Zonnepanelen en de UV-straling: materiaaldegradatie over tijd

Wat is het?

Zonnepanelen staan dagelijks bloot aan zonlicht. Dat is precies de bedoeling, want daar wekken ze stroom mee.

Maar zonlicht bevat meer dan alleen zichtbaar licht. Ultraviolette straling, kortweg UV-straling, vormt een onzichtbaar deel van het zonnespectrum dat wél meetbaar effect heeft op je panelen.

UV-straling beschadigt langzaam de materialen in een zonnepaneel. Dit proces heet materiaaldegradatie. De kunststoflagen, de verlijming en zelfs het glas worden op moleculair niveau aangetast.

Je ziet dit niet direct gebeuren, maar over een periode van jaren stapelt de schade zich op. Degradatie zorgt ervoor dat je zonnepanelen elk jaar iets minder stroom opwekken.

Fabrikanten geven daarom een vermogensgarantie. Na 25 jaar moet een paneel nog minimaal 80 à 85 procent van het oorspronkelijke vermogen leveren. Het verschil tussen dag één en jaar vijfentwintig komt grotendeels door UV-schade. Niet elk materiaal reageert hetzelfde op UV-licht.

De ene soort kunststof veroudert sneller dan de andere. Daarom investeren fabrikanten flink in UV-bestendige coatings en betere samenstellingen.

Toch is degradatie nooit volledig te voorkomen.

Hoe werkt het precies?

Een zonnepaneel bestaat uit meerdere lagen. Bovenop zit gehard glas, daaronder een laag ethyleenvinylacetaat, kortweg EVA. Deze transparante kunststof beschermt de zonnecellen en houdt alles bij elkaar.

UV-straling dringt door het glas heen en raakt deze EVA-laag direct. De UV-fotonen breken chemische bindingen in het EVA af.

Hierdoor ontstaan vrije radicalen die het materiaal verkleuren en bros maken. Na verloop van tijd wordt de laag geel of bruin.

Dit heet vergeling en het vermindert de hoeveelheid licht die de zonnecellen bereikt. Ook de achterzijde van het paneel ontkomt niet aan UV-schade. De backsheet, meestal gemaakt van polyester of fluorpolymeer, veroudert onder invloed van zonlicht.

Deze laag barst of laat los wanneer de degradatie te ver gaat.

Een beschadigde backsheet laat vocht naar binnen, wat extra problemen veroorzaakt. De glaslaag zelf is redelijk bestand tegen UV. Toch ontstaan er op microscopisch niveau kleine oneffenheden aan het oppervlak. Deze microscheurtjes verspreiden het licht in plaats van dat het recht op de cel terechtkomt.

Het rendement daalt hierdoor geleidelijk. Het tempo van degradatie hangt af van verschillende factoren.

De intensiteit van UV-straling verschilt per locatie. In Zuid-Europa veroudert een paneel sneller dan in Nederland.

Ook de hellingshoek, ventilatie achter het paneel en de kwaliteit van de gebruikte materialen spelen een rol.

De wetenschap erachter

UV-straling heeft een kortere golflengte dan zichtbaar licht. Dat betekent dat UV-fotonen meer energie per foton bevatten.

Deze energie is hoog genoeg om chemische bindingen in polymeren te verbreken. Dit proces heet fotodegradatie en het is de hoofdoorzaak van materiaalslijtage bij zonnepanelen. Bij EVA treedt een reactie op die acetale vorming wordt genoemd.

De UV-energie splitst acetaatgroepen van het polymeer af. Hierbij komt azijnzuur vrij, een zuur dat andere materialen in het paneel verder aantast.

De combinatie van UV-schade en chemische aantasting versnelt het verouderingsproces. Onderzoekers gebruiken versnelde verouderingstests om de levensduur van materialen te voorspellen. Ze plaatsen panelen in testkamers met hoge UV-intensiteit en verhoogde temperaturen. Binnen weken simuleren ze wat er in werkelijkheid jaren duurt.

