Zonnecellen

Zonnecellen worden gemaakt van een halfgeleidermateriaal dat elektriciteit levert zodra er licht op valt. Voor de huidige zonnecellen is silicium het meest gebruikte halfgeleidermateriaal. Daarmee kunnen drie typen zonnecellen gemaakt worden:

– Monokristallijn silicium (sc-Si), is een egaal antracietkleurig of zeer donkerblauw materiaal. De zonnecellen worden gezaagd uit een blok silicium bestaande uit een groot kristal. Het formaat van de afzonderlijke, meestal vierkante cellen varieert van 12,5 x 12,5 cm tot 15 x 15 cm. Ook ronde cellen zijn leverbaar. Gemiddeld wordt 15 -22% van het zonlicht omgezet in elektriciteit, de rest in warmte.

– Multikristallijn silicium (mc-Si) is het meest toegepaste materiaal voor zonnecellen. De kleur is blauw, in rijke schakeringen omdat het blok silicium in dit geval bestaat uit meerdere kristallen. De cellen zijn 12,5 x 12,5 cm tot 15 x 15 cm groot. Het rendement voor omzetting van het zonlicht in elektriciteit is ongeveer 14 – 25%. De zonnepanelen anno 2015 zijn gemiddeld 16.5 % of hoger.

– Amorf silicium (a-Si) wordt niet zoals beide voorgaande kristallijne materialen uit een blok silicium gezaagd, maar in een zeer dunne laag op een dragermateriaal aangebracht. Deze techniek maakt in principe alle vormen en afmetingen mogelijk. Amorf silicium zonnecellen zijn bruin tot zwart. Het rendement bij installatie ligt op ongeveer 8%. In het begin vermindert dit rendement om uiteindelijk te stabiliseren op zo’n 6-7%. Amorf silicium zonnepanelen zijn ook als flexibele zonnepanelen verkrijgbaar.

Naast silicium worden ook andere halfgeleidermaterialen, zoals de verbindingen koper-indium-diselenide (CIS) of cadmium-telluride (CdTe), gebruikt in commercieel verkrijgbare zonnepanelen. Zonnecellen zetten zonlicht om in elektriciteit. Het deel van de energie in het zonlicht dat kan worden omgezet in elektriciteit noemen we het rendement (in % uitgedrukt). Zonlicht bestaat uit verschillende kleuren, dat kun je zien wanneer er een regenboog is. Een zonnecel wordt meestal gemaakt van één bepaald (halfgeleider)materiaal, bijvoorbeeld silicium. Zo’n materiaal is niet voor alle kleuren licht even gevoelig en een deel van het zonlicht gaat er zelfs dwars door heen. Anders gezegd; een zonnecel werkt optimaal voor één kleur licht.

Licht wat “te rood” is gaat er doorheen (wordt niet geabsorbeerd) en wordt dus helemaal niet benut, licht wat “te blauw” is wordt maar voor een deel benut. Dit is beter te begrijpen wanneer we ons realiseren dat licht bestaat uit energiepakketjes (fotonen). De energie van het pakketje bepaalt de kleur van het licht. Om een elektron in het materiaal los te maken is het nodig dat het foton een minimale energie heeft. Is de energie te laag, dan wordt geen elektron losgemaakt. Is de energie hoger dan het benodigde minimum, dan wordt een elektron vrijgemaakt en het overschot aan energie afgegeven in de vorm van warmte. Op die manier gaat ongeveer 55% van de energie in het licht verloren, zodat nog 45% resteert.

Wanneer een elektron eenmaal is losgemaakt, heeft het de neiging weer terug te vallen naar zijn oude toestand (recombineren). Dit is zelfs in het beste materiaal niet helemaal te voorkomen en zorgt ervoor dat het rendement van een ideale, enkelvoudige cel niet hoger kan zijn dan ongeveer 30% (voor materiaal met een optimale kleurgevoeligheid). De allerbeste –onbetaalbare kleine zonnecellen hebben een rendement van 25% in het laboratorium. In commerciële productie wordt 6-16% gehaald. Dit grote verschil is een gevolg van het gebruik van goedkopere materialen (lagere kwaliteit en niet optimale kleurgevoeligheid), van goedkopere fabricageprocessen en van de grotere oppervlakte van de cellen en de modules.

Er zijn twee methoden om het rendement van zonnecellen ter verhogen boven het genoemde maximum van 30% voor een enkelvoudige cel. In de eerste plaats kan de kleurgevoeligheid worden verbeterd door twee of drie verschillende materialen te stapelen. We spreken in zo’n geval van een tandem. De kleurverliezen nemen dan af van 55% naar ongeveer 40-45%, zodat 55-60% van de energie resteert. De gevolgen van recombinatie kunnen worden verminderd door domweg meer elektronen los te maken (“de pomp harder zetten terwijl het lek gelijk blijft”). Dit kan door de cel te belichten met geconcentreerd zonlicht (bijvoorbeeld 100x) onder een soort lens of met spiegels. In combinatie met het gebruik van een drievoudige tandem geeft dit een theoretisch maximum rendement van ongeveer 50%. Ter vergelijking; de allerbeste praktische cel van dit soort heeft een rendement van 33%.

Welk type zonnepaneel is het beste?

Hoewel dunne-filmpanelen kunnen worden gebruikt voor zonne-energie op daken van huishoudens, zal de vraag bijna altijd neerkomen op monokristallijne of polykristallijne zonnepanelen. Monokristallijne panelen zijn meestal iets efficiënter, maar velen zijn sceptisch over de vraag of dit de meerprijs rechtvaardigt.

De algemene consensus is dat het er niet echt toe doet en dat het type paneel dat je kiest afhangt van persoonlijke voorkeur – of je nu een strak, uniform gekleurd paneel wilt, of een kleurrijk fragmentarisch paneel met kleinere openingen tussen cellen.

Meer technische achtergrondinformatie delen wij graag met u. Voor alle vragen welke niet in onze zonnepanelen wiki staan kunt u altijd contact opnemen. Of kijk eens op onze winkel voor specifieke productinformatie.