zo hier komt het dan, de tekst moet wel nog opgemaakt worden en in mooie zinnen geschreven worden
als je fouten vindt, iets weet dat er nog bij moet, extra informatie hebt, noem maar op wil je dat dan alsjeblieft posten?
alvast bedankt vrienden
Zonnepanelen
Om de actieradius van de fiets te verhogen hebben we een constante stroomtoevoer nodig. De meest voor de hand liggende mogelijkheid om die op te wekken is zonne-energie. We zoeken dus zonnepanelen die een voldoende grote stroom kunnen leveren en waarbij tegelijk het gewicht beperkt blijft. De zonnepanelen moeten ook tegen een stootje kunnen.
Hoe werken zonnepanelen nu?
Een zonnepaneel is eigenlijk een aaneenkoppeling van zonnecellen. De basis van een zonnecel zijn 2 verschillende soorten halfgeleiders. Ik zal dus eerst uitleggen wat een halfgeleider is en welke verschillende soorten er zijn om zo tot de zonnecel en het zonnepaneel te komen.
Uit wat bestaat een zonnecel nu juist?
Een zonnecel bestaat uit 3 delen, een lichtgevoelige diode, een anti-reflexilaag (waar we later op terug komen) en een metalen plaatje aan weerzijden van de diode.
-halfgeleiders:
De meest gebruikte halfgeleider is Silicium (Si). Aangezien zand geoxideerd silicium is is het in zeer grote mate beschikbaar op aarde.
Zuiver silicium heeft een kristalstructuur en is bijna niet geleidend. Dit komt omdat silicium 4 valentie elektronen heeft, in een kristalstructuur wordt elk van die valentie elektronen gebruikt in een binding met een ander silicium atoom. Er zijn dus (bijna) geen vrije elektronen die noodzakelijk zijn voor de geleiding van elektriciteit. Zuiver silicium kan je dus bijna als isolator beschouwen. Dat verandert echter als je het doopt. Een stof dopen wil zeggen dat je in de structuur van die stof een andere stof inbrengt. De doping van silicium gebeurt met 2 soorten stoffen en op basis van de soort stof delen we de halfgeleiders in in 2 soorten, het N-type en het P-type.
-N-type:
Bij het N-type wordt silicium gedoopt met een 5-waardig atoom (bv: fosfor (P)). Als fosfor een plaats in de kristalstructuur inneemt vormen 4 van zijn valentie elektronen een binding met de omliggende silicium atomen. Er is dus nog 1 elektron niet gebonden, dat elektron maakt zich los van het fosfor atoom en gaat vrij rond zweven. Er ontstaat dus een vrij elektron en bijgevolg ook geleiding.
-P-type:
Bij het P-type wordt silicium met een 3-waardig atoom gedoopt (bv: borium (). Als borium in de kristalstructuur komt is er in tegenstelling tot het N-type een elektron tekort. Hierdoor ontstaat er een ontstaat er een fictief positief geladen gat. Dat gat kan opgevuld worden door elektronen van de naburige silicium atomen die dus op hun beurt een positief gat hebben. Het positieve gat beweegt zich dus door de kristal structuur. Er is dus een beweging van ladingen en dat noemen we elektrische stroom.
Bij de 2 types is er dus geleiding. Die geleiding is echter nooit zo groot als bij een metaal, daarom noemen we die stoffen halfgeleiders.
-de zonnecel:
De werking van de zonnecel steunt op een belangrijk kenmerk van die halfgeleiders, licht dat op zon halfgeleider invalt kan namelijk een valentie elektron losmaken uit een binding tussen 2 atomen van de halfgeleider. Hierdoor krijg je dus een negatief elektron dat zich vrij kan rond bewegen. Maar je krijgt ook een positief gaat op de plaats waar het elektron gebonden was. Die 2 deeltjes trekken elkaar aan en het elektron zou direct terug vallen in de binding. Om dat tegen te gaan maakt men een P-N junctie.
