De omzetting van zonlicht in elektrische energie noemen we fotovoltaïsche omzetting (engels: photovoltaic conversion, vandaar de vaak gebruikte afkorting PV). De benaming is samengesteld uit het Griekse woord ‘foton’ wat licht betekent, en de naam van de Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta, naar wie de eenheid voor elektrische spanning is genoemd. In deze blog van de zonnepanelen experts in Almere lees je alles over de werking van zonnecellen.
Wat is een zonnecel precies?
Voor de omzetting van zonne-energie (in de vorm van licht) in elektrische energie hebben we een zonnecel nodig – het hart van elke fotovoltaïsche installatie. Een zonnecel is een mini-energiecentrale die (op kleine schaal) stoomturbines en vergelijkbare generatoren vervangt. Een zonnecel zet de zonne-energie rechtstreeks om in gelijkstroom, zonder tussenkomst van fossiele energiedragers als olie, kolen of gas. De werking van de zonnecel berust op het inmiddels al 160 jaar bekende foto-elektrisch effect.
Een stukje geschiedenis
De Franse natuurkundige Alexandre-Edmond Becquerel ontdekte in 1839 dat er tussen 2 elektroden die hij eerst in een zuurbad had gedompeld, een stroom liep zodra een van de elektroden aan licht werd blootgesteld. De Duitse natuurkundige Heinrich Hertz ontdekte 48 jaar later dat tussen de twee elektroden van een (vonkinductor gemakkelijker vonkoverslag optrad wanneer een van de elektroden met ultraviolet licht werd bestraald. Nader onderzoek van dit verschijnsel bracht aan het licht dat ook een met UV licht bestraald zinken plaatje een kleine stroom kan leveren.
Een verklaring van dit foto-elektrisch effect kon pas door Albert Einstein worden geleverd; hiervoor kreeg hij in 1921 de Nobelprijs. Einstein ontdekte dat elk voorwerp dat in het licht wordt gehouden door fotonen (energierijke deeltjes) getroffen werd. Indien een foton voldoende energie heeft, kan het een elektron uit een atoom vrij maken zodat het belichte materiaal niet meer elektrisch neutraal is maar elektrisch geleidend of geladen.
Elektrische lading
Zodra we de voorkant van een zonnecel aan het zonlicht blootstellen veroorzaken de opvallende fotonen dan ook een elektrische lading. Gangbare zonnecellen met een afmeting van bijvoorbeeld 10 x 10 cm bestaan doorgaans uit een 0,3 tot 0,4 mm dikke plak silicium waarin met toepassing van borium en fosfor twee aan elkaar grenzende lagen met verschillende elektrische eigenschappen zijn aangebracht. Om zoveel mogelijk licht oor te laten is de bovenzijde van een zonnecel van een kamvormige metalen elektrode en van een antireflectie coating voorzien. Bij belichting van de zonnecel wordt tussen de bovenste en het onderste contact een spanning van ongeveer 0,5 volt opgewekt.
Het rendement van zonnecellen
De belangrijkste elektrische parameter van een zonnecel is het rendement. Dit is de verhouding van het afgegeven elektrische vermogen tot het vermogen waarmee de zon het oppervlak van de zonnecel bestraalt. Het rendement van gangbare kristallijne zonnecellen ligt tussen de 12 en 18%. Op
dit moment zijn er meerdere zonnepanelen fabrikanten bezig met de ontwikkeling van zonnepanelen met een aanmerkelijk hoger rendement oplopend tot ca. 35%. Uiteraard is met het rendement straks het grootste voordeel te behalen wat betreft zonnepanelen een zonne-energie.