De energietransitie begint bij jezelf. Bereken snel en eenvoudig je maandbedrag bij een lokale aanbieder.
Zonnecellen: werking, soorten, rendement en zonne-energie uitgelegd
Zonnecellen vormen het technische hart van zonnepanelen en zetten zonlicht om in elektrische energie. In een zonnecel zorgt een halfgeleidend materiaal ervoor dat fotonen elektronen in beweging brengen, waarna elektrische stroom ontstaat die via een omvormer bruikbaar is als wisselstroom.
Zonnecellen en het fotovoltaïsch effect
Zonnecellen zijn fotovoltaïsche cellen die lichtenergie rechtstreeks kunnen omzetten in elektriciteit, zonder bewegende mechanische onderdelen. Wanneer lichtdeeltjes, oftewel fotonen, door een zonnecel worden geabsorbeerd, kunnen ze voldoende energie overdragen om een elektron los te maken uit zijn oorspronkelijke toestand in het materiaal. Het interne elektrische veld van de zonnecel stuurt deze elektronen in een bepaalde richting, waardoor via een aangesloten metaaldraad elektrische stroom en uiteindelijk bruikbare zonnestroom kan ontstaan.
Hoe worden zonnecellen gemaakt?
De meeste zonnecellen worden gemaakt van silicium, een materiaal dat van nature halfgeleidend is en waarvan de elektrische eigenschappen gericht kunnen worden aangepast. Tijdens de productie worden aan silicium kleine hoeveelheden andere atomen toegevoegd. Bovendien worden aan de voor- en achterkant contacten of een elektrode aangebracht, zodat de opgewekte elektronen kunnen worden verzameld en de gelijkstroom vanuit de cellen naar de rest van het elektrische systeem kan worden geleid.
Hoe werkt een zonnecel?
Een zonnecel bestaat uit twee lagen halfgeleidend materiaal die samen een grensvlak vormen, waarbij de ene laag een overschot en de andere laag een tekort aan beschikbare elektronen veroorzaakt. Zodra zonlicht het materiaal bereikt en een foton met voldoende energie wordt geabsorbeerd, kan een elektron worden aangeslagen. Tegelijkertijd ontstaat een zogenoemd elektron-gatpaar. Door de interne ladingsscheiding rond de p-n-overgang bewegen de ladingsdragers diverse kanten op, waarna geleiding via de elektrische contacten mogelijk wordt en elektrische energie aan een extern circuit kan worden geleverd.
Van zonnecel naar zonnepanelen
Eén zonnecel levert een beperkte spanning en hoeveelheid elektrische stroom, waardoor meerdere cellen elektrisch met elkaar worden verbonden tot een groter paneel. Zonnepanelen bestaan uit een verzameling zonnecellen, beschermende lagen, elektrische verbindingen, glas en meestal een stevig frame dat de kwetsbare fotovoltaïsche cellen tegen weersinvloeden beschermt. Meerdere panelen kunnen vervolgens samen een zonne-energiesysteem vormen waarbij de geproduceerde gelijkstroom naar een omvormer gaat, die deze omzet in wisselstroom die geschikt is voor huishoudelijke apparaten en het elektriciteitsnet.
Rendement van zonnecellen en zonnepanelen
Het rendement geeft aan welk deel van de invallende zonne-energie daadwerkelijk door een zonnecel in elektrische energie wordt omgezet, waardoor een hoger rendement bij hetzelfde oppervlak doorgaans meer vermogen mogelijk maakt. Niet ieder foton kan optimaal worden benut. Sommige fotonen hebben onvoldoende energie, andere energie gaat verloren als warmte en ook recombinatie van een elektron en een gat kan voorkomen voordat de elektrische lading nuttig wordt afgevoerd. Verder beïnvloeden de temperatuur van het paneel, het materiaal, de kwaliteit, schaduw, vervuiling, oriëntatie en instraling hoeveel elektriciteit zonnepanelen in de praktijk produceren.
Soorten zonnecellen en hun eigenschappen
Bekende soorten zonnecellen zijn monokristallijne en polykristallijne siliciumcellen, terwijl dunnefilmtechnologieën en diverse geavanceerde celconcepten worden onderzocht en toegepast. Welk type zonnecel geschikt is, is afhankelijk van het maximale rendement, het beschikbare oppervlak, de productiekosten, de prestaties bij verschillende lichtomstandigheden, de levensduur en de toepassing waarvoor het paneel wordt ontworpen.
Veelgestelde vragen over zonnecellen
Een afzonderlijke zonnecel wordt normaal gesproken niet los beoordeeld op levensduur, omdat de cellen permanent in zonnepanelen worden verwerkt en samen met andere componenten verouderen. Fabrikanten geven daarom meestal vermogensgaranties voor het complete zonnepaneel, waarbij wordt vastgelegd welk deel van het oorspronkelijke vermogen na een bepaalde periode minimaal behouden moet blijven. De werkelijke levensduur kan worden beïnvloed door vocht, temperatuurwisselingen, mechanische belasting, de kwaliteit van de encapsulatie en degradatie van materialen rondom de cellen.
Bij recycling van zonnepanelen kunnen diverse materialen worden teruggewonnen, waaronder aluminium uit het frame, glas en in bepaalde processen ook delen van de gebruikte halfgeleidermaterialen en metalen. Hoe efficiënt een zonnecel zelf kan worden gerecycled, hangt samen met het type paneel, de gebruikte verbindingstechnieken en de beschikbare recyclingtechnologie. Een goed recycleproces kijkt daarom niet alleen naar silicium, maar naar de volledige materiaalopbouw van het zonnepaneel en naar de economische en milieutechnische waarde van teruggewonnen grondstoffen.
Je kunt losse zonnecellen kopen voor bijvoorbeeld onderwijs, experimenten en gespecialiseerde toepassingen, maar het bouwen van een duurzaam zonnepaneel vraagt aanzienlijk meer dan het elektrisch verbinden van enkele cellen. De zonnecellen moeten betrouwbaar worden verbonden en beschermd tegen vocht, mechanische belasting en langdurige blootstelling aan weersomstandigheden, terwijl ook isolatie en elektrische veiligheid aandacht vereisen. Voor een installatie die langdurig zonnestroom aan een woning of elektriciteitsnet moet leveren, zijn gecertificeerde zonnepanelen en geschikte systeemcomponenten daarom doorgaans praktischer dan een zelfgebouwd paneel.
Zonnecellen als basis voor duurzame zonne-energie
Zonnecellen vormen de basis van het hart van zonnepanelen en zetten zonlicht om in bruikbare elektrische energie. De elektrische stroom wordt via een omvormer geschikt gemaakt voor dagelijks gebruik. Het rendement en de opbrengst hangen af van het type zonnecel, de kwaliteit van het paneel en omstandigheden zoals temperatuur en de hoeveelheid zonlicht. Door voortdurend onderzoek naar zonnecellen worden fotovoltaïsche technologieën steeds efficiënter en interessanter voor het duurzaam opwekken van elektriciteit.
Zonnecellen maken het mogelijk om zonlicht om te zetten in duurzame elektriciteit. Wil je ook bijdragen aan de energietransitie? Kies voor 100% groene stroom uit lokale zonne- en windenergiebronnen en stap over via om | nieuwe energie.