Hoe Zonnecellen Werken

{h1}

Zonnecellen gebruiken zonlicht om elektriciteit te produceren. Maar is de 'zonnerevolutie' op ons gericht? Leer alles over zonnecellen, siliciumzonnecellen en zonne-energie.

Je hebt waarschijnlijk rekenmachines met zonnecellen gezien - apparaten die nooit batterijen nodig hebben en in sommige gevallen zelfs geen uit-knop hebben. Zolang er voldoende licht is, lijken ze voor altijd te werken. Je hebt mogelijk ook grotere zonnepanelen gezien, misschien op noodverkeerstekens, telefooncellen, boeien en zelfs op parkeerterreinen om de lichten van stroom te voorzien.

Hoewel deze grotere panelen niet zo gewoon zijn als rekenmachines op zonne-energie, zijn ze er wel en niet zo moeilijk te herkennen als je weet waar je moet kijken. Eigenlijk, fotovoltaïsche zonne-energie - die ooit bijna uitsluitend in de ruimte werden gebruikt, waardoor de elektrische systemen van satellieten al in 1958 van stroom worden voorzien, worden steeds vaker op minder exotische manieren gebruikt. De technologie blijft de hele tijd opduiken in nieuwe apparaten, van zonnebrillen tot laadstations voor elektrische voertuigen.

De hoop op een "zonne-revolutie" drijft al decennia rond - het idee dat we op een dag allemaal gratis elektriciteit van de zon zullen gebruiken. Dit is een verleidelijke belofte, want op een heldere, zonnige dag verspreiden de zonnestralen ongeveer 1.000 watt aan energie per vierkante meter van het aardoppervlak. Als we al die energie zouden kunnen verzamelen, zouden we onze huizen en kantoren gemakkelijk gratis van stroom kunnen voorzien.

In dit artikel zullen we zonnecellen onderzoeken om te leren hoe ze de energie van de zon direct in elektriciteit omzetten. Tijdens dit proces zul je leren waarom we dagelijks dichter bij het gebruik van de energie van de zon komen en waarom we nog steeds meer onderzoek moeten doen voordat het proces kosteneffectief wordt.

Fotovoltaïsche cellen: fotonen omzetten in elektronen

-De zonnecellen die u op rekenmachines en satellieten ziet, worden ook fotovoltaïsche cellen (PV) genoemd, zoals de naam aangeeft (foto betekent 'licht' en voltaïsch betekent 'elektriciteit') en zet zonlicht direct om in elektriciteit. Een module is een groep cellen die elektrisch is verbonden en is verpakt in een frame (beter bekend als een zonnepaneel), dat vervolgens kan worden gegroepeerd in grotere zonnepanelen, zoals degene die wordt gebruikt op de Nellis Air Force Base in Nevada.

- Fotovoltaïsche cellen zijn gemaakt van speciale materialen, halfgeleiders zoals silicium, die momenteel het meest worden gebruikt. Kortom, wanneer licht de cel raakt, wordt een bepaald deel ervan geabsorbeerd in het halfgeleidermateriaal. Dit betekent dat de energie van het geabsorbeerde licht wordt overgedragen naar de halfgeleider. De energie klopt elektronen los, waardoor ze vrij kunnen stromen.

PV-cellen hebben ook allemaal een of meer elektrisch veld dat werkt om door lichtabsorptie bevrijde elektronen in een bepaalde richting te laten stromen. Deze stroom van elektronen is een stroom, en door metalen contacten op de boven- en onderkant van de PV-cel te plaatsen, kunnen we die stroom aftrekken voor uitwendig gebruik, bijvoorbeeld om een ​​rekenmachine van stroom te voorzien. Deze stroom bepaalt, samen met de spanning van de cel (die het resultaat is van zijn ingebouwd elektrisch veld of velden), het vermogen (of wattage) dat de zonnecel kan produceren.

Dat is het basisproces, maar er is echt veel meer aan de hand. Op de volgende pagina laten we een voorbeeld van een PV-cel dieper kijken: de single-crystal silicon-cel.

