Wat is een zonnecel?

Een zonnecel is een elektrische cel waarmee lichtenergie omgezet wordt in bruikbare elektrische energie. Zonnecellen maken op die manier rechtstreeks elektriciteit uit zonlicht. Er bestaan twee soorten zonnecellen. De eerste en bekendste soort is die die volledig uit vaste stof bestaat, de fotovoltaïsche cel. Er worden vele fotovoltaïsche cellen tegelijk in een zonnepaneel gemonteerd. De tweede soort zijn de foto-elektronchemische cellen, die we vooral terugvinden in foto-elektrochemische generatoren. Er bestaan ook nog dunne film zonnecellen.

Zonnecellen

Energie wordt meestal opgewekt met behulp van gas, olie en steenkool. Dat zijn de fossiele brandstoffen. Helaas zijn die drie energiebronnen niet onuitputtelijk. Er zijn steeds meer machines die steeds meer energie nodig hebben doordat de wereldbevolking alsmaar blijft stijgen. Bovendien zijn de fossiele brandstoffen niet helemaal milieuvriendelijk. Om die twee redenen is men overal ter wereld bezig met zoeken naar alternatieve energiebronnen.
De meest populaire alternatieve energiebronnen zijn de natuurlijke energiebronnen, en dat om de simpele reden dat zij zorgen voor duurzame energie. Duurzame energie dankt zijn naam aan het feit dat de bronnen ervan, zoals bijvoorbeeld windkracht of zonlicht onuitputtelijk zijn en dus niet op kunnen raken. Ook zorgt de productie van duurzame energie voor veel minder milieuoverlast in vergelijking met productie van energie via fossiele brandstoffen, want er komen veel minder vrijkomt van het broeikasgas CO2. Bij een productie van 1 kWh elektriciteit uit kolen komt er minstens 850 gram CO2 vrij, terwijl er bij een productie van 1 kWh stroom uit zonlicht slechts 50 gram CO2 vrijkomt.
Zonlicht, windkracht en waterkracht zijn de bekendste duurzame energiebronnen. Toch zijn er ook andere bronnen zoals aardwarmte, biomassa en warmte uit de omgeving, zoals in de bodem en in de lucht. Duurzame energie heeft vanzelfsprekend heel andere voor- en nadelen dan energieopwekking met fossiele brandstoffen.


Example pic

 

De geschiedenis van de zonnecel

Charles Fritts ontwikkelde in 1883 de eerste zonnecellen. Hij deed dat door lagen van selenium te bedekken met een dunne laag goud. De cel had toen een rendement van amper 1 procent. In 1941 werd de eerste toen moderne siliciumcel ontwikkeld door Russel Ohl. En in 1954 werden op hun beurt de eerste kristallijne siliciumpanelen geproduceerd, die een rendement behaalden van 4 procent. Deze cellen waren vooral interessant voor de ruimtevaart, want voor aardse toepassingen was het rendement veel te laag. De jaren die op 1954 volgden werden de zonnecellen steeds verbeterd waardoor het rendement opliep tot 6 procent. Tegenwoordig haalt de gemiddelde commerciële zonnecel een rendement van om en bij de 14 procent.

 

Zonnecellen zijn overal terug te vinden. Sommige waterpompen die boeren gebruiken halen hun elektriciteit bijvoorbeeld uit zonnecellen. Er zijn op zee boeien die de elektriciteit opgewekt door zonnecellen gebruiken voor geluidssignalen en verlichting.
Zonnecellen werken niet op dezelfde manier als zonnecollectoren. Een zonnecel verwarmt water om daar stoom van te maken, en die stoom drijft een turbine aan die op zijn beurt een generator elektriciteit laat maken. Die omweg neemt een zonnecel niet, want die maakt rechtstreeks elektriciteit uit zonlicht. Er ontstaat elektriciteit als er lichtstralen op de zonnecel terechtkomen. Je hebt een groot aantal zonnecellen nodig om een zonnepaneel te vormen. Dat is zo omdat een zonnecel slechts heel weinig elektriciteit aanmaakt.

 

Vraag hieronder uw gratis en vrijblijvende offerte.

Vergelijk tot 6 leveranciers met elkaar en kies de goedkoopste en best passende offerte voor uw installatie. Geen verplichtingen!

