Zonnecellen Een zonnepaneel bestaat uit minstens 72 zonnecellen die in een serie aaneengeschakeld zijn. Een zonnecel wordt gemaakt van een halfgeleidermateriaal, meestal silicium. Silicium is het hoofdbestanddeel van zand. Om van dit silicium een halfgeleider te maken, wordt er aan de bovenkant een laagje fosfor toegevoegd en aan de onderkant een laag borium (zie de pagina halfgeleiders voor meer uitleg). Het geheel wordt ter bescherming tussen twee glasplaten geplaatst.
Energie van de zon maakt elektronen los in het silicium. Hierdoor ontstaat spanning in een zonnecel. Door meerdere zonnecellen achter elkaar te schakelen in een zonnepaneel kan er stroom gaan lopen. Voor het opwekken van stroom hebben zonnepanelen niet per se direct zonlicht nodig. Ook op een bewolkte dag levert een zonnecel elektriciteit.
Zonnecellen hebben meestal een zwarte of blauwe coating. Ze zijn donker gekleurd omdat ze de zon dan niet reflecteren. Zonder coating zou een zonnecel werken als een spiegel en vrijwel geen zonne-energie kunnen vangen. Er bestaan wel panelen in andere kleuren (brons groen of paars). De opbrengst van deze gekleurde panelen is echter een tiende tot een kwart lager.
Zonneceltechnieken
Verschillende typen zonnecellen
Er zijn verschillende typen zonnecellen. Het verschil heeft te maken met de productietechniek. Op dit moment zijn de meeste zonnecellen gebaseerd op monokrijstallijn of polykristallijn silicium. Daarnaast bestaan er ook dunnefilm zonnecellen, die worden gemaakt van een afgeleide van silicium of van metalen.
De ontwikkelingen gaan steeds verder. Er wordt gewerkt aan zonnecellen op basis van polymeren (plastic) en organische materialen. Maar dit levert tot dusver nog niet voldoende resultaat op om het al in productie te kunnen nemen.
Voorlopig worden de monokristallijne en polykristallijne zonnecellen het meest gebruikt. Minder dan vijf procent van de panelen op de Nederlandse markt gebruikt de dunnefilmtechniek. De verwachting is wel dat de dunnefilm zonnecellen op termijn voor een forse prijsdaling van zonnecellen kunnen zorgen. Dit komt door de productietechniek van deze cellen.
monokristallij
Een monokristallijne zonnecel heeft een zwarte of diep donkerblauwe kleur en een glad oppervlakte. Hij is vierkant of rond en tussen de 12,5 x 12,5 en 5 x 15 cm groot. Monokristalijne zonnecellen zetten gemiddeld 15 -17% van het zonlicht om in elektriciteit, de rest in warmte. Het zijn de duurste zonnecellen, met het hoogste rendement per vierkante meter.
polykristallijn
Een polykristallijne zonnecel is blauw of grijs, met een patroon erin. Ze zijn even groot als een monokrijstalijne zonnecel Polykristallijne zonnecellen zetten ongeveer 14 – 16% van het zonlicht om in elektriciteit, iets minder dan de monokristallijne zonnecellen. Ze zijn iets goedkoper.
dunne film
Zonnecellen die gebruik maken van de dunnefilmtechniek zijn, het woord zegt het al, zeer dun. Er is dus relatief weinig halfgeleider-materiaal nodig in de productie van een dergelijke cel. Ze zijn egaal zwart van kleur. Sommige dunnefilm zonnecellen zijn gemaakt van een afgeleide van silicium, het materiaal van de mono- en kristallijne zonnecellen.
Andere dunnefilm zonnecellen gebruiken de metalen cadmium of koper als halfgeleider. Dunnefilm zonnecellen zijn flexibel. De cellen worden in lange banen in een flexibele folie aangebracht, en worden dan meestal als dakbedekking verwerkt op grote platte daken of op de dakbedekking geplakt. Ze kunnen ook bij bewolking en schaduw goede prestaties leveren. Ze zetten 4-11% van het zonlicht om in stroom, dat is dus minder dan de mono- en polykristallijne zonnecellen. Per vierkante meter zijn ze wel goedkoper.