Zonne-energie, groen

Het toevoegen van zonnepanelen aan een bestaand huis kan duur zijn, maar er zijn nog veel meer manieren om uw huis groener te maken. Lees meer over wat je kunt doen om het milieu te beschermen op Planet Green van Discovery Channel.

Hoe Silicium een ​​zonnecel maakt

President Barack Obama, hoofd van de senaat, Harry Reid uit Nevada, en kolonel Howard Belote, hebben de zonnepanelen op de Nellis Air Force Base in mei 2009 in Nevada gecontroleerd.

President Barack Obama, hoofd van de senaat, Harry Reid uit Nevada, en kolonel Howard Belote, hebben de zonnepanelen op de Nellis Air Force Base in mei 2009 in Nevada gecontroleerd.

Silicium heeft enkele speciale chemische eigenschappen, vooral in zijn kristallijne vorm. Een atoom van sili-con heeft 14 elektronen, gerangschikt in drie verschillende shells. De eerste twee shells - die respectievelijk twee en acht elektronen bevatten - zijn helemaal vol. De buitenste schil is echter slechts halfvol met slechts vier elektronen. Een siliciumatoom zal altijd naar manieren zoeken om zijn laatste schil te vullen, en om dit te doen, deelt het elektronen met vier nabijgelegen atomen. Het is alsof elk atoom de handen bij de buren houdt, behalve dat in dit geval elk atoom vier handen heeft die verbonden zijn met vier buren. Dat is wat het vormt kristallijne structuuren die structuur blijkt belangrijk te zijn voor dit type PV-cellen.

Het enige probleem is dat zuiver kristallijn silicium een ​​slechte geleider van elektriciteit is omdat geen van zijn elektronen vrij kan bewegen, in tegenstelling tot de elektronen in meer optimale geleiders zoals koper. Om dit probleem aan te pakken, heeft het silicium in een zonnecel onzuiverheden - andere atomen die doelbewust met de siliciumatomen zijn vermengd - wat de manier waarop dingen een beetje werken verandert. We beschouwen onzuiverheden meestal als iets ongewenst, maar in dit geval zou onze cel niet zonder hen werken. Overweeg silicium met hier en daar een atoom van fosfor, misschien één voor elke miljoen siliciumatomen. Fosfor heeft vijf elektronen in zijn buitenste schil, niet vier. Het hecht nog steeds aan zijn silicium-naburige atomen, maar in zekere zin heeft de fosfor een elektron dat niemand heeft om de hand op te leggen. Het maakt geen deel uit van een binding, maar er is een positief proton in de fosforhoudende kern dat het op zijn plaats houdt.

Wanneer energie wordt toegevoegd aan zuiver silicium, bijvoorbeeld in de vorm van warmte, kan het ertoe leiden dat een paar elektronen uit hun verbindingen breken en hun atomen verlaten. In elk geval wordt een gat achtergelaten. Deze elektronen, genaamd gratis koeriers, dan willekeurig rond het kristallijnen rooster lopen op zoek naar een ander gat om in te vallen en een elektrische stroom te dragen. Er zijn er echter zo weinig in zuiver silicium dat ze niet erg nuttig zijn.

Maar ons onzuivere silicium met fosforatomen vermengd is een ander verhaal. Het kost veel minder energie om een ​​van onze 'extra' fosforelektronen los te laten, omdat ze niet vastzitten in een binding met omringende atomen. Als gevolg hiervan breken de meeste van deze elektronen los en hebben we veel meer vrije dragers dan we in zuiver silicium zouden hebben. Het proces van het opzettelijk toevoegen van onzuiverheden wordt aangeroepen dopingen wanneer gedoteerd met fosfor, wordt het resulterende silicium genoemd N-type ("n" voor negatief) vanwege de prevalentie van vrije elektronen. N-type gedoteerd silicium is een veel betere geleider dan puur silicium.

