De werking van zonnepanelen

 De werking van zonnepanelen Zonlicht bestaat uit lichtdeeltjes, ook wel fotonen genoemd. Deze fotonen hebben zowel deeltjeseigenschappen als golfeigenschappen. Fotonen hebben een bepaalde energie die afhangt van de golflengte; hoe korter de golflengte hoe groter de energie van het lichtdeeltje. Zonnepanelen zijn opgebouwd uit zonnecellen die in serie zijn geschakeld. De spanning die de afzonderlijke zonnecellen opwekken wordt dan bij elkaar opgeteld. Een zonnecel wekt ongeveer 0,7 Volt op maar bij elkaar kan het hele paneel van 60 zonnecellen wel 42 Volt opwekken. Zonnecellen worden gemaakt van een halfgeleider, vandaag de dag meestal silicium, want dat is relatief goedkoop. Het kan worden gewonnen uit zand. Een silicium atoom heeft 4 elektronen in de buitenste schil die allemaal een covalente binding aangaan met een elektron van een naburig silicium atoom. Zo ontstaat een kristal van zuiver silicium dat een elektrische stroom slecht geleid, maar altijd nog iets beter dan een echte isolator zoals glas. Silicium is daarom een zogenaamde halfgeleider. Afhankelijk van het productieproces kristallizeert het silicium ofwel tot één groot cylindervormig kristal ofwel tot vierkante staven van meerdere kleine kristallen. Hiervan worden dan dunne plakjes gezaagd met een dikte van ongeveer 0,25 mm ook wel wafers genoemd. Zonnecellen gemaakt van de plakjes van één groot kristal worden mono-­‐
kristallijne zonnecellen genoemd, zonnecellen van gemaakt van de staaf met meerdere kristallen worden poly-­‐kristallijne zonnecellen genoemd. De plak wordt aan één kant in een oven bestookt met boor in gasvorm en aan de andere kant met fosfor in gasvorm (het silicium wordt gedoteerd). Boor heeft drie elektronen in de buitenste schil (valentieëlektronen) en fosfor vijf. De booratomen vinden een plek in het kristalrooster, maar 1 elektron van een naburig atoom blijft ongebonden. Hierdoor onstaat een zogenaamd gat. Dit type gedoteerd silicium wordt het P-­‐type silicium genoemd of een P-­‐
gebied. De fosforatomen zullen ook een plek in het kristalrooster zoeken, maar één van de vijf elektronen kan niet worden gebonden door de naburige silicium atomen en blijft over. Het is een vrij elektron dat zich makkelijk door het kristal heen kan bewegen. Dit wordt het N-­‐type silicium genoemd. Het P-­‐type en het N-­‐type silicium geleiden de stroom veel beter dan puur silicium vanwege de vrije elektronen en gaten. Gaten zijn positief geladen en elektronen zijn negatief geladen. Ze trekken elkaar aan. In het midden van de plak ontmoeten de gaten en vrije elektronen elkaar. Ze combineren met elkaar en er ontstaat een neutraal gebied. Doordat het P-­‐gebied gaten heeft geleverd en het N-­‐gebied elektronen, raakt de P-­‐gebied hierdoor negatief geladen en het N-­‐gebied positief geladen. Er onstaat dan een elektrisch veld binnen de silicium plak, dat verdere combinaties tussen gaten en elektronen tegenwerkt. Als nu een foton de silicium plak binnendringt wordt de energie daarvan geabsorbeerd. Deze energie veroorzaakt de creatie van gat-­‐elektron paren. Door het elektrische veld worden de gaten naar het P-­‐
gebied gedreven en de elektronen naar het N-­‐gebied. Er ontstaat daardoor een elektrische spanning. Als de elektrode aan de kant met het P-­‐gebied elektrisch wordt verbonden met de elektrode aan de kant van het N-­‐gebied zal er een stroom gaan lopen. Dit is het werkingsprincipe van de zonnecel. Zonnecel, het elektrisch veld E loopt van het positief geladen N-­‐gebied naar het negatief geladen P-­‐
gebied.