Deze tests helpen fabrikanten bij het kiezen van betere materialen. De laatste jaren zijn UV-stabiele EVA-varianten en alternatieve materialen zoals polyolefine-elastomeren op de markt gekomen.

Deze materialen bevatten additieven die UV-fotonen absorberen en de energie onschadelijk als warmte afvoeren. De degradatie vertraagt hierdoor aanzienlijk. Temperatuur speelt een versterkende rol bij UV-schade.

Warmte versnelt chemische reacties, dus UV-schade in combinatie met hitte is erger dan UV-schade alleen, wat ook geldt voor hagelschade inspecteren.

Dit verklaart waarom zonnepanelen in hete klimaten harder achteruitgaan dan in gematigde streken.

Voordelen en nadelen

Het belangrijkste nadeel van UV-degradatie is het vermogensverlies. Gemiddeld verliest een zonnepaneel 0,5 tot 1 procent vermogen per jaar.

Na 25 jaar betekent dit een verlies van 12 tot 25 procent. Voor je energieopbrengst en terugverdientijd heeft dit directe gevolgen. Een tweede nadeel betreft de risico's bij ernstige degradatie.

Een gebarsten backsheet laat vocht binnen dat kortsluiting of vermogensverlies veroorzaakt. In het ergste geval ontstaat er brandgevaar.

Regelmatige visuele inspectie helpt dit soort problemen vroegtijdig op te sporen. Er zijn ook positieve kanten. Moderne zonnepanelen zijn aanzienlijk beter bestand tegen UV dan oudere modellen.

De verbeterde materialen en coatings zorgen voor lagere jaarlijkse degradatie. Sommige premium panelen garanderen zelfs nog 92 procent vermogen na 25 jaar.

Een ander voordeel is dat UV-degradatie voorspelbaar is. Fabrikanten testen hun producten grondig en geven duidelijke garanties.

Je weet dus van tevoren hoeveel vermogen je panelen over tien of twintig jaar nog leveren. Dit maakt je investering beter berekenbaar. Daarnaast bestaan er coatings die je achteraf op bestaande panelen kunt aanbrengen. Deze UV-werende lagen vertragen verdere degradatie. Voor oudere installaties kan dit een kosteneffectieve manier zijn om de resterende levensduur te verlengen.

Voor wie relevant?

Ben je eigenaar van zonnepanelen? Dan is UV-degradatie direct op jou van toepassing, en ook de opbrengst op bewolkte dagen kan variëren.

Je panelen verliezen elk jaar iets aan vermogen. Door dit te weten, kun je beter inschatten wanneer vervanging rendabel wordt of wanneer je rendement onder een acceptabel niveau zakt. Overweeg je zonnepanelen aan te schaffen?

Let dan op de vermogensgarantie die fabrikanten bieden. De garantievoorwaarden vertellen je hoeveel degradatie acceptabel wordt geacht.

Panelen met een lineaire garantie bieden meer zekerheid dan panelen met een gestaffelde garantie. Ook voor installateurs is UV-degradatie een belangrijk aandachtspunt. De keuze van montagematerialen, de ventilatieruimte achter de panelen en de oriëntatie beïnvloeden allemaal de UV-belasting, net als smog en fijnstof op panelen.

Goed advies aan klanten begint met kennis van deze factoren. Bedrijven met grote zonnedaken hebben extra baat bij deze kennis.

Zij plannen hun onderhoud en vervangingscycli op basis van verwachte degradatie. Door panelen met hoge UV-bestendigheid te kiezen, beschermen ze hun rendement op de lange termijn.

Tot slot is dit onderwerp relevant voor iedereen die subsidies aanvraagt. Sommige subsidieregelingen eisen dat panelen na een bepaald aantal jaren nog een minimumvermogen leveren. UV-degradatie bepaalt of je aan die voorwaarde blijft voldoen. Informeer jezelf dus goed voordat je een keuze maakt.