Uiterlijke kenmerken
De techniek achter het zonnepaneel
De zonnecellen worden vastgezet op een kunststof en metalen drager met een lijst van aluminum. Het geheel wordt afgedekt met glazen of kunsstof platen, die aan de bovenkant transparant zijn. De afdeklaag aan de achterzijde kan zowel doorzichtig als ondoorzichtig zijn.
Gemiddeld hebben zonnepanelen een oppervlak van circa één vierkante meter en een dikte van 5 tot 8 mm. Aan de achterzijde van het paneel bevindt zich meestal een aansluitdoos om panelen onderling te koppelen, met een verbinding naar de omvormer.
1. Glasplaat
2. Beschermlaag
3. Zonnecellen
4. Beschermlaag
5. Achterkant
Bij hogere temperaturen wordt de opbrengst van zonnepanelen lager. Voor iedere 10 graden temperatuurstijging daalt de stroomopbrengst met ongeveer 5 procent. Het is daarom van belang dat er lucht achter de panelen langs kan stromen, zodat de temperatuur niet te hoog oploopt.
Opbouw
3 elementen
Systemen met zonnepanelen zijn over het algemeen opgebouwd uit drie elementen:
Een array bestaat uit meerdere zonnepanelen (modulen) die aan elkaar gekoppeld zijn. Een zonnepaneel bestaat weer uit meerdere zonnecellen. De zonnecellen hebben elk een spanning van ongeveer 0,5 volt. Ze worden in serie geschakeld zodat een bruikbare spanning kan worden bereikt, bijvoorbeeld 12 of 24 volt. Ook de zonnepanelen worden in een serie geschakeld. Dit wordt een string genoemd. Het aantal panelen per string wordt bepaald door de vereiste ingangsspanning van de omvormer (hierover meer in thema 4). De strings worden op hun beurt parallel verbonden tot een array.
In het volgende filmpje wordt uitgelegd hoe zonnecellen en zonnepanelen aan elkaar geschakeld worden:
Serieschakeling en schaduw
Effect van schaduw
Zonnestroomsystemen mogen niet beschaduwd worden, vooral niet met een scherpe slagschaduw, bijvoorbeeld van objecten dicht in de buurt zoals dakdoorvoeren, dakkapellen enz. Dit heeft te maken met de serieschakeling van de zonnecellen en de zonnepanelen.
Als er op een zonnecel licht valt, gaat een stroom lopen. Vanwege de serieschakeling moet de stroom alle cellen passeren. Valt er geen licht op een cel, dan reageert deze als een weerstand. De beschaduwde cel laat geen stroom door. Hetzelfde principe geldt voor een string van zonnepanelen. Eén beschaduwd paneel zorgt ervoor dat de hele string slecht presteert.
Daarnaast speelt nog een tweede effect mee: in de beschaduwde cel, die een weerstand in de keten vormt, wordt de stroom die in de rest van de serie wordt opgewekt, omgezet in warmte. Een beschaduwde cel wordt daardoor warmer dan de rest van het paneel: het temperatuurverschil tussen cellen kan oplopen tot tientallen graden, wat leidt tot mechanische spanning in het materiaal. Dat heeft een negatief effect heeft op de levensduur van het zonnepaneel.
diode
Om het opbrengstverlies te verminderen hebben panelen bypass diodes, die de beschaduwde cel tijdelijk 'overslaan'. Een diode laat stroom maar naar één kant door. Door gebruik van de bypass diode neemt de opbrengst van het zonnepanelensysteem af. Een systeem heeft meestal drie bypass diodes. Per bypass diode wordt éénderde van het systeem uitgeschakeld, en is er dus een derde minder opbrengst. De diodes worden vaak gemonteerd in een zwarte box aan de achterkant van het paneel.
Het arrangement Informatiebron Thema 2b. Zonnepanelen is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Energy College
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2015-11-16 22:22:19
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