Het andere deel van een typische zonnecel is gedoteerd met het element borium, dat slechts drie elektronen in zijn buitenste schil heeft in plaats van vier, om P-type silicium te worden. In plaats van vrije elektronen te hebben, P-type ("p" voor positief) heeft vrije openingen en draagt ​​de tegenovergestelde (positieve) lading.

Op de volgende pagina zullen we van dichterbij bekijken wat er gebeurt wanneer deze twee stoffen met elkaar gaan interageren.

Anatomie van een zonnecel

B-voor nu, onze twee afzonderlijke stukjes silicium waren elektrisch neutraal; het interessante deel begint wanneer je ze samenvoegt. Dat komt omdat zonder een elektrisch veld, de cel zou niet werken; het veld vormt zich wanneer het silicium van het N-type en het P-type in contact komen. Plots zien de vrije elektronen aan de N-zijde alle openingen aan de P-zijde, en er is een gekke rush om ze te vullen. Vullen alle gratis elektronen alle vrije gaten? Nee. Als ze dat zouden doen, zou de hele regeling niet erg nuttig zijn. Echter, direct aan de knooppunt, ze mengen zich en vormen een soort van barrière, waardoor het steeds moeilijker wordt voor elektronen aan de N-kant om over te steken naar de P-zijde. Uiteindelijk wordt het evenwicht bereikt en hebben we een elektrisch veld dat de twee kanten scheidt.

Dit elektrisch veld werkt als een diode, waardoor elektronen van de P-zijde naar de N-zijde stromen (en zelfs duwen), maar niet andersom. Het is als een heuvel - elektronen kunnen gemakkelijk de heuvel afdalen (naar de N-kant), maar kunnen er niet omhoog (naar de P-kant).

Wanneer licht, in de vorm van fotonen, onze zonnecel raakt, breekt zijn energie elektron-gat paren uit elkaar. Elk foton met voldoende energie zal normaal gesproken precies één elektron bevrijden, wat ook resulteert in een vrij gat. Als dit dicht genoeg bij het elektrische veld gebeurt, of als het vrije elektron en het vrije gat toevallig in zijn invloedsbereik afdwalen, stuurt het veld het elektron naar de N-zijde en het gat naar de P-zijde. Dit veroorzaakt een verdere verstoring van de elektrische neutraliteit en als we een extern stroompad voorzien, zullen elektronen door het pad naar de P-zijde stromen om zich te verenigen met gaten die het elektrische veld daarheen heeft gestuurd, zodat we ons werk kunnen blijven doen. De elektronenstroom biedt de stroomen het elektrische veld van de cel veroorzaakt a Spanning. Met zowel stroom als spanning, hebben we macht, wat het product van de twee is.

Er zijn nog een paar componenten over voordat we onze cel echt kunnen gebruiken. Silicium is toevallig een zeer glimmend materiaal, dat fotonen kan terugsturen voordat ze hun werk hebben gedaan, dus

een Anti-reflecterende coating wordt toegepast om die verliezen te verminderen. De laatste stap is om iets te installeren dat de cel tegen de elementen beschermt - vaak een glazen afdekplaat. PV-modules worden meestal gemaakt door verschillende afzonderlijke cellen met elkaar te verbinden om bruikbare niveaus van spanning en stroom te bereiken en ze in een stevig frame met positieve en negatieve aansluitingen te plaatsen.

Hoeveel zonlicht-energie absorbeert onze PV-cel? Helaas, waarschijnlijk niet erg veel. In 2006 bereikten de meeste zonnepanelen bijvoorbeeld slechts efficiëntieniveaus van ongeveer 12 tot 18 procent. Het meest geavanceerde zonnepanelen-systeem dat zich dit jaar eindelijk uitspande over de aloude 40% -barrière van de industrie op het gebied van zonne-energie - 40,7% [bron: V.S.-ministerie van Energie]. Dus waarom is het zo'n uitdaging om het beste van een zonnige dag te maken?

Energieverlies in een zonnecel

Het vertrouwde zicht van een regenboog vertegenwoordigt slechts een deel van het grotere elektromagnetische spectrum.

