Wat is zonne-energie?

Wat is Zonne-energie?

Hieronder legt Duurzaam is beter uit hoe zonne-energie werkt. We beginnen vrij eenvoudig en algemeen en naarmate je verder naar beneden navigeert wordt het steeds technischer en gedetailleerder. Duurzaam is beter wil op deze manier iedereen van jong tot oud bekend maken met zonne-energie. 

Energie besparen met zonnepanelen

Elk half uur valt er genoeg zonlicht op aarde om iedereen een jaar lang te voorzien van energie. Het gaat om zonlicht en zonnewarmte. Schone energie, die gratis wordt aangeboden door de zon. Wil je hier ook van profiteren? Het enige wat je daarvoor hoeft te doen is een goed zonnesysteem aanleggen. Je kunt hierin een onderscheidt maken in zonnestroom en zonnewarmte. Zonnestroom wek je op door middel van zonnecellen. De zonnecellen vangen de energie van de zon op in het zonnepaneel en de rest van het systeem zorgt ervoor dat je thuis kunt genieten van duurzame, zelf opgewekte, 100% schone stroom. En gebruik je overdag minder stroom dan je opwekt, dan lever je jouw groene stroom direct terug aan het net en zie je de elektriciteitsmeter letterlijk terugdraaien! Lagere energiekosten en een schoner milieu – wat kan er mooier zijn?

hm5fCgE2Y6c

De warmte die de zon afgeeft kan gebruikt worden door een zonnecollector. Deze warmte wordt gebruikt om water in een boiler te verwarmen. Dit warme water kan gebruikt worden onder de douche, in bad of in de keuken. Het water wordt verwarmt zonder fossiele brandstoffen en is bovendien gratis en milieuvriendelijk.

De termen ‘zonnepanelen’ en ‘zonnecellen’ worden soms door elkaar gebruikt. Dat is niet helemaal correct. Zonnecellen of fotovoltaïsche cellen, zijn de plaatjes in een zonnepaneel die het zonlicht omzetten in elektrische spanning. Zonnecellen zijn meestal gemaakt van silicium. Een zonnepaneel is een grotere plaat waarop meerdere zonnecellen elektrisch aan elkaar gekoppeld zijn.

Silicium

Een zonnecel is een dun plaatje (‘wafer’) dat meestal wordt gezaagd uit een groter blok van het materiaal silicium. Silicium is een halfgeleider. Op het plaatje silicium worden dunne draadjes aangebracht die de elektrische spanning afvoeren. De zonnecel zet het zonlicht om in een elektrische stroom.

Voor zonnecellen is een zuivere vorm van silicium nodig. Silicium is er in overvloed, het element zit onder meer in zand. Maar het zuiveren kost energie en is duur. Afgelopen jaren zat de technologische vooruitgang – en prijsdaling- voornamelijk in de zuivering: hetzelfde rendement halen uit steeds onzuiverder silicium.

Zoals we hierboven konden lezen zijn zonnecellen meestal gemaakt van silicium. Dat silicium bestaat uit twee lagen. Onder invloed van licht gaat er tussen de twee lagen een elektrische stroom lopen. Daarom heten zonnecellen ook wel fotovoltaïsche cellen ( Grieks photos: licht, en volt naar de eenheid van elektrische spanning). Afgekort wordt gesproken van PV-systemen. Een andere vorm van PV zijn de elementen gemaakt met de dunnelaagtechnologie. Hierbij wordt gebruikgemaakt van amorf silicium. Deze elementen hebben een lager rendement, maar zijn ook beduidend goedkoper. Het rendement van gangbare zonnecellen ligt tussen ca. 5 en 15%, waarbij de cellen met betere rendementen wel meestal onevenredig veel duurder zijn.

Fotovoltaïsche zonnepanelen benutten zonlicht of daglicht, waarbij door de absorptie van fotonen in de zonnecellen een spanning ontstaat die wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken. De fotovoltaïsche opgewekte stroom kan aan het lichtnet geleverd worden (netgekoppeld systeem), in accu’s opgeslagen worden (voor verlichting of bijvoorbeeld voor communicatiesystemen op afgelegen plekken) of direct gebruikt worden om bijvoorbeeld een pomp aan te drijven (autonoom systeem). Een zonnecel die met zijn esthetische kwaliteit bijzonder geschikt is voor zichtbare architecturale toepassingen, is de achtercontactcel. Die wordt zo genoemd omdat alle elektrische contacten op de achterzijde plaatsvinden en de voorkant een nauwelijks zichtbaar metalen raster heeft, zonder storende dubbele metaalstroken. Dat resulteert ook in een grotere bruikbare oppervlakte van de cellen en hoeveelheid geleverde stroom.

Al in 1839 ontdekte de franse natuurkundige Becquerel dat er tussen twee elektroden die hij in een zuurbad had geplaatst, een stroom begon te lopen zodra hij een van de elektroden aan licht blootstelde. Een verklaring van dit foto-elektrisch effect kon pas in 1921 door Albert Einstein gegeven worden. Door de Quantumtheorie te combineren met de theorie van lichtgolven. Licht werd nu niet meer beschouwd als uitsluitend een elektromagnetische trilling, maar ook als een stroom  energierijke deeltjes, de fotonen. Elk voorwerp dat in het licht gehouden wordt, wordt getroffen door deze fotonen. Indien een foton voldoende energie heeft, kan het een elektron vrijmaken uit een atoom. Vrij maken, waardoor het belichte materiaal elektrisch geladen wordt. 
Gangbare zonnecellen bestaan doorgaans uit een 0,3 – 0,4 mm dikke plak silicium, bestaande uit een pn-laag. Het p-n grenslaagje gedraagd zich als een diode, dat wil zeggen dat het elektronen maar in één richting doorlaat. Zodra er licht (fotonen) op de n-laag instraalt wordt er een spanning opgewekt van ca. 0,3 – 0,5 Volt. Deze spanning wordt d.m.v. metaalcontacten afgetapt. Door meerdere zonnecellen bij elkaar te plaatsen kan men voldoende spanning opwekken. Dit betreft echter nog DC spanning welke via een omvormer omgezet wordt in de bruikbare AC spanning.