Zonnecel: Werkingsprincipe & Constructie (Diagrammen Inbegrepen)

Wat is een zonnecel?

Een zonnecel (ook bekend als fotovoltaïsche cel of PV-cel) wordt gedefinieerd als een elektrisch apparaat dat lichtenergie omzet in elektrische energie door middel van de fotovoltaïsche effect. Een zonnecel is eigenlijk een p-n junction diode. Zonnecellen zijn een vorm van foto-elektrische cel, gedefinieerd als een apparaat waarvan de elektrische eigenschappen - zoals stroom, spanning of weerstand - variëren wanneer het blootgesteld wordt aan licht.

Individuele zonnecellen kunnen worden gecombineerd tot modules die algemeen bekend staan als zonnepanelen. De gangbare enkele junction silicon zonnecel kan een maximale open circuit spanning van ongeveer 0,5 tot 0,6 volt produceren. Op zichzelf is dit niet veel - maar vergeet niet dat deze zonnecellen heel klein zijn. Wanneer ze worden gecombineerd in een groot zonnepaneel, kan er een aanzienlijke hoeveelheid hernieuwbare energie worden opgewekt.

Bouw van een zonnecel

Een zonnecel is eigenlijk een junction diode, hoewel de constructie enigszins verschilt van conventionele p-n junction diodes. Een zeer dunne laag p-type halfgeleider wordt gekweekt op een relatief dikkere n-type halfgeleider. We plaatsen dan enkele fijnere elektroden boven op de p-type halfgeleiderlaag.

Deze elektroden belemmeren het licht niet om de dunne p-type laag te bereiken. Net onder de p-type laag bevindt zich een p-n junction. We voorzien ook een stroomverzamelende elektrode aan de onderkant van de n-type laag. We verpakken de gehele assemblage in dun glas om de zonnecel te beschermen tegen mechanische schokken.

Werkingsprincipe van een zonnecel

Wanneer licht de p-n junction bereikt, kunnen de lichtfotonen gemakkelijk de junction binnengaan, door de zeer dunne p-type laag. De lichtenergie, in de vorm van fotonen, levert voldoende energie aan de junction om een aantal elektron-gat paren te creëren. Het incidentele licht breekt de thermische evenwichtstoestand van de junction. De vrije elektronen in de depletion zone kunnen snel naar de n-type kant van de junction komen.

Op dezelfde manier kunnen de gaten in de depletion zone snel naar de p-type kant van de junction komen. Zodra de nieuw gevormde vrije elektronen de n-type kant bereiken, kunnen ze de junction niet verder oversteken vanwege het barrièrepotentiaal van de junction.

Op dezelfde manier kunnen de nieuw gevormde gaten, zodra ze de p-type kant bereiken, de junction niet verder oversteken vanwege dezelfde barrièrepotentiaal van de junction. Aangezien de concentratie van elektronen hoger is aan één kant, namelijk de n-type kant van de junction, en de concentratie van gaten hoger is aan de andere kant, namelijk de p-type kant van de junction, zal de p-n junction zich gedragen als een kleine batterijcel. Er wordt een spanning opgebouwd die bekend staat als fotospanning. Als we een kleine belasting over de junction aansluiten, zal er een kleine stroom doorheen stromen.

V-I kenmerken van een fotovoltaïsche cel

Materiaal gebruikt in zonnecellen

De materialen die hiervoor worden gebruikt, moeten een bandgap hebben dicht bij 1,5 eV. Gewoonlijk gebruikte materialen zijn:

1. Silicium.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

Criteria voor materialen die gebruikt worden in zonnecellen

1. Moet een bandgap hebben tussen 1 eV en 1,8 eV.

2. Het moet een hoge optische absorptie hebben.

3. Het moet een hoge elektrische geleidbaarheid hebben.

4. Het grondmateriaal moet in overvloed beschikbaar zijn en de kosten van het materiaal moeten laag zijn.

Voordelen van zonnecellen

1. Er is geen vervuiling mee verbonden.

2. Ze moeten lang meegaan.

3. Geen onderhoudskosten.

Nadelen van zonnecellen

1. Het heeft hoge installatiekosten.

2. Het heeft een lage efficiëntie.

3. Tijdens bewolkte dagen kan er geen energie worden geproduceerd, en 's nachts krijgen we geen zonne-energie.

Toepassingen van zonne-energiesystemen

1. Het kan worden gebruikt om batterijen op te laden.

2. Gebruikt in lichtmetertjes.

3. Het wordt gebruikt om rekenmachines en horloges te voeden.

4. Het kan worden gebruikt in ruimteschepen om elektrische energie te leveren.

Conclusie: Hoewel de zonnecel enkele nadelen heeft, worden deze verwacht te worden overwonnen naarmate de technologie vordert. Aangezien de technologie vordert, zullen de kosten van zonnepanelen en de installatiekosten afnemen, zodat iedereen zich het systeem kan veroorloven. Bovendien legt de overheid veel nadruk op zonne-energie, dus over enkele jaren kunnen we verwachten dat elk huishouden en elk elektrisch systeem wordt aangedreven door zonne-energie of hernieuwbare energiebronnen.

Verklaring: Respecteer het origineel, goede artikelen zijn de moeite waard om te delen, indien er sprake is van inbreuk, neem dan contact op voor verwijdering.