-de P-N junctie
Een P-N junctie is een foto- of precisielas tussen een P-type halfgeleider (de basis) en een N-type halfgeleider (de emitter). Er ontstaat dus een contact oppervlak tussen de basis en de emitter. Hierdoor diffunderen de vrij elektronen van het N-type naar het P-type om daar de positieve gaten op te vullen. Door het wegtrekken van elektronen uit de emitter wordt hij positief, de basis daarintegen krijgt extra elektronen en wordt dus negatief. Er ontstaat een gebied (rond het contactoppervlak) in de emitter waar geen elektronen meer zijn en in de basis eenzelfde gebied waar geen gaten meer zijn. Die 2 gebieden noemen we de ruimteladingslaag. In dat overgangsgebied ontstaat er door het verschil in lading een potentiaalveld en dus een elektrisch veld dat het diffunderen van elektronen en gaten tegen gaat en zelfs stopt.
Opwekken van electriciteit:
Als er nu een foton op zon P-N junctie valt kunnen er 2 dingen gebeuren, het foton kan weerkaatst worden. Maar het foton kan ook geabsorbeerd worden door een atoom van de zonnecel. Als dat gebeurt zal de energie die het foton bezit een valentie-elektron los maken (zoals reeds gezegd). Nu zal het elektron echter niet terug vallen omdat er in de ruimteladingslaag een elektrisch veld is dat met de positieve kant naar boven gericht is. Het elektron dat vrij komt beweegt zich nu dus naar de bovenkant van de zonnecel en het positieve gat naar de onderkant. We krijgen dus een zonnecel die aan de bovenkant negatief en aan de onderkant positief geladen is. Als je de bovenkant nu met de onderkant verbindt (via een weerstandje) zullen de elektronen via die verbinding de positieve gaten willen opvullen. Hierbij bewegen de elektronen door het draadje en die beweging van ladingen is stroom. Eén zonnecel wekt natuurlijk niet genoeg elektriciteit op om bijvoorbeeld een motortje of een lampje te voeden.
Daarom worden zonnecellen samengevoegd in een zonnepaneel. Die zonnecellen worden naast elkaar in een serie schakeling geplaatst. Een gemiddeld zonnepaneel heeft dan een vermogen van +/- 25 Wp. Wp staat voor Watt-piek en dat is de eenheid van het vermogen bij maximale inschijning en een ideale hellingshoek en oriëntatie. Je kan er dan ongeveer 17V bij 1,5A uit halen.
Veel hangt natuurlijk van de soort zonnecellen af. Niet elke zonnecel heeft een even groot rendement. In onderstaand tabelletje staan de meest bekende voorbeelden van zonnecellen. Het zijn echter al wat oudere cijfers en tegenwoordig zijn er zonnecellen die in commercieel gebruik een rendement halen van bijna 25% en er worden al prototypes gemaakt van cellen die tot 33% rendement zouden halen.
Rendement van verschillende soorten zonnecellen en -panelen (situatie begin 2001)
Uitvoering Materiaal afkorting Maximaal rendement zonnecellen in laboratorium Typisch rendement commerciële zonnepanelen
Cellen Monokristallijn silicium c-Si 25% 13-16%
Cellen Polykristallijn silicium mc-Si 20% 12-14%
Dunne film Amorf silicium a-Si 14% 6-8%
Dunne film Koperindiumdiselenide CIS 19% 9-11%
Dunne film Cadmiumtelluride CdTe 16% 7-9%
Waarom heeft een zonnecel nu zon laag rendement?
Bij het vrijkomen van een elektron na de absorptie van een foton wordt veel energie van het foton omgezet in warmte. Energie die dus niet meer in elektriciteit kan omgezet worden. Wat wel gedaan wordt is die warmte opvangen en er water mee opwarmen. Dit systeem wordt een zonneboiler genoemd en kan gecombineerd worden met zonnepanelen, maar ook autonoom gebruikt worden.
