Opwekking elektriciteit

In dat jaar ontdekt de Franse natuurkundige Alexandre-Edmond Becquerel dat het mogelijk is om elektriciteit op te wekken uit zonlicht met een wel heel eenvoudig stofje: zand. Of specifieker, het hoofdbestanddeel van zand, silicium. Zijn ontdekking heet het fotovoltaïsch effect en betekent letterlijk ‘van licht naar elektriciteit’. Een kleine vijftig jaar ná de ontdekking van Becquerel ontwikkelt Charles Fritts de eerste zonnecel.

Toch duurt het nog lang voordat de eerste PV-cellen (Photo-Voltaic) toegepast kan worden. Pas in de jaren vijftig ontwikkelt de ruimtevaartindustrie bruikbare cellen die als een ‘mobiele’ energiebron dienen tijdens een missie. Aangejaagd door de oliecrises groeit in de jaren zeventig de interesse in alternatieven voor fossiele brandstoffen. De echte doorbraak volgt uiteindelijk in het kielzog van de kredietcrisis van 2008.

Zonnepaneel werkt met flinterdunne laagjes

Inmiddels zijn zonnepanelen niet meer weg te denken en liggen er systemen op ongeveer één op de acht daken van huishoudens*. Om energie op te wekken, maakt een paneel simpel gezegd gebruik van twee schijven of lagen van silicium. Deze kristallen worden in flinterdunne laagjes gesneden en in een paneel verwerkt in twee schijven. Als de zon op een paneel schijnt, ontstaat er elektrische stroom tussen de positieve lading bovenop de cel en de negatieve lading eronder via een zilveren geleider. Hierdoor ontstaat het eerdergenoemde fotovoltaïsche effect van Becquerel.

Elektronen

Silicium is een grondstof die je in heel veel toepassingen tegenkomt. Van keramiek tot computerchips en van staal tot lasers. Siliciumkristallen voor chips moeten van de zuiverste kwaliteit zijn. Voor zonnepanelen worden de lagen kristal ‘gedoteerd’, door bewust zeer specifieke onzuiverheden aan te brengen in het silicium. Vallen er volgens lichtdeeltjes (fotonen) op deze laag dan schieten elektronen uit hun baan door de ontstane energie. Het resultaat is dat ze door het materiaal gaan stromen en er de stroom wordt opgewekt.

Werking zonnepaneel

In de meeste zonnepanelen zitten zestig zonnecellen, verdeeld over zes kolommen van tien zonnecellen. Ongeveer 95 procent van alle zonnepanelen die we in Nederland gebruiken zijn van monokristallijn silicium (zwarte panelen) of polykristallijn silicium (blauwe panelen). De opbrengst van beide types ligt nagenoeg gelijk.

Hoe meer de zon schijnt, hoe beter zonnepanelen werken. Als je de cellen in serie aan elkaar klikt, dan krijg je een hogere spanning en dus meer stroom. Door het samenspel tussen de zon en de panelen ontstaat gelijkstroom, die eerst nog geschikt gemaakt moet worden voor gebruik. Een omvormer zet vervolgens gelijkstroom om naar wisselstroom (230 Volt) zodat het geschikt is voor het Nederlandse elektriciteitsnet.

* Bron: Dutch New Energy Research (DNER)

Bekijk hier de TEDx-video ‘How do solar panels work?’

https://www.youtube.com/watch?v=xKxrkht7CpY