Het vertrouwde zicht van een regenboog vertegenwoordigt slechts een deel van het grotere elektromagnetische spectrum.

Zichtbaar licht is slechts een deel van het elektromagnetische spectrum. Elektromagnetische straling is niet monochromatisch - het bestaat uit een reeks verschillende golflengten en dus energieniveaus. (Zie Hoe licht werkt voor een goede bespreking van het elektromagnetische spectrum.)

-Licht kan worden gescheiden in verschillende golflengten, die we kunnen zien in de vorm van een regenboog. Omdat het licht dat onze cel raakt fotonen heeft met een breed scala aan energieën, blijkt dat sommige van hen niet genoeg energie hebben om een ​​elektron-gatpaar te veranderen. Ze gaan gewoon door de cel alsof ze transparant zijn. Weer andere fotonen hebben te veel energie. Slechts een bepaalde hoeveelheid energie, gemeten in elektronvolt (eV) en gedefinieerd door ons celmateriaal (ongeveer 1,1 eV voor kristallijn silicium), is vereist om een ​​elektron los te maken. We noemen dit het band gap energie van een materiaal. Als een foton meer energie heeft dan de vereiste hoeveelheid, gaat de extra energie verloren. (Dat wil zeggen, tenzij een foton tweemaal de vereiste energie heeft en meer dan één elektron-gatpaar kan creëren, maar dit effect is niet significant.) Deze twee effecten alleen kunnen het verlies van ongeveer 70 procent van het stralingsenergieincident verklaren op onze cel.

Waarom kunnen we geen materiaal met een erg lage bandafstand kiezen, zodat we meer van de fotonen kunnen gebruiken? Helaas bepaalt onze band gap ook de sterkte (spanning) van ons elektrisch veld, en als het te laag is, dan wat we verzinnen in extra stroom (door meer fotonen te absorberen), verliezen we door een kleine spanning te hebben. Houd er rekening mee dat stroomspanning keerstroom is. De optimale band gap, het balanceren van deze twee effecten, is rond 1,4 eV voor een cel gemaakt van een enkel materiaal.

We hebben ook andere verliezen. Onze elektronen moeten van de ene kant van de cel naar de andere stromen via een extern circuit. We kunnen de bodem bedekken met een metaal, voor goede geleiding, maar als we de bovenkant volledig bedekken, kunnen fotonen niet door de ondoorzichtige geleider komen en verliezen we al onze stroom (in sommige cellen worden transparante geleiders gebruikt op de bovenzijde, maar niet in het geheel). Als we onze contacten alleen aan de zijkanten van onze cel plaatsen, moeten de elektronen een extreem lange afstand afleggen om de contacten te bereiken. Onthoud dat silicium een ​​halfgeleider is - het is lang niet zo goed als een metaal voor het transport van stroom. De interne weerstand (genaamd serieweerstand) is redelijk hoog en hoge weerstand betekent hoge verliezen. Om deze verliezen tot een minimum te beperken, worden cellen meestal afgedekt door een metalen contactraster dat de afstand die elektronen moeten afleggen verkort terwijl ze slechts een klein deel van het celoppervlak afdekken. Toch worden sommige fotonen geblokkeerd door het raster, dat niet te klein kan zijn, anders zal zijn eigen weerstand te hoog zijn.

Nu we weten hoe een zonnecel werkt, laten we eens kijken wat er nodig is om een ​​huis van stroom te voorzien met de technologie.

Zonne-energie voor een huis

Net zoals bloemen het best zijn gericht op de stralende zon, zo ook zonnepanelen.

Net zoals bloemen het best zijn gericht op de stralende zon, zo ook zonnepanelen.

Wat zou u moeten doen om uw huis van zonne-energie te voorzien? Hoewel het niet zo simpel is als alleen maar wat modules op je dak slaan, is het ook niet extreem moeilijk om te doen.

