- daarom maakt de grootte van het paneel weinig uit
- want de tijdsverschuiving zorgt ervoor dat je toch niet al je sanitair warm water kunt opwekken (de zon schijnt niet altijd wanneer we het warm water nodig hebben)
- vaak toegepast: 2 à 4 m²
- eerder duur + onderhoud nodig
38
Welke installatiemogelijkheden zijn er voor zonnecollectoren?
- inbouw: frame
-opbouw: bevestigingsklangen
- plat dak:
- gewichten
- bevestiging aan betonblokken
- rechtstreeks verankerd in het dak
39
Met welke aandachtspunten over zonnecollectoren en zonneboiler moet men rekening houden bij het ontwerp?
- oriëntatie en hellingshoek van de collector
- dakintegratie versus losstaande installaties
- esthetische en ruimtelijke overwegingen
- combinatie met andere duurzame technieken (PV-panelen, warmtepompen...)
40
Wat is een brandstofcel?
bron = waterstof en zuufstof
product = elektriciteit, warmte en water
d.m.v. een elektrochemische reactie
41
Leg de werking van een brandstofcel uit.
- aanvoer van brandstof: waterstof wordt toegevoegd aan de anode
- splitsing van waterstofmoleculen: waterstofatomen worden gesplitst in protonen en elektronen
- beweging van elektronen: elektronen stromen doen een extern circuit en genereren elektrische stroom
- reactie met zuurstof: aan de kathode reageren de protonen en elektronen met zuurstof om water en warmte te vormen
42
Wat zijn de onderdelen van een brandstofcel?
- anode: zorgt voor de splitsing van waterstofatomen
- kathode: voert de reactie met zuurstof uit
- elektrolyt: zorgt voor de overdracht van protonen van de anode naar de kathode
- bipolaire platen: verdelen gasstromen en geleiden elektriciteit
43
Wat zijn belangrijke grootheden bij brandstofcellen?
- vermogen (W, kW, MW): de elektrische output van de brandstofcel
- efficiëntie (%): de verhouding tussen de geleverde elektrische energie en de chemsiche energie-invoer
- celspanning (V): typisch 0.7-1.0 V per cel
- temperatuurbereik (°C): afhankelijk van het type brandstofcel
- duurzaamheid (uren): levensduur van de componenten en elektrolyt
44
Wat is warmtekrachtkoppeling (WKK)?
- gelijktijdige opwekking van warmte en elektriciteit uit gas (aardgas, biomassa of waterstof)
- toepasbaar voor gebouwen met een constante warmtevraag en een constante elektriciteitsvraag
- bv. ziekenhuizen, sportcentra, kantoorgebouwen
- wordt meestal niet gebruikt in residentiële gebouwen, want geen constante elektriciteitsvraag
45
Wat is het werkingsprincipe van warmtekrachtkoppeling?
- verbranding: energie komt vrij in de vorm van warmte en mechanische beweging
- mechanische energie: energie wordt omgezet in rotatiekracht, die een generator aandrijft om elektriciteit op te wekken
- elektriciteitsopwekking: er wordt wisselstroom opgewekt, die direct gebruikt kan worden of aan het elektriciteitsnet kan geleverd worden
- warmteterugwinning: de restwarmte uit de uitlaatgassen en koelvloeistoffen wordt via warmtewisselaars benut voor ruimteverwarming of warm water
46
Wat is het warmtenet?
maakt gebruik van restwarmte, hernieuwbare energiebronnen en warmtekrachtkoppeling om energieverliezen te minimaliseren en de CO2-uitstoot te verminderen
47
Wat is het werkingsprincipe van het warmtenet?
- ondergronds netwerk van geïsoleerde leidingen
- transporteert warmte van een centrale warmtebron naar woningen, bedrijven en industriële installaties
- warmte in de vorm van warm water of stoom
- bv. afkomstig van geotermie, biomssa, afvalverbranding, industriële restwarmte of zonthermische installaties
48
Wat zijn de onderdelen van een warmtenet?
- warmtebron: kan bestaan uit restwarmte, WKK, geothermie, biomassa, zonnecollectoren of afvalverbranding
- warmtewisselaars: zorgen voor de overdracht van warmte van de warmtebron naar het distributienet
- transportleidingen: geïsoleerde buizen die de warmte naar de eindgebruikers transporteren
- aftakkingen en onderstations: lokale warmtepunten die de warmte verdelen naar gebouwen en installaties
- afleversets: installaties in gebouwen die de warmte geschikt maken voor verwarming n warm water
- terugvoerleidingen: voeren het afgekoelde water terug naar de warmtebron voor hergebruik
49
Wat is stadverwarming?
= vorm van warmtenetten waarbij meerdere gebouwen of zelfs hele wijken van warmte worden voorzien via een gecentraliseerde warmtebron
=> de warmte wordt meestal geleverd door een combinatie van industriële restwarmte, biomassa, geothermie en warmtekrachtkoppeling (WKK)
50
Wat zijn de voordelen van stadsverwarming?
- efficiënt energiegebruik: warmt die anders verloren zou gaan, wordt nuttig gebruikt
- verminderde CO2-uitstoot: gebruik van duurzame warmtebronnen verlaagt de milieubelasting
- lage onderhoudskosten: centrale installaties vereisen minder onderhoud dan individuele verwarmingssystemen
- ruimtebesparing: geen aparte ketels of warmtepompen nodig in gebouwen
51
Wat zijn de nadelen van stadsverwarming?
- initiële investeringskosten: aanleg van leidingen en infrastructuur is duur
- afhankelijkheid van warmtebron: continuïteit van warmtevoorziening moet gegarandeerd worden
- isolatieverliezen: lange transportafstanden kunnen warmteverliezen veroorzaken
52
Is een warmtenet duurzaam?
Ja, we laten geen warmte uit de industrie verloren gaan.
Neen, misschien moet de industrie efficiënter georganiseerd worden zodat er niet zoveel warmteoverschotten zijn.
53
Wat zijn alternatieve opwekkingsystemen?
- anaerobe vergisting van biomassa: bacteriën breken organisch materiaal af in een zuurstofarme omgeving, waarbij biogas vrijkomt dat kan worden gebruikt voor energieopwekking
- waterkrachtcentrales: dammen en turbines worden gebruikt om waterkracht om te zetten in elektriciteit; lokaal opgewekte energie uit stromend water in rivieren of kanalen
- windenergie via windturbines op land of op zee
- thermochemische opslag: warmte wordt opgeslagen in chemische bindingen die later zonder verliezen kunnen worden vrijgegeven
=> door innovatieve technieken te combineren, kan een stabiele en efficiënte energievoorziening worden gerealiseerd om de energietransitie tot een goed einde te brengen
