We weten allemaal dat fotovoltaïsche (PV) panelen zonlicht omzetten in bruikbare elektriciteit, maar slechts weinig mensen kennen de werkelijke wetenschap achter het proces. Deze week gaan we op de blog dieper in op de wetenschap achter zonne-energie. Het kan ingewikkeld lijken, maar het komt allemaal neer op het fotovoltaïsche effect; het vermogen van materie om elektronen uit te zenden wanneer het in licht baadt.
Voordat we naar het moleculaire niveau gaan, kijken we eerst eens op hoog niveau naar de basisstroom van elektriciteitsopwekking:
Basisstappen in de opwekking en transmissie van zonne-energie
- Zonlicht valt op de zonnepanelen en creëert een elektrisch veld.
- De opgewekte elektriciteit stroomt naar de rand van het paneel, en in een geleidende draad.
- De geleidingsdraad brengt de elektriciteit naar de omvormer, waar het wordt omgezet van gelijkstroom naar wisselstroom, die wordt gebruikt om gebouwen van stroom te voorzien.
- Een andere draad transporteert de wisselstroom van de omvormer naar het elektrische paneel op het terrein (ook wel meterkast genoemd), dat de elektriciteit naar behoefte door het hele gebouw distribueert.
- De elektriciteit die niet nodig is bij de opwekking, stroomt via de elektriciteitsmeter naar het elektriciteitsnet van het nutsbedrijf. Als de elektriciteit door de meter stroomt, loopt de meter terug, waardoor uw eigendom wordt gecrediteerd voor overtollige opwekking.
Nu we een basisidee hebben van de opwekking en de stroom van zonne-elektriciteit, gaan we dieper in op de wetenschap achter het fotovoltaïsche zonnepaneel.
De wetenschap achter fotovoltaïsche zonnecellen
Panelen voor fotovoltaïsche zonne-energie bestaan uit vele kleine fotovoltaïsche cellen – fotovoltaïsch betekent dat ze zonlicht kunnen omzetten in elektriciteit. Deze cellen zijn gemaakt van halfgeleidende materialen, meestal silicium, een materiaal dat elektriciteit kan geleiden en tegelijkertijd de elektrische onbalans kan handhaven die nodig is om een elektrisch veld te creëren.
Wanneer zonlicht de halfgeleider in de fotovoltaïsche cel raakt (stap 1 in ons overzicht op hoog niveau), wordt de energie van het licht, in de vorm van fotonen, geabsorbeerd, waardoor een aantal elektronen vrijkomt, die vervolgens vrij in de cel rondzweven. De zonnecel is speciaal ontworpen met positief en negatief geladen halfgeleiders die in elkaar zijn geklemd om een elektrisch veld te creëren (zie de afbeelding links voor een visualisatie). Dit elektrische veld dwingt de rondzwevende elektronen in een bepaalde richting te stromen – naar de geleidende metalen platen die de cel omgeven. Deze stroom staat bekend als een energiestroom, en de sterkte van de stroom bepaalt hoeveel elektriciteit elke cel kan produceren. Zodra de losse elektronen de metalen platen raken, wordt de stroom naar draden geleid, waardoor de elektronen kunnen stromen zoals in elke andere bron van elektrische opwekking (stap 2 in ons proces).
Zodra het zonnepaneel een elektrische stroom opwekt, stroomt de energie door een reeks draden naar een omvormer (zie stap 3 hierboven). Terwijl zonnepanelen gelijkstroom (DC) opwekken, hebben de meeste elektriciteitsverbruikers wisselstroom (AC) nodig om hun gebouwen van stroom te voorzien. De functie van de omvormer is om de elektriciteit van gelijkstroom in wisselstroom om te zetten, zodat deze bruikbaar wordt voor dagelijks gebruik.
Als de elektriciteit is omgezet in een bruikbare toestand (wisselstroom), wordt deze van de omvormer naar het elektrische paneel (ook wel meterkast genoemd) gestuurd, en verdeeld over het hele gebouw zoals nodig. De elektriciteit is nu direct beschikbaar om lampen, apparaten en andere elektrische apparaten van zonne-energie te voorzien.
De elektriciteit die niet via de meterkast wordt verbruikt, wordt naar het elektriciteitsnet gestuurd via de elektriciteitsmeter (onze laatste stap, zoals hierboven geschetst). De elektriciteitsmeter meet de stroom van het elektriciteitsnet naar uw eigendom en omgekeerd. Wanneer uw zonne-energie-installatie meer elektriciteit produceert dan u ter plaatse verbruikt, loopt deze meter in feite terug en krijgt u de overtollige opgewekte elektriciteit uitbetaald via het proces van nettometering. Wanneer u meer elektriciteit verbruikt dan uw zonnestroomsysteem produceert, haalt u via deze meter extra elektriciteit van het net, zodat de meter normaal loopt. Tenzij u volledig off-grid bent gegaan door middel van een opslagoplossing, zult u wat energie van het net moeten afnemen, vooral ’s nachts, wanneer uw zonnepaneel niet produceert. Een groot deel van deze energie wordt echter gecompenseerd door het overschot aan zonne-energie dat u overdag en in perioden van laag verbruik genereert.
Hoewel de details achter zonne-energie zeer wetenschappelijk zijn, hoeft u geen wetenschapper te zijn om de voordelen van een zonne-installatie voor een bedrijf of vastgoedeigenaar duidelijk te maken. Een ervaren zonne-ontwikkelaar kan u door deze voordelen heen loodsen en u helpen onderzoeken of een zonne-oplossing geschikt is voor uw bedrijf.