Allereerst heeft niet elk dak de juiste oriëntatie of hellingshoek om ten volle te profiteren van de energie van de zon. Niet-tracking PV-systemen op het noordelijk halfrond moeten idealiter wijzen naar het echte zuiden, hoewel oriëntaties die in meer oostelijke en westelijke richtingen worden bekeken, ook kunnen werken, zij het door verschillende niveaus van efficiëntie op te offeren. Zonnepanelen moeten ook onder een hoek staan ​​zo dicht mogelijk bij de breedtegraad van het gebied om de maximale hoeveelheid energie het hele jaar door te absorberen. Een andere oriëntatie en / of helling kan worden gebruikt als u de energieproductie voor de ochtend of middag en / of de zomer of winter wilt maximaliseren. Natuurlijk mogen de modules nooit worden overschaduwd door nabijgelegen bomen of gebouwen, ongeacht het tijdstip van de dag of de tijd van het jaar. In een PV-module kan, zelfs als slechts een van de cellen in de schaduw staat, de stroomproductie aanzienlijk worden verminderd.

Als u een huis hebt met een niet-schaduwgericht, naar het zuiden gericht dak, moet u beslissen welk groottesysteem u nodig heeft. Dit wordt gecompliceerd door de feiten dat uw elektriciteitsproductie afhankelijk is van het weer, dat nooit volledig voorspelbaar is, en dat uw elektriciteitsvraag ook zal variëren. Gelukkig zijn deze hindernissen vrij gemakkelijk te wissen. Meteorologische gegevens geven gemiddelde maandelijkse zonlichtniveaus voor verschillende geografische gebieden. Dit houdt rekening met regenval en bewolkte dagen, evenals met de hoogte, vochtigheid en andere subtielere factoren. Je moet ontwerpen voor de slechtste maand, zodat je genoeg elektriciteit het hele jaar door hebt. Met die gegevens en uw gemiddelde huishoudelijke vraag (uw energierekening laat u handig weten hoeveel energie u elke maand verbruikt), zijn er eenvoudige methoden die u kunt gebruiken om te bepalen hoeveel PV-modules u nodig heeft. U moet ook een systeemspanning kiezen die u kunt regelen door te bepalen hoeveel modules in serie moeten worden bedraad.

Je hebt misschien al een paar problemen geraden die we moeten oplossen. Ten eerste, wat doen we als de zon niet schijnt?

Problemen met zonne-energie oplossen

De gedachte om bij de grillen van de weerman te leven, zal waarschijnlijk niet de meeste mensen opwinden, maar drie hoofdopties kunnen ervoor zorgen dat je nog steeds kracht hebt, zelfs als de zon niet meewerkt. Als u volledig van het net wilt leven, maar uw PV-panelen niet vertrouwt om alle benodigde elektriciteit in een mum van tijd te leveren, kunt u een back-upgenerator gebruiken wanneer de solarvoorraden bijna leeg zijn. Het tweede stand-alone systeem omvat energieopslag in de vorm van batterijen. Helaas kunnen batterijen veel kosten en onderhoud aan een PV-systeem toevoegen, maar het is momenteel een noodzaak als u volledig onafhankelijk wilt zijn.

Het alternatief is om je huis te verbinden met het openbare elektriciteitsnet, om stroom te kopen wanneer je het nodig hebt en het terug te verkopen wanneer je meer produceert dan je gebruikt. Op deze manier fungeert het hulpprogramma als een praktisch oneindig opslagsysteem. Houd er echter rekening mee dat overheidsvoorschriften verschillen afhankelijk van de locatie en kunnen worden gewijzigd. Uw lokale nutsbedrijf kan al dan niet verplicht zijn om deel te nemen en de terugkoopprijs kan sterk variëren. Je hebt waarschijnlijk ook speciale apparatuur nodig om ervoor te zorgen dat de stroom die je op het punt staat om het nutsbedrijf te verkopen, compatibel is met het eigen bedrijf. Veiligheid is ook een probleem. Het hulpprogramma moet ervoor zorgen dat als er een stroomstoring in uw buurt is, uw PV-systeem niet doorgaat met het toevoeren van elektriciteit aan hoogspanningsleidingen waarvan een lijnwacht denkt dat ze dood zijn. Dit is een gevaarlijke situatie genaamd eilandbedrijf, maar het kan vermeden worden met een anti-islanding omvormer - iets wat we zullen zien op de volgende pagina.

