Hoe werken zonnepanelen?

Zonnepanelen, ook wel fotovoltaïsche (PV) panelen genoemd, zetten zonlicht om in elektriciteit. Dit proces wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van halfgeleidermaterialen, zoals silicium, die in staat zijn om fotonen (lichtdeeltjes) te absorberen en om te zetten in elektrische stroom. Hieronder volgt een gedetailleerde uitleg over hoe zonnepanelen werken.

Basisprincipes van fotovoltaïsche energie

1. Fotovoltaïsch effect: Het centrale principe achter zonnepanelen is het fotovoltaïsch effect, waarbij fotonen van zonlicht worden geabsorbeerd door een halfgeleidermateriaal en een elektrische stroom opwekken. Dit effect werd voor het eerst ontdekt door de Franse wetenschapper Edmond Becquerel in 1839.

Opbouw van een zonnepaneel

Een zonnepaneel bestaat uit meerdere lagen die samenwerken om zonlicht om te zetten in elektriciteit:

1. Fotovoltaïsche cellen: De kerncomponenten van een zonnepaneel zijn de fotovoltaïsche cellen. Deze cellen zijn meestal gemaakt van silicium en zijn geordend in een rasterpatroon. Elke cel produceert een kleine hoeveelheid elektriciteit, en door meerdere cellen in serie en parallel te schakelen, kan een paneel een bruikbare hoeveelheid stroom genereren.

2. Beschermende lagen: Zonnepanelen hebben een glazen beschermlaag aan de bovenkant om de fotovoltaïsche cellen tegen de elementen te beschermen. Onder de cellen bevindt zich meestal een backsheet, die de cellen mechanisch ondersteunt en beschermt tegen vocht en andere invloeden van buitenaf.

3. Frame: De panelen zijn gemonteerd in een robuust aluminium frame dat structuur biedt en installatie vergemakkelijkt.

Hoe zonnecellen werken

1. Absorptie van licht: Wanneer zonlicht op de fotovoltaïsche cellen valt, absorberen de halfgeleiders de fotonen. Dit geeft energie aan de elektronen in het silicium, waardoor ze loskomen van hun atomen.

2. Vrijlaten van elektronen: De siliciumcellen zijn samengesteld uit twee lagen: een positief geladen (p-type) en een negatief geladen (n-type) laag. De grens tussen deze twee lagen wordt de p-n-overgang genoemd. Wanneer de elektronen door het licht worden geëxciteerd, worden ze naar het n-type gebied geduwd, terwijl de gaten (de afwezigheid van een elektron) naar het p-type gebied gaan.

3. Vorming van een elektrisch veld: De beweging van elektronen en gaten creëert een elektrisch veld over de p-n-overgang, wat een stroom van elektronen genereert. Deze stroom wordt opgevangen door metalen contacten aan de boven- en onderkant van de cel en afgevoerd als gelijkstroom (DC).

4. Opwekking van elektriciteit: De gegenereerde gelijkstroom wordt door een serie en parallel schakeling van cellen en panelen samengevoegd om een bruikbare stroom en spanning te produceren.

Van gelijkstroom naar wisselstroom

Omdat de meeste huishoudelijke apparaten wisselstroom (AC) gebruiken, moet de door zonnepanelen opgewekte gelijkstroom worden omgezet in wisselstroom. Dit gebeurt met behulp van een omvormer.

1. Omvormer: De omvormer zet gelijkstroom (DC) om in wisselstroom (AC) die compatibel is met het elektriciteitsnet en de elektrische systemen in huis. Moderne omvormers optimaliseren ook de energieopbrengst en monitoren de prestaties van het zonnepaneelsysteem.

Energiegebruik en opslag

1. Direct gebruik: De opgewekte wisselstroom kan direct worden gebruikt om elektrische apparaten in huis van stroom te voorzien.

2. Teruglevering aan het net: Als er meer elektriciteit wordt opgewekt dan direct nodig is, kan deze teruggeleverd worden aan het elektriciteitsnet. In veel landen kunnen huishoudens een vergoeding krijgen voor de teruggeleverde elektriciteit via een terugleveringstarief of netmetering.

3. Opslag: Overtollige energie kan ook worden opgeslagen in batterijen voor later gebruik. Dit is vooral nuttig voor zelfstandige systemen of om energie te gebruiken wanneer de zon niet schijnt.

Voordelen van zonnepanelen

1. Duurzame energie: Zonnepanelen produceren schone, hernieuwbare energie, wat helpt de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen en de uitstoot van broeikasgassen te verlagen.

2. Kostenefficiëntie: Na de initiële investering kunnen zonnepanelen de energierekening aanzienlijk verlagen en zelfs inkomsten genereren door teruglevering aan het net.

3. Lange levensduur: Zonnepanelen hebben een lange levensduur, meestal tussen de 25 en 30 jaar, en vereisen weinig onderhoud.

Conclusie

Zonnepanelen werken door zonlicht om te zetten in elektriciteit via het fotovoltaïsche effect. Ze bestaan uit fotovoltaïsche cellen die licht absorberen en elektronen vrijmaken, wat resulteert in een elektrische stroom. Deze gelijkstroom wordt vervolgens omgezet in wisselstroom door een omvormer, waardoor het kan worden gebruikt voor huishoudelijke apparaten of teruggeleverd aan het net. Zonnepanelen bieden een duurzame en kostenefficiënte manier om energie op te wekken, met vele voordelen voor zowel huiseigenaren als het milieu.