De fotovoltaïsche zonnecel

Een fotovoltaïsche zonnecel of PV-cel is de meest toegepaste en bekendste soort zonnecel. Een cel als die bestaat uit een dunne plak halfgeleidend materiaal zoals bijvoorbeeld een dun stukje germanium of silicium van ongeveer drie millimeter dik, en met een diameter van tien centimeter. Om van bijvoorbeeld silicium een halfgeleider te maken wordt er aan de onderkant een laag borium toegevoegd en aan de bovenkant een laagje fosfor. Dat alles wordt tussen twee glasplaten geplaatst als bescherming. Het geheel is het belangrijkste onderdeel van de zonnecel. Als er zonlicht op de zonnecel, worden er onder invloed van de elektromagnetische straling (een andere naam voor het zonlicht) elektronen in die zonnecel losgelaten. Op het grensvlak ontstaat er door de ongelijke ladingverdeling een elektrisch veld waardoor de elektronen maar een kant op kunnen. Daardoor ontstaat dan een spanningsverschul tussen de bovenkant en de onderkant van het zonnepaneel waarin de zonnecellen zitten. Zo ontstaat er een elektrische stoom die ervoor zorgt dat elektrische toestellen kunnen werken of dat een batterij bijvoorbeeld kan opgeladen worden. Zonlicht wordt zo dus meteen omgezet in elektriciteit. De spanning opgewekt door een zonnecel bedraagt maar een halve volt en is dus erg laag. Daarom worden meerdere zonnecellen meestal in een zonnepaneel in serie aan elkaar gezet. Dan wordt er een omvormer of transformator geplaatst die de spanning van een serie zonnepanelen omzet in een wisselstroom.
Zo’n zonnepaneel wordt wordt dan een fotovoltaïsch zonnepaneel of een PV-paneel genoemd. Een zonnepaneel levert gelijkstroom, maar kan wel aangesloten worden op een inverter om wisselstroom te krijgen. Op die manier kan de energie onmiddellijk gebruikt worden door apparaten die aangesloten zijn. Met de energie kan ook een accu opgeladen worden. Zoiets is echter alleen nuttig als er geen netstroom ter beschikking is, zoals voor signalisatie en lichtbakens. Een fotovoltaïsch zonnepaneel kan ook stroom leveren aan het lichtnet als het daarop aangesloten is. Al bij al is de wisselwerking tussen de eigen opbrengst en het terugleveren van overschotten aan het net veel rendabeler dan energie opslaan op een batterij.

 

Amorfe zonnecellen

Amorfe zonnecellen zijn meestal donker, zo niet zwart, en je vindt ze bijvoorbeeld terug in een horloge of een zakrekenmachine. Het gemiddelde rendement ligt tussen de 2 procent en de 7 procent en is daarmee het laagste van de drie soorten fotovoltaïsche zonnecellen. Doordat de spectrale gevoeligheid van deze zonnecellen breed is, zijn ze wel in staat om tijdens ongunstige weersomstandigheden meer stroom te produceren dan de andere typen zonnecellen. Deze zonnecellen zijn het goedkoopst omwille van de eenvoudige productiemethode.

Mono-kristallijne zonnecellen

De mono-kristallijne zonnecellen, die een egaal blauwe kleur hebben zijn de duurste van de drie soorten zonnecellen omdat bij de productie ervan hetzelfde materiaal gebruikt wordt als de halfgeleiderindustrie gebruikt bij het maken van elektronische schakelingen. Ze hebben ook het hoogste rendement, dat ligt tussen de 13 procent en de 16 procent. De levensduur van dit soort zonnecellen is vrijwel onbeperkt.

Multi-kristallijne zonnecellen

De multi-kristallijne zonnecellen of polykristallijne zonnecellen hebben eigenschappen die te vergelijken zijn met die van monokristallijne zonnecellen. Het materiaal waarmee ze geproduceerd worden is zelfs een restproduct van de monokristallijne halfgeleiderindustrie, want multi-kristallijne zonnecellen zijn samengesmolten resten, wat maakt dat ze een blauwe of grijze gevlekte kleur hebben. Dat ze gemaakt zijn uit resten maakt ook dat de prijs gunstiger is dan die van de andere zonnecellen.

 

De foto-elektrochemische zonnecel

Een foto-elektrochemische cel of PEC maakt, om elektrische energie uit licht te halen, gebruik van foto-elektrochemie. Dit soort zonnecellen kan niet alleen energie opvangen, maar kan energie ook chemisch opslaan omdat het de eigenschappen van een zonnecel en een batterij in zich verenigt.
De typische foto-elektrochemische cel bevat een metaalkathode die in een elektrolyt is ondergedompeld en een halfgeleidende fotoanode. Een elektrolyt is een product dat de verbinding vormt tussen de twee polen kathode en anode.
Er zijn foto-elektrochemische cellen die gewoon elektrische energie produceren, en er zijn er andere die waterstof produceren in een proces dat lijkt op de elektrolyse van water.

De dunne film zonnecellen

Dunne film zonnecellen zijn -zoals de naam al doet vermoeden- veel dunner dan de fotovoltaïsche tegenhangers. De dikte van de absorberende laag bij traditionele zonnecellen is ongeveer 350 micrometer (een micrometer is een miljoenste van een meter) terwijl dunne film zonnecellen amper een micrometer dik zijn. De cellen hebben een pluimgewicht en zijn erg flexibel, wat maakt dat ze gemakkelijk toepasbaar zijn op verschillende oppervlakken. Het rendement van een dunne film zonnecel is heel wat lager dan dat van een fotovoltaïsche zonnecel, namelijk ongeveer 6 procent lager. Het productieproces ervan is erg ingewikkeld, maar de hoeveelheid kristallijn silicium dat nodig is voor de productie is erg laag. Daardoor zijn de cellen per oppervlakte-eenheid goedkoper dan kristallijne cellen. Toch weegt die lagere prijs niet op tegen het rendementsverlies. Dat betekent dat je met een dunne film zonnecel niet of nauwelijks beter af bent dan met een fotovoltaïsche zonnecel.
Toch zijn er anderen die denken dat er weldegelijk toekomst zit in dunne film zonnecellen. Er is een grote recente doorbraak geweest in het fabricageproces van de cellen wat het produceren ervan veel simpeler maakt. Een Amerikaans bedrijf beweert dat het met dat vereenvoudigde proces de kosten van zonne-energie in de nabije toekomst kan terugbrengen naar amper 25 eurocent per watt. Die prijs ligt heel wat onder de limiet van een euro, die door een heleboel mensen gezien wordt als de prijs waarmee de zonne-energie kan concurreren met traditionele energie.

Het rendement van zonnecellen

Het rendement van een zonnecel is het percentage van de zonne-energie die wordt omgezet in elektriciteit. Dat rendement is een belangrijk element dat de kwaliteit, en daarmee ook indirect de prijs, bepaalt.
Er zijn drie mogelijkheden wanneer er zonnestralen op de zonnecellen vallen. Ze kunnen ten eerste reflecteren op de zonnecellen, wat maakt dat ze wegkaatsen en niet opgenomen worden door de zonnecellen. Ten tweede kunnen zonnestralen ook naast het materiaal van de zonnecellen gaan, wat ook maakt dat zij niet opgenomen worden. Als laatste kunnen zonnestralen -gelukkig- ook opgenomen worden door de zonnecel. Dat heet zonnestralen absorberen. Of een zonnestraal al dan niet opgenomen wordt door de zonnecellen is afhankelijk van de sterkte van de zonnestralen. Hoe sterker de zonnestralen, hoe groter de kans dat de zonnestralen geabsorbeerd worden door de zonnecellen.

De prijs van zonnecellen

Er zijn zonnecellen te koop in allerlei maten en soorten. In praktijk worden ze echter relatief weinig gebruikt. De kosten van een zonnecel zijn vooral afhankelijk van de grootte van de zonnecel en het rendement ervan.
Zonnecellen leveren relatief weinig elektriciteit op. De elektriciteit die je uit de huis-, tuin- en keukenzonnecel haalt kost omgerekend nog vijf tot acht keer zo veel als de elektriciteit die je uit het stopcontact haalt. Het goede nieuws is dat je de aanschafkosten na tien jaar al terugverdiend hebt.
Het silicium waaruit zonnecellen gemaakt worden, wordt gewonnen uit kwartszand, wat een duurzame stof is. Dat silicium is op zich niet zo duur, maar het soort silicium dat gebuikt wordt in zonnecellen is een speciaal soort silicium, dat kristallijn silicium genoemd wordt. Het moet erg zuiver zijn en bovendien een speciale structuur hebben. Het produceren van dit kristallijn silicium is een erg kostbaar proces. Dat alles zorgt ervoor dat zonnecellen zo duur zijn in aanschaf.
Er wordt vooral geprobeerd om de hoeveelheid gebruikt silicium in de zonnecellen te verminderden om de zonnecellen goedkoper te maken om aan te schaffen.
Als je vandaag de dag een zonnecel koopt, kost dat ongeveer €1,70 per watt geproduceerde elektriciteit, maar er wordt hard gewerkt aan alternatieve bewerkingen van de zonnecellen om ervoor te zorgen dat de prijs daalt. Als zonnecellen goedkoper worden, kunnen meer mensen ze aanschaffen en dat is natuurlijk alleen maar een goede zaak voor het milieu.

 

Vraag hieronder uw gratis en vrijblijvende offerte.

Vergelijk tot 6 leveranciers met elkaar en kies de goedkoopste en best passende offerte voor uw installatie. Geen verplichtingen!