Als u besluit om de batterijen te gebruiken, moet u er rekening mee houden dat ze moeten worden onderhouden en na een bepaald aantal jaren moeten worden vervangen.De meeste zonnepanelen hebben de neiging om ongeveer 30 jaar mee te gaan (en een langere levensduur is zeker één onderzoeksdoel), maar batterijen hebben gewoon niet zo'n nuttig leven [bron: National Renewable Energy Laboratory]. Batterijen in PV-systemen kunnen ook erg gevaarlijk zijn vanwege de energie die ze opslaan en de zure elektrolyten die ze bevatten, dus je hebt een goed geventileerde, niet-metalen behuizing voor ze nodig.

Hoewel verschillende soorten batterijen algemeen worden gebruikt, is het enige kenmerk dat ze allemaal gemeen hebben, dat ze dat zijn deep-cycle batterijen. In tegenstelling tot de accu van je auto, een batterij met een lage cyclus, kunnen deep-cycle-batterijen meer van hun opgeslagen energie ontladen, terwijl ze toch een lange levensduur hebben. Autobatterijen ontladen een grote stroom gedurende een zeer korte tijd - om uw auto te starten - en worden dan onmiddellijk opgeladen terwijl u rijdt. PV-batterijen moeten over het algemeen gedurende langere tijd een kleinere stroom ontladen (bijvoorbeeld 's nachts of tijdens een stroomstoring), terwijl ze overdag worden opgeladen. De meest gebruikte deep-cycle accu's zijn loodzuur batterijen (zowel verzegeld als geventileerd) en nikkel-cadmium-batterijen, die beide verschillende voor- en nadelen hebben.

Op de volgende pagina zullen we een beetje dieper ingaan op de componenten die nodig zijn voor de zon om u geld te besparen.

Uw zonne-energie-installatie voltooien

Dit eenvoudige schema laat zien hoe een residentiële PV-installatie vaak vorm krijgt.

Dit eenvoudige schema laat zien hoe een residentiële PV-installatie vaak vorm krijgt.

Het gebruik van batterijen vereist de installatie van een ander onderdeel genaamd a laadregelaar. Batterijen gaan veel langer mee als ze niet te veel worden opgeladen of leeglopen. Dat is wat een laadcontroller doet. Zodra de batterijen volledig zijn opgeladen, laat de laadregelaar de stroom van de PV-modules er niet in stromen. Als de batterijen eenmaal zijn leeggemaakt tot een bepaald vooraf bepaald niveau, geregeld door het meten van de batterijspanning, zullen veel laadregelaars niet toestaan ​​dat meer stroom uit de batterijen wordt afgevoerd totdat ze zijn opgeladen. Het gebruik van een laadregelaar is essentieel voor een lange levensduur van de batterij.

Het andere probleem naast energieopslag is dat de elektriciteit die door uw zonnepanelen wordt opgewekt en uit uw batterijen wordt gehaald als u ervoor kiest om ze te gebruiken, niet in de vorm is die door uw nutsbedrijf wordt geleverd of door de elektrische apparaten in uw huis wordt gebruikt. De elektriciteit die wordt opgewekt door een zonnestelsel is gelijkstroom, dus je hebt een inverter om het in wisselstroom om te zetten. En zoals we hebben besproken op de laatste pagina, zijn sommige omvormers, behalve DC naar AC, ook ontworpen om zich te beschermen tegen eilandvorming als uw systeem is aangesloten op het elektriciteitsnet.

Met de meeste grote omvormers kunt u automatisch bepalen hoe uw systeem werkt. Sommige PV-modules, genoemd AC modules, Eigenlijk heeft een omvormer al in elke module ingebouwd, waardoor een grote centrale inverter overbodig is en de bedradingsproblemen worden vereenvoudigd.

