De zonnecel is de bouwsteen van het zonnepaneel

Zonnepanelen zijn niet meer weg te denken uit ons hedendaags landschap. Een doorsnee Google Earth-vlucht boven Vlaanderen toont dat het zonnepaneel net zo ingeburgerd is als het café, de klinker en het frietkot. Maar hoe werkt deze technologie nu eigenlijk? Tijd om eens dieper te duiken in de wereld van zonnepanelen en vooral die van de zonnecel.

Hoe werkt een zonnecel?

Zonnecellen zijn de onmisbare bouwstenen van zonnepanelen. In principe is een zonnecel  de schakel die zonnestralen oftewel lichtenergie omzet in elektrische energie. Eigenlijk is het perfect mogelijk om uit kunstlicht energie op te wekken. Voor apparaten zoals een rekenmachine is dat vrij handig. 

Het principe van een zonnecel berust op het feit dat sommige metalen elektronen loslaten als er licht op valt. De metalen waarbij dit kan zijn halfgeleiders. Typisch aan een halfgeleider is dat je de stroom die het geleid kan controleren. 

Twee categorieën voor je zonnepaneel

Er bestaan twee soorten zonnecellen. Je hebt enerzijds de fotovoltaïsche zonnecel en anderzijds de foto-elektrochemische zonnecel. De fotovoltaïsche zonnecel is de meest voorkomende soort en is degene die je op de daken van huizen ziet. De foto-elektrochemische zonnecel kan niet alleen energie halen uit de zon, maar het ook direct chemisch opslaan zoals een batterij. Hieronder geven we de werking van de twee cellen mee.

Fotovoltaïsche komt het meeste voor

Bij deze cel worden er verschillende materialen, zoals sillicium, germanium en borium in verschillende diktes van een paar millimeter op elkaar gelegd. Vervolgens worden ze tussen de twee glasplaatjes gelegd. Wanneer er zonlicht op schijnt, komt er energie vrij. Dat gebeurt onder invloed van elektromagnetische straling. 

Foto-elektrochemische is twee in één

Zoals eerder gezegd verenigt de foto-elektrochemische zonnecel de eigenschappen van een normale zonnecel met die van een batterij. Zonlicht wordt niet rechtstreeks omgezet in elektrische energie, maar eerst in chemische energie. Vervolgens wordt de energie opgeslagen. Toch komen deze soort zonnecellen minder vaak voor.

Vijf verschillende soorten  fotovoltaïsche zonnecellen

Naast de bovengenoemde onderverdeling kan je fotovoltaïsche zonnecellen ook nog eens onderverdelen in vijf subsoorten. 

Monokristallijne silicium zonnecellen

Deze soort komt het meeste voor. Elke zonnecel beschikt over een enkel kristal. Hierdoor hebben monokristallijne zonnecellen ook relatief het hoogste rendement. De kleur is donkerblauw tot zwart.

polykristallijne silicium zonnecellen

Deze soort zonnecel presteert beter bij diffuus licht, zoals bewolking. Daarnaast is het te herkennen aan de lichtblauwe kleur. Polykristallijne zonnepanelen hebben meerdere kleine kristallen per zonnecel.

Amorf silicium zonnecellen

Amorf silicium zonnecellen zijn minder rendabel, maar wel heel flexibel en licht. Heb je dus een dak met weinig draagkracht of een oneffen ondergrond dan zijn amorf silicium zonnecellen voor jou.

Dunne film zonnecellen

Dunne film zonnecellen zijn nog lichter dan amorfe. Je komt ze vaak tegen op alledaagse objecten die weinig energie vragen of buitenshuis gebruikt worden, zoals parkeerpalen en rekenmachines.

CIGS-zonnecellen

CIGS-zonnecellen zijn de volgende generatie die momenteel de markt aan het veroveren is. CIGS, staat voor copper, indium, gallium en selenide. Deze zonnecellen zijn flinterdun en vederlicht, met een relatief hoog rendement. Toch is het verstandig nog even te wachten voordat je op deze kar springt. Het is altijd beter om even te kijken hoe de technologie evolueert in plaats van er direct mee in zee te gaan.

Nieuwe technologie voor zonnecellen 

Elk jaar wordt het rendement van zonnepanelen hoger. In de jaren 1950 kon je nog maar maximaal 4% energie behouden van je zonlicht. Tegenwoordig halen goede zonnecellen gemiddeld een rendement van 20%. Het hoogste rendement ooit gemeten is 46%. Hierbij gaat het natuurlijk om peperdure installaties die zulke cijfers halen bij ideale en vooral kunstmatige situaties. Deze bekom je enkel in een laboratorium.

