De zonnecel - soorten, functie en rendement

De zonnecel - soorten, functie en rendement 4

Fotovoltaïsche systemen zijn nu een alledaags verschijnsel op veel gebouwen en eigendommen. Zij vormen een belangrijk onderdeel van de energietransitie. Zonnecellen zijn een essentieel onderdeel van zonnesystemen. In het volgende artikel leert u hoe ze werken, welke types er zijn en wat hun efficiëntie is.

Hoe worden zonnecellen gemaakt?

Silicium zonnecellen bestaan uit drie lagen. De belangrijkste componenten zijn de twee verschillend gedoteerde siliciumlagen: de n-gedoteerde laag en de p-gedoteerde laag. Fosfor wordt gemengd in de n-gedoteerde laag, waardoor deze negatief wordt (vrije elektronen heeft). Borium wordt in de p-gedoteerde laag gemengd, waardoor deze positief wordt (hij heeft geen elektronen). Tussen de twee lagen bevindt zich een grenslaag waardoor vrijgekomen ladingen alleen met behulp van zonlicht kunnen passeren. In deze kern van de zonnecel wordt een elektrisch veld gecreëerd door elektronenbewegingen - ook bekend als een p-n-overgang.

Hoe werken zonnecellen?

De halfgeleider silicium die in zonnecellen wordt gebruikt, reageert op de zonnestralen, die fotonen bevatten, door elektronen vrij te geven. Positief geladen gaten blijven daar. Afhankelijk van hun lading bewegen de elektronen naar de negatieve of positieve elektrode. Terwijl de elektronen naar de bovenkant van het silicium bewegen, bewegen de gaten naar de onderkant. De ladingen stromen door de geleidende metaallagen naar boven en bereiken zo de verbruiker die de energie nodig heeft - dit kunnen verlichtingsapparatuur, computers of elektriciteitsnetten zijn. De stroomkring wordt dan gesloten doordat de elektronen teruggaan naar de laag met de ontbrekende elektronen.

Metalen contacten aan de voor- en achterzijde, die via een kabel met elkaar zijn verbonden, zorgen ervoor dat de elektriciteit ook bruikbaar is voor de consument. Een integrale contactlaag aan de achterzijde geleidt de elektronen en laat ze via een kabel stromen. Dit creëert een elektrisch circuit. Aan de voorzijde zijn de contacten aangebracht in de vorm van een dun raster, zodat het licht op het oppervlak kan vallen.

Welke soorten zonnecellen zijn er?

Zonnecellen zijn een van de belangrijkste onderdelen van een fotovoltaïsch systeem, omdat zij een doorslaggevende rol spelen bij het bepalen van de hoogte van de initiële kosten van het PV systeem en van de hoeveelheid elektriciteit die het kan opwekken. Er zijn momenteel drie verschillende soorten zonnecellen die van belang zijn voor particuliere gebruikers: Monokristallijne zonnecellen, polykristallijne zonnecellen en dunne-film cellen.

  • Monokristallijne zonnecellen

    Monokristallijne zonnecellen bestaan uit eenkristallijn silicium. Dit celtype heeft een zeer hoog siliciumgehalte en is, met een rendement van ongeveer 20 procent, de meest effectieve zonnecel voor directe zonnestraling. Door de complexe productie zijn monokristallijne modules echter relatief duur.

  • Polykristallijne zonnecellen

    Polykristallijne zonnecellen zijn ook gemaakt van silicium, hoewel het silicium in dit type niet zo zuiver is. Aangezien de productie van modules minder kost en er door de vierkante vorm van de cel slechts weinig afval wordt geproduceerd, zijn polykristallijne zonnecellen goedkoper en ook beter voor de milieubalans van het fotovoltaïsche systeem. Zij worden vaak beschouwd als de zonnecellen met de beste prijs-prestatieverhouding. Het rendement van ongeveer 15 procent is echter lager omdat er minder zuiver silicium wordt gebruikt.

  • Dunne-film cellen

    Dunne-filmcellen behoren tot de amorfe, d.w.z. niet-kristallijne zonnecellen. Zij worden ook gemaakt van silicium, dat met andere materialen wordt gemengd en in een zeer dunne laag op een substraat, zoals glas, wordt opgedampt. Het rendement is slechts vijf tot zeven procent, en daarom moet het worden gecompenseerd door een groter moduleoppervlak. Afhankelijk van het dragermateriaal zijn dunne-film cellen zeer flexibel en kunnen ze zelfs worden opgerold en gevouwen. Het productieproces is relatief ongecompliceerd, waardoor deze cellen goedkoper zijn dan kristallijne cellen (dikke-film cellen).

Wat is het rendement van zonnecellen?

Het rendement (weergegeven met de Griekse letter η) geeft de doeltreffendheid aan waarmee de zonnecel werkt. Deze wordt berekend uit de verhouding tussen de uitgestraalde elektrische energie en de invallende lichtenergie. Hoe dichter deze waarde bij het maximum van 1 (100 procent) ligt, hoe hoger het rendement van de zonnecel. Het rendement geeft aan hoe goed de zonnecel de als licht beschikbare energie benut. Een belangrijke factor voor het rendement van zonnecellen is het gebruikte materiaal. Momenteel zijn bijna alle zonnemodules gemaakt van silicium.

Naast stroomverliezen zijn ook de temperatuur van de modules en de verwerkte frequenties van het lichtspectrum factoren die van invloed zijn op het rendement van zonnecellen. Deze laatste bepalen de fysisch mogelijke limiet van het rendement van monokristallijn silicium. In theorie is 33 procent mogelijk, maar dit wordt in de praktijk niet gehaald. Een zonnecel heeft altijd een hoger rendement dan een fotovoltaïsch systeem, omdat de verliezen van alle onderdelen van een systeem in het totale rendement worden meegerekend. In de omvormer wordt gelijkstroom omgezet in wisselstroom, wat ook met verliezen gepaard gaat. Bovendien verminderen de lengte en de doorsnede van de verbindingskabels, alsmede de lange kabels voor wisselstroom, het rendement.

De som van de verliezen van een systeem kan oplopen tot vier procent en meer, wat de totale opbrengst beïnvloedt. Daarom is bij de bouw van een zonnesysteem, naast de keuze van de juiste zonnecellen/modules, ook de keuze van de andere componenten van belang. Het rendement alleen is niet doorslaggevend voor de keuze van het type zonnecel voor een fotovoltaïsch systeem. U moet rekening houden met alle randvoorwaarden en de zonnecellen gebruiken die voor u in het algemeen de meest effectieve opbrengst beloven.

Over de auteur

TRITEC is al meer dan 34 jaar gespecialiseerd in de opwekking van zonne-energie via fotovoltaïsche cellen. Wij zijn wereldwijd actief in zowel de groothandel in fotovoltaïsche energie als in de bouw van grootschalige installaties. Naast ons beproefde montagesysteemPV bieden wij ook onze eigen intelligente systeemoplossingen voor de planning, het ontwerp en de prestatiecontrole van fotovoltaïsche systemen, evenals merkproducten van toonaangevende fabrikanten van fotovoltaïsche systemen.