Zonnepanelen zijn een belangrijke bron van hernieuwbare energie geworden in de moderne samenleving. Ze worden steeds populairder vanwege hun vermogen om schone elektriciteit op te wekken en de impact op het milieu te verminderen. Maar hoe werken zonnepanelen precies? In dit artikel gaan we dieper in op de werking van zonnepanelen, van de fundamentele principes tot de praktische toepassing ervan.

Fotovoltaïsche Effect

Het basisprincipe achter zonnepanelen is het fotovoltaïsche (PV) effect, ontdekt door de Franse natuurkundige Alexandre-Edmond Becquerel in 1839. Het PV-effect treedt op wanneer lichtdeeltjes, fotonen genaamd, in contact komen met halfgeleidermaterialen, zoals silicium, dat in zonnepanelen wordt gebruikt. Deze fotonen exciteren de elektronen in de halfgeleider, waardoor ze van hun normale energieniveau naar een hoger niveau worden gebracht.

Opwekking van Elektrische Stroom

Wanneer elektronen worden geëxciteerd door fotonen, creëert dit een elektrische spanning in het materiaal. Deze spanning wordt aangeduid als een elektrisch potentiaalverschil of spanning. Door elektrische geleiders aan de boven- en onderkant van het halfgeleidermateriaal te plaatsen, kan de opgewekte elektrische spanning worden afgevoerd als een elektrische stroom. Dit proces wordt beheerst door het principe van de fotovoltaïsche cel.

Zonnecellen en Zonnepanelen

Een enkele fotovoltaïsche cel genereert slechts een kleine hoeveelheid elektriciteit. Om voldoende energie op te wekken voor praktisch gebruik, worden meerdere zonnecellen in serie geschakeld en samengevoegd tot een zonnepaneel of een fotovoltaïsch paneel. Dit verhoogt de totale elektrische stroom die wordt geproduceerd.

Zonnepanelen bestaan uit meerdere lagen, waaronder:

Een beschermende bovenlaag: Deze laag is meestal gemaakt van gehard glas om de zonnecellen te beschermen tegen weersinvloeden en schade.

Zonnecellen: Dit is de kern van het zonnepaneel, waar de daadwerkelijke elektriciteitsproductie plaatsvindt.

Een achterplaat: Deze laag dient als een elektrische isolator en zorgt ervoor dat de opgewekte stroom niet verloren gaat.

Een frame: Het frame ondersteunt en beschermt het hele zonnepaneel.

Types Zonnecellen

Er zijn verschillende soorten zonnecellen beschikbaar, maar de meest gebruikte zijn monokristallijne, polykristallijne en dunne film zonnecellen.

Monokristallijne zonnecellen worden gemaakt van een enkel kristal van silicium en hebben een hoog rendement en duurzaamheid, maar zijn over het algemeen duurder.

Polykristallijne zonnecellen bestaan uit meerdere kristallen van silicium en zijn iets goedkoper dan monokristallijne zonnecellen, maar hebben een lager rendement.

Dunne film zonnecellen worden vervaardigd met dunne lagen fotovoltaïsch materiaal en zijn flexibeler en lichter dan kristallijne zonnecellen, maar hebben over het algemeen een lager rendement.

Zonlicht omzetten in Elektriciteit

Wanneer zonnepanelen worden blootgesteld aan zonlicht, worden fotonen geabsorbeerd door de zonnecellen, die op hun beurt elektrische stroom genereren. Het rendement van zonnepanelen wordt beïnvloed door verschillende factoren, waaronder de intensiteit van het zonlicht, de hoek waaronder de zonnepanelen zijn geplaatst en de temperatuur.

Omvormers

De geproduceerde gelijkstroom (DC) moet worden omgezet in wisselstroom (AC) om te worden gebruikt in huishoudelijke apparaten en het elektriciteitsnet. Hiervoor worden omvormers gebruikt. Omvormers zetten de DC-stroom om in AC-stroom met de juiste spanning en frequentie.

Netkoppeling en Opslag

In veel installaties worden zonnepanelen netgekoppeld, wat betekent dat de opgewekte elektriciteit direct naar het elektriciteitsnet wordt gestuurd en kan worden gebruikt door andere huishoudens of bedrijven. In sommige gevallen wordt overtollige energie opgeslagen in batterijen voor later gebruik, zoals 's nachts of op bewolkte dagen.

Zonnepanelen zijn een milieuvriendelijke en duurzame bron van elektriciteit die gebruikmaakt van het fotovoltaïsche effect om zonlicht om te zetten in elektriciteit. Door de voortdurende technologische vooruitgang en een grotere acceptatie van hernieuwbare energiebronnen, wordt verwacht dat zonnepanelen in de toekomst een nog grotere rol zullen spelen in de wereldwijde energieproductie. Het begrijpen van de werking van zonnepanelen is cruciaal voor het benutten van hun potentieel en het verminderen van onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen.