Werking zonnepaneel

Zonnecellen

Een zonnepaneel is opgebouwd uit meerdere zonnecellen ook wel photovoltaïsche cellen genoemd. Een zonnecel bestaat uit een stuk halfgeleidend materiaal (silicium) dat een scheidingsvlak bevat. Dit scheidingsvlak kun je beschouwen als een soort dunne lijn tussen 2 soorten materialen genoemd het P-type en het N-type. Het materiaal is hierdoor geen geleidend materiaal dat gewoon stroom doorlaat, zoals een stuk koper, maar het wordt een halfgeleider genoemd.  

De elektrische stroom kan maar in één richting door de zonnecel lopen. Als er zonlicht (elektromagnetische straling) op de zonnecel valt, worden er elektronen losgestoten. Die gaan dus in de gewenste richting bewegen tussen het p-type en het n-type. De beweging van alle losgemaakte elektronen samen is de elektrische stroom die door de zonnecel loopt.

Het zonnepaneel

Om praktisch nut van deze cellen te hebben, worden deze meestal in een zonnepaneel gemonteerd dat dan de naam PV-paneel (Photo-Voltaïsch) krijgt. Een zonnepaneel levert gelijkstroom. Het kan aangesloten worden op een inverter om wisselstroom te krijgen. De energie kan meteen gebruikt worden door aangesloten apparaten. Er kan ook een accu mee opgeladen worden. Opslaan op een batterij is enkel nuttig indien er geen netstroom ter beschikking is, bijvoorbeeld voor lichtbakens en signalisatie. Als een PV-paneel op het lichtnet aangesloten is, kan het daar eventueel stroom aan leveren. De wisselwerking tussen eigen opbrengst en terugleveren van overschotten aan het net is veel rendabeler dan opslaan op een batterij.

Verschillende soorten photovoltaïsche cellen

De cellen worden allemaal gemaakt van silicium, maar de verwerking van het silicium heeft invloed op het redement en de kosten van een paneel:

Poly-kristallijn

Deze worden gemaakt door vloeibaar silicium in vierkante gietvormen te gieten. Het productieproces is eenvoudiger en goedkoper. De grote blokken gesmolten silicium worden voorzichtig gekoeld en in vaste vorm gebracht. De donkere plekken die erop zichtbaar zijn, zijn de ongestructureerde smeltplekken tussen de verschillende kristallen in het blok. De kristallen sluiten niet goed op elkaar aan en daarom is het rendement van de cellen lager. Polykristallijne siliciumplakjes met een dikte van 180 tot 350 micrometer worden van het gegoten blok gezaagd (door middel van draadzagen). Grote fabrikanten gebruiken meestal polykristallijn silicium voor zonnecellen, omdat de productiekosten van monokristallijne cellen hoger liggen.

Mono-kristallijn 

Deze worden wordt vaak met het Czochralski-proces geproduceerd. Er wordt een staaf in een vat met gesmolten silicium gestoken. De (roterende) staaf wordt langzaam omhoog getrokken. De punt van de staaf is een kristal. Het gesmolten silicium neemt de kristalstructuur van die punt over, terwijl het uit het vat omhooggetrokken wordt. Het siliciumkristal, dat eruit ziet als een cilinder, wordt daarna in plakjes gesneden. Deze plakjes zijn de zogenaamde wafels (Engels: wafers). Ze zijn cirkelvormig en kunnen dus niet de hele zonnecel bedekken. De hoeken van de cel worden niet opgevuld. Nog meer zagen zou een groot verlies van goed materiaal betekenen. De wafels zijn ongeveer 0,3 mm dik.

Amorf silicium cellen

Voor de dunne flexibele zonnecellen wordt vaak amorf silicium gebruikt. Het heeft geen kristalstructuur, maar is onregelmatig gevormd. Het heeft gedraaide bindingen en losse uiteinden. De atomen aan de uiteinden vangen op ongewenste momenten elektronen op en werken dus de elektrische stroom tegen. Daarom wordt er waterstof toegevoegd om zich met de uiteinden te verbinden. De productiekosten van amorf silicium zijn lager dan die van polykristallijn silicium. Het rendement is lager.