Ontwikkelingen binnen de wondere wereld van zonneceltechnologie staan nooit stil. Onlangs ontdekte een Belgisch-Nederlands onderzoeksinstituut nog een flinterdunne en flexibele zonnecel met een rendement van 23%. 

Ook doorbraken bij alle technologieën die te maken hebben met thuisbatterijen en andere opslagmethodes voor duurzame energie worden op de voet gevolgd door de zonnepanelenwereld. Hoe goedkoper en beter deze batterijen worden, des te toegankelijker duurzame energie wordt. De democratisering van zonne-energie zet zich in.

Wie heeft de zonnecel eigenlijk bedacht?

Om af te sluiten geven we nog een vluchtig geschiedenislesje over de zonnecel mee. Daarom gaan we even terug naar het jaar 1839. Toen ontdekte de Franse natuurkundige Alexandre-Edmond Becquerel het fotovoltaïsche effect. Pas decennia later werd de eerste zogenaamde zonnecel in elkaar gestoken. Deze eerste zonnecel kon minder dan 1% van het zonlicht omzetten in stroom, maar het was een begin.

Vervolgens ging men verder op de foto-elektrische zonnecel, waarbij licht rechtstreeks in elektriciteit omgezet wordt. Men was bekend met het effect, maar nog niet helemaal met de achterliggende theorie en de exacte werking ervan. Albert Einstein klaarde dit op in 1905, in één van zijn vroegste en bekendste publicaties. In 1921 kreeg hij uiteindelijk de Nobelprijs voor zijn werk over onder andere de werking van het fotovoltaïsch mechanisme. De zonnecel en dus ook het zonnepaneel hebben we grotendeels aan hem te danken.

Wetenschappers hebben een nieuwe soort zonnecel ontdekt. Deze zonnecellen zijn efficiënter door superdunne nanodraadjes in een speciaal kristal (galliumarsenide). Deze kunnen het zonlicht zo concentreren, waardoor het zonlicht tot wel 15 keer versterkt kan worden.

Dit komt omdat de draadjes dunner zijn dan de golflengte van het zonlicht. Een nanometer is namelijk een miljoenste keer kleiner dan een millimeter. Hierdoor weerkaatst het zonlicht tegen de randen, waardoor het sterk samenbundelt aan het einde.

Deze nieuwe techniek doorbreekt de Shockley-Queisser-limiet. Dit is bijzonder, want met de SQ-limiet ligt de maximale grens voor het rendement van zonnecellen op ongeveer 34 procent. Deze grens geldt als een van de belangrijkste bijdragen aan de theorie over zonnecellen. Zonnecellen kunnen theoretisch efficiënter worden dan voorheen gedacht, als deze nieuwe zonnecel de SQ-limiet doorbreekt.

Hoe goed ze in de praktijk werken is voorlopig nog af te wachten. Deze nanodraad-cellen bestaan voorlopig enkel in het laboratorium. Waarschijnlijk zal deze ontwikkeling heel duur zijn in het begin. “Gewone” zonnecellen zullen het commercieel dus alsnog gaan winnen.

Zonnecellen die vandaag op de markt te vinden zijn

Vandaag zijn er op de markt voorlopig vijf soorten zonnepanelen te vinden:

  • monokristallijne
  • polykristallijne
  • amorfe
  • dunne film
  • CIGS-zonnepanelen

Monokristallijne silicium zonnepanelen zijn de duurste en beloven ook het hoogste rendement. Waarom je dan voor één van de andere opties zou kiezen? Het ene zonnepaneel is lichter of milieuvriendelijker dan het andere. Dat is relevant omdat de staat van jouw dak een belangrijke rol speelt in je keuze.

CIGS-zonnepanelen zouden de zonnecellen van de toekomst zijn. Het productieproces is veel korter dan bij silicium zonnepanelen. Daarnaast kunnen CIGS zonnepanelen ook verticaal opgehangen worden en als gevelbekleding dienen. Futuristisch! Het enige nadeel is dat de zonnepanelen voorlopig nog niet genoeg renderen. We zullen met andere woorden moeten wachten op verdere ontwikkelingen in de zonnecelbusiness voor we onze silicium zonnepanelen aan de kant kunnen schuiven.

[/column]

Fotovoltaïsche zonnepanelen hebben niet noodzakelijk zon nodig om energie te produceren. Deze panelen bestaan namelijk uit lichtgevoelige cellen die licht omzetten naar elektriciteit. Wij leggen je uit hoe een zonnepaneel zijn energie produceert.

Verder lezen

Gemiddeld hebben zonnepanelen een levensduur van 25 jaar. Deze levensduur kan je echter nog verhogen.

Verder lezen