Werp de montagehardware, bedrading, aansluitdozen, aardingsapparatuur, overstroombeveiliging, DC- en AC-scheidingsschakelaars en andere accessoires in en u hebt een systeem. U moet de elektrische codes volgen (er staat alleen een sectie in de National Electrical Code op PV) en het wordt ten zeerste aanbevolen dat een gekwalificeerde elektricien die ervaring heeft met PV-systemen de installatie uitvoert. Na installatie vereist een PV-systeem zeer weinig onderhoud (vooral als er geen batterijen worden gebruikt) en levert het 20 jaar of langer schone en geruisloze elektriciteit.

Ontwikkelingen in zonneceltechnologie

Zonnecellen zijn lange tijd een steunpilaar geweest voor satellieten; waar komen ze in de toekomst terecht?

Zonnecellen zijn lange tijd een steunpilaar geweest voor satellieten; waar komen ze in de toekomst terecht?

We hebben veel gesproken over hoe een typisch PV-systeem werkt, maar kwesties met betrekking tot de kosteneffectiviteit (waarover we verderop meer zullen lezen) hebben eindeloze onderzoeksinspanningen gestimuleerd die gericht zijn op het ontwikkelen en afstemmen van nieuwe manieren om zonne-energie te produceren. vermogen dat steeds concurrerender wordt met traditionele energiebronnen.

Zo is monokristallijn silicium niet het enige materiaal dat in PV-cellen wordt gebruikt. Polykristallijn silicium wordt gebruikt in een poging om de productiekosten te verminderen, hoewel de resulterende cellen niet zo efficiënt zijn als monokristallijn silicium. Tweede generatie zonneceltechnologie bestaat uit wat bekend staat als dunne film zonnecellen. Hoewel ze ook de neiging hebben om wat efficiëntie op te offeren, zijn ze eenvoudiger en goedkoper om te produceren - en worden ze steeds efficiënter. Dunne-film zonnecellen kunnen worden gemaakt van een verscheidenheid aan materialen, waaronder amorf silicium (dat geen kristallijne structuur heeft), galliumarsenide, koperindiumdiselenide en cadmiumtelluride.

Een andere strategie voor het verhogen van de efficiëntie is om twee of meer lagen van verschillende materialen met verschillende bandafstanden te gebruiken. Vergeet niet dat afhankelijk van de substantie fotonen van verschillende energieën worden geabsorbeerd. Dus door materiaal met hogere bandafstand op het oppervlak op te stapelen om fotonen met hoge energie te absorberen (terwijl fotonen met lagere energie door het materiaal met lagere bandafstand kunnen worden geabsorbeerd), kunnen veel hogere efficiënties resulteren. Dergelijke cellen, genaamd multi-junctie cellen, kan meer dan één elektrisch veld hebben.

Fotovoltaïsche technologie concentreren is een ander veelbelovend gebied van ontwikkeling. In plaats van eenvoudigweg een deel van het zonlicht te verzamelen en om te zetten, schijnt het gewoon neer te schijnen en omgezet te worden in elektriciteit. Bij het concentreren van PV-systemen wordt optische apparatuur zoals lenzen en spiegels toegevoegd om grotere hoeveelheden zonne-energie op zeer efficiënte zonnecellen te richten. Hoewel deze systemen over het algemeen duurder zijn om te produceren, hebben ze een aantal voordelen ten opzichte van conventionele zonnepaneelopstellingen en stimuleren ze verdere onderzoeks- en ontwikkelingsinspanningen.

Al deze verschillende versies van zonneceltechnologie hebben bedrijven die toepassingen en producten bedenken die het gamma beheersen, van vliegtuigen op zonne-energie en op ruimtevaart gebaseerde krachtcentrales tot meer alledaagse voorwerpen zoals PV-aangedreven gordijnen, kleding en laptopkoffers. Zelfs de miniatuurwereld van nanodeeltjes wordt niet weggelaten en onderzoekers onderzoeken zelfs het potentieel voor organisch geproduceerde zonnecellen.

Maar als fotovoltaïek zo'n geweldige bron van vrije energie is, waarom loopt dan niet de hele wereld op zonne-energie?

Zonne-energiekosten

Zonnecellen kunnen nog steeds een beetje prijzig zijn, maar ze worden elk jaar goedkoper.

Zonnecellen kunnen nog steeds een beetje prijzig zijn, maar ze worden elk jaar goedkoper.

Sommige mensen hebben een gebrekkig concept van zonne-energie. Hoewel het waar is dat zonlicht gratis is, is de elektriciteit opgewekt door PV-systemen dat niet. Er zijn veel factoren betrokken bij het bepalen of het installeren van een PV-systeem de prijs waard is.

Ten eerste is er de vraag waar je woont. Mensen die in zonnige delen van de wereld wonen beginnen met een groter voordeel dan degenen die zich op minder zonovergoten locaties vestigen, omdat hun PV-systemen over het algemeen in staat zijn om meer elektriciteit te genereren. De kosten van hulpprogramma's in een gebied moeten daar bovenop worden ingecalculeerd. De elektriciteitstarieven variëren sterk van plaats tot plaats, dus iemand die verder naar het noorden woont, kan nog steeds overwegen zonne-energie te overwegen als zijn tarieven bijzonder hoog zijn.

Vervolgens zijn er de installatiekosten; Zoals je waarschijnlijk opmerkt uit onze discussie over een PV-systeem van een huishouden, is nogal wat hardware nodig. Vanaf 2009 was een residentiële opstelling van zonnepanelen gemiddeld ergens tussen $ 8 en $ 10 per watt om te installeren [bron: National Renewable Energy Laboratory]. Hoe groter het systeem, hoe minder het doorgaans kost per watt. Het is ook belangrijk om te onthouden dat veel zonne-energiesystemen de elektriciteitsbelasting niet 100 procent volledig dekken. De kans is groot dat je nog steeds een energierekening hebt, hoewel het zeker lager zal zijn dan wanneer er geen zonnepanelen zouden zijn geïnstalleerd.

Ondanks de stickerprijs zijn er verschillende manieren om de kosten van een PV-systeem te dekken voor zowel bewoners als bedrijven die willen upgraden en gaan op zonne-energie. Deze kunnen komen in de vorm van federale en staatsbelastingspremies, kortingen van nutsbedrijven en andere financieringsmogelijkheden. Bovendien kan het, afhankelijk van hoe groot de installatie van het zonnepaneel is - en hoe goed het presteert - helpen om zichzelf sneller uit te betalen door het occasionele overschot aan vermogen te creëren. Ten slotte is het ook belangrijk om rekening te houden met schattingen van de huiswaarde. Het installeren van een PV-systeem zal naar verwachting duizenden dollars toevoegen aan de waarde van een woning.

Op dit moment heeft zonne-energie nog steeds moeite met het concurreren met nutsbedrijven, maar de kosten dalen, omdat onderzoek de technologie verbetert. Pleitbezorgers hebben er alle vertrouwen in dat PV op een dag kosteneffectief zal zijn in stedelijke gebieden en op afstand. Een deel van het probleem is dat er op grote schaal moet worden geproduceerd om de kosten zo veel mogelijk te beperken. Dat soort vraag naar PV zal echter niet bestaan ​​totdat de prijzen tot een concurrerend niveau dalen. Het is een catch-22. Toch nemen de prijzen en de efficiëntie van vraag en modules constant toe, dalen de prijzen en wordt de wereld zich steeds meer bewust van de milieuproblemen die samenhangen met conventionele stroombronnen. Het is waarschijnlijk dat fotovoltaïsche energie een veelbelovende toekomst zal hebben.

Raadpleeg de links op de volgende pagina voor meer informatie over zonnecellen en aanverwante onderwerpen.


Video Supplement: Hoe werken zonnepanelen?.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com