Zonnepaneel • Elektriciteit uit zonlicht

Zonne-energie

Elektriciteit is een verzameling van natuurkundige verschijnselen, verband houdend met de stroom van elektrische lading, elektrische velden en elektromagnetisme. Elektriciteit is een vorm van energie die voortkomt uit de beweging van elektronen. Ook de opwekking van elektriciteit door middel van zonlicht gebaseerd op het in beweging  komen elektronen onder invloed van fotonen. Stroomopwekking door middel van zonnepanelen vindt plaats in zogenoemde fotovoltaïsche cellen. Waarbij de eigenschap van materialen wordt benut welke onder invloed van zonlicht elektronen kunnen loslaten en ontvangen.

Hurley 800 zonnepaneel
Flexibel zonnepaneel van 100 Wp op het kajuitdak van een Hurley 800

Reageren van elektronen op fotonen

Silicium is zo’n materiaal. Een stof is opgebouwd uit moleculen: het kleinste deeltje van een stof met nog alle eigenschappen van die stof. Een molecuul is samengesteld uit atomen, de bouwstenen van een molecuul. Atomen zijn weer opgebouwd uit protonen, neutronen en elektronen. En juist om die laatsten gaat het: de elektronen behorende tot silicium reageren op fotonen, te omschrijven als lichtdeeltjes. De elektronen reageren op fotonen door zich te verplaatsen van de ene molecuul naar de andere. Hierop is de werking van zonnecellen gebaseerd. De elektronen fungeren als dragers van de elektrische stroom, het spanningsverschil tussen de ene silicium-laag en de andere overbruggend. Een ander woord voor zonnecel is daarom fotovoltaïsche cel.

Fotovoltaïsche cellen

De opwekking van elektriciteit door middel van fotovoltaïsche cellen vindt plaats door de reactie tussen de basisdeeltjes van elektriciteit (de elektronen) en de basisdeeltjes van licht (de fotonen).

Silicium, materiaal voor zonnepanelen

Phaesun Semi Flex 60 Wp Zonnepaneel
Phaesun Semi Flex 60 Wp Zonnepaneel

Elektronen

Protonen, neutronen en elektronen zijn deeltjes waaruit atomen zijn opgebouwd. Protonen en neutronen bevinden zich in de atoomkern. Elektronen bewegen zich om de atoomkern heen.

Silicium, fosfor en borium

Om het voor elektronen te vergemakkelijken om zich van de ene laag silicium naar de andere te bewegen worden er aan de lagen silicium andere geleidende materialen toegevoegd. Zodat er een éénrichtingsverkeer van elektronen wordt gecreëerd. Waarmee er een positief en een negatief geladen laag silicium, een + en een – in de fotovoltaïsche cel ontstaat.

Hiervoor worden de elektriciteit geleidende materialen fosfor en barium gebruikt. Beide stoffen hebben ook de eigenschap om zich met silicium te kunnen verbinden. Waarmee zij in verbinding met silicium een nieuw materiaal vormen. De ene laag in de fotovoltaïsche cel bestaande uit een silicium-fosfor verbinding. De andere laag een silicium-barium verbinding.

Zonnepaneel Bavaria 31
60 Wp zonnepaneel in aluminium frame op het kajuitdak van een Bavaria 31

Fotonen

Fotonen zijn lichtdeeltjes; elektromagnetische straling met een golfkarakter en met een deeltjeskarakter. Licht is het voor onze ogen zichtbare deel van het frequentiebereik van elektromagnetische straling.

Atomen, elektronen, fotonen

Zonder de aanwezigheid van zonlicht, ofwel bij afwezigheid van fotonen is er sprake van een zekere stabiliteit met betrekking tot de in de materialen aanwezige elektronen. Maar onder invloed van de fotonen in het zonlicht komen de elektronen in beweging. Zover dat zij buiten de invloedssfeer van een atoom komen en zich aangetrokken weten tot een andere atoom. Bij de oorspronkelijke atoom ontstaat een leegte, een gemis aan een elektron. Welke weer ingenomen wordt door een andere elektron. De elektronen verplaatsen zich, en bewegen zich van atoom naar atoom langs de voor de hand liggende weg, van de silicium-fosfor verbinding naar de silicium-barium verbinding. Waarmee de elektrische stroomopwekking als gevolg van zonlicht is ontstaan.

Fotonen zien: zie hier

Fotonen zien, zie ook hier

Silicium

Het principe van een zonnecel is gebaseerd op de eigenschap dat sommige materialen elektronen uit hun atomen loslaten wanneer er licht op valt. Silicium is zo’n materiaal dat elektronen los laat onder invloed van licht.

Stroomopwekking

De zich verplaatsende elektronen creëren de spanningsverschillen tussen de lagen, resulterend in een + en -, de basis voor een gelijkstroom (Direct Current ofwel DC) zoals ook geleverd wordt door een accu of batterij. Met de mogelijkheid om deze aan te sluiten op een stroomkring, zoals het laden van een accu en aansluiten van stroomgebruikers.

Bron: Lowtech Magazine en Silicium

Zie ook Zonnepaneel en PWM regelaar

Geef een reactie