Zonne-energie

De energie van de zon komt in de vorm van elektromagnetische straling (golflengte 300-3000 nm), een mix van licht en warmtestraling.

De energie opvangen kan in;

• Zonneboilers
  Hierin wordt water opgewarmd in de zonnecollector en vervolgens naar een warmwaterboiler gebracht. De zonnecollector werkt in Nederland optimaal onder een hoek van 45 graden op het zuiden georiënteerd.
  (Vlakkeplaatcollector of vacuümbuiscollector).
• Zonnepanelen
  Gebruikt om elektriciteit op te wekken. Zonnestroom wordt opgewekt met PV cellen (fotovoltaische cellen). Praktische maat is 60 vierkante pv cellen van elk 156 mm, geeft een paneel van 1,6 m2.

PV cellen
(photo = licht en volt = spanning)
Een PV cel is gemaakt van twee lagen Silicium. Onder invloed van licht gaat er tussen deze lagen een elektrische stroom lopen (kristallijn Silicium). Er zijn ook panelen met een dunne laag technologie (amorf Silicium).
Kristallijne panelen (opgebouwd uit kristallen, de moleculen zijn ordelijk gerangschikt) hebben een max. vermogen van ca. 135 W/m2
Amorfe panelen (de moleculen zijn niet ordelijk gerangschikt) hebben een max. vermogen van ca. 85 W/m2, zijn goedkoper en leveren ook al stroom bij lage zoninstraling en diffuus licht.

De panelen kunnen op het dak staan of in matten in het dak geïntegreerd worden, in principe hebben de losse panelen een groter rendement.

De zonnepanelen leveren gelijkspanning, een inverter is nodig om deze om te zetten naar wisselspanning.
Bij gebruik van een tracking systeem bewegen de panelen mee zodat ze altijd in de meest ideale stand gesitueerd staan.
Het rendement van zonnepanelen licht tussen de 5 en 15%. De levensduur van een paneel is ongeveer 30 tot 45 jaar, na ca. 10 jaar is het paneel terugverdient.

Werking
Er zijn materialen die elektriciteit geleiden (zoals metalen) en materialen die elektriciteit niet geleiden (zoals organische stoffen). Silicium zit hier qua eigenschappen tussenin.
Als je Silicium (zeer zuiver zand) ‘verontreinigd’ met fosfor en boor ontstaat een materiaal dat enigszins geleid (half geleider). Dit verontreinigen wordt doteren genoemd.
In tegenstelling tot geleiders neemt de geleiding van een half geleider toe bij temperatuurverhoging. De warmte geeft de elektronen voldoende energie om te bewegen, hierdoor ontstaat er elektrische geleiding.
Een siliciumatoom heeft 4 elektronen in de buitenste schil en is op zoek naar vriendjes om er 8 van te maken. Hierdoor kristalliseert Si in een vorm waarin het is omgeven met 4 anderen die elk een elektron delen. In deze vorm is er geen reden voor de elektronen om aan geleiding te doen.

Negatief gedoteerd; N-type halfgeleider
Stel dat er een verbinding wordt aangegaan met een 5 waardig fosforatoom, er blijft dan 1 elektron  ‘over’, deze zal zeer geneigd zijn zich door het kristal heen te bewegen en daardoor bij te dragen aan de elektrische geleiding. Fosfor is een Donor van elektronen.

Positief gedoteerd; P-type halfgeleider
Als Si een verbinding aangaat met een 3 waardig boriumatoom zal er binnen een molecuul een elektron te weinig zijn om zich compleet te voelen. Er is een vrije plek, een tekort aan elektronen ofwel een overschot aan positieve gaten. Borium is een Acceptor van elektronen.

We hebben dus een Si plaat van ca. 3 mm dikte die aan de ene zijde een n-type dotering bevat (fosfor) en aan de andere zijde een p-type dotering (borium). Vlak na het toevoegen van deze doteringen zullen de elektronen van de fosfor kant naar de borium kant gaan lopen en de gaten gaan vullen. In het midden wordt een scheidingsvlak gevormd waar de gaten gevuld gaan worden.
De fosforkant zal op deze manier positief geladen gaan worden en de boriumkant negatief, op een gegeven moment zal het doorgeven van elektronen stoppen. Er is nu een halfgeleider ontstaan waar elektrische stroom maar in een richting doorheen kan stromen. Je krijgt een potentiaalverschil (spanningsverschil).
Het scheidingsvlak in het midden heet de uitputtingszone (een gebied in een pn overgang waar zich geen meerderheidsdragers bevinden), er is hier geen ladingtransport meer mogelijk.

Als er zonlicht op de halfgeleider valt worden er elektronen los gestoten en gaan vrij door het materiaal bewegen.