Hoe werkt een zonnepaneel?

Elektriciteit uit zonnepanelen is booming. Zonlicht direct omzetten in groene stroom, hoe werkt dat eigenlijk? Alle energie op deze planeet komt van de zon. Zelfs de energie in olie en gas was ooit zonne-energie. Maar dan miljoenen jaren geleden, opgenomen door planten, die daarna fossielen werden. Hoe mooi is het dan, dat je de energie van de zon direct kunt oogsten, zonder dat je hoeft te wachten?

Fotonen

De zon straalt. Een deel van die straling kunnen we zien: licht. Een ander deel van de straling voelen we op onze huid: UV-straling. Wat we niet zien of voelen: straling bestaat uit heel erg kleine pakketjes energie. Die pakketjes noemen we fotonen.

Fotonen vangen

Als de fotonen op onze huid vallen, nemen we hun energie op. Daarom wordt het warm op je huid. Als de zon op z'n sterkst is, in de zomer, is het UV-gedeelte zelfs té warm voor je gezondheid. Voor het opwekken van zonnestