Wat zijn zonnepanelen?
Zonnepanelen zijn panelen gemaakt van zonnecellen. De zonnecellen zetten licht om in elektriciteit. Omdat de zon de krachtigste lichtbron voor de panelen is, worden de panelen “zonnepanelen” genoemd. De elektriciteitssystemen met zonnepanelen worden ook photovoltaics systemen (PV) genoemd. De zonnecellen worden ook wel photovoltaics cellen genoemd. De zonnepanelen hebben geen direct zonlicht nodig. De zonnecellen kunnen op een bewolkte dag nog steeds elektriciteit opwekken, maar dit zal minder zijn dan op zonnige dagen.
De geschiedenis van zonnepanelen
Moderne zonnepanelen hebben een gemiddeld rendement van 15 procent. Dit rendement is niet erg hoog, maar de ontwikkeling van zonnepanelen heeft nog een lange weg te gaan. Om het zonnepaneel beter te begrijpen en na te gaan hoe het rendement kan worden verhoogd, zouden we de geschiedenis van het zonnepaneel kunnen bekijken.
Het fotovoltaïsch effect werd voor het eerst waargenomen in 1839 door de natuurkundige Alexandre-Edmond Becquerel. Het fotovoltaïsch effect houdt in dat een materiaal lichtfotonen absorbeert en zo elektronen kan vrijmaken. De ontdekking van het fotovoltaïsch effect leidde echter niet tot de ontwikkeling van een zonnecel, want dat gebeurde pas in 1883 door Charles Fritts. De zonnecel bestond uit een laag selenium met een zeer dun laagje goud. Hoewel dit destijds een geweldige uitvinding was, leverde de zonnecel slechts een rendement op van 1 procent.
In 1905 verklaarde Albert Einstein het fotovoltaïsch en daarvoor kreeg hij in 1921 een Nobelprijs.
De ontdekking van silicium als de basis van de moderne halfgeleider-zonnecel vond plaats in het jaar 1941, door Russell Ohl die werkte bij Bell Labs. Hij had bij toeval ontdekt dat silicium kon worden gebruikt om een zonnecel te maken toen het licht van zijn bureaulamp op een siliciumkristal scheen en er een elektrische stroom doorheen ging. De oorzaak van deze elektrische stroom bleek een barst in het kristal te zijn. In 1954 werd bij bell labs een efficiëntere zonnecel ontwikkeld, deze zonnecel had een rendement van 4 en een half tot 6 procent.
Hoe werken zonnepanelen?
Een van de bekendste en meest gebruikte soort zonnecellen is een fotovoltaïsche cel. Zodra er (zon)licht of te veel elektromagnetische straling op de zonnecel valt, gaat er een elektrische stroom lopen.
Zonnecellen zijn meestal gemaakt van silicium. Deze zonnecellen bestaan uit twee lagen. Als er licht op dit silicium valt, gaat er een elektrische stroom lopen tussen deze twee lagen. Daarom worden zonnecellen ook wel fotovoltaïsche cellen genoemd. (Wat in het Grieks staat voor foto’s: licht en volt voor de eenheid van elektrische spanning). Daarnaast is er nog een tweede vorm van fotovoltaïsche cellen, namelijk via dunnelaagtechnologie. Hierbij wordt amorf silicium gebruikt. Hoewel hun rendement lager is, zijn deze cellen aanzienlijk goedkoper. Het rendement van zonnecellen ligt nu ongeveer tussen de 10 en 20%. Er is dus nog genoeg ruimte om het rendement te verhogen.
Een fotovoltaïsche cel wordt ook wel PV-cel genoemd en is het meest gebruikte type zonnecel in zonnepanelen. Een van de onderdelen van een fotovoltaïsche cel is een halfgeleidend materiaal. Dit halfgeleidende materiaal vormt een scheidingsvlak tussen p-type en n-type dotaties.
Op welk moment produceren zonnepanelen de meeste energie?
Zonnepanelen wekken over het algemeen ’s middags de meeste energie op en ’s nachts helemaal niets, terwijl veel mensen overdag aan het werk zijn en pas laat in de middag of ’s avonds thuiskomen. Dat is een probleem, want bijna alle energie die ’s middags wordt opgewekt gaat naar andere huizen. In sommige gevallen/landen kun je daar geld voor krijgen, maar de huizen worden niet zelfvoorzienend in elektriciteit.
Er is ook een probleem in de winter, wanneer de zonnepanelen veel minder stroom opwekken dan in de zomer, waardoor er nog steeds energie gekocht moet worden bij een energiebedrijf. Een oplossing voor deze problemen is de powerwall, dit is een soort grote batterij die energie opslaat die niet direct gebruikt wordt en deze elektriciteit afgeeft wanneer dat nodig is, zoals ’s avonds. Hierdoor kan een huis losgekoppeld worden van het elektriciteitsnet en zo volledig zelfvoorzienend worden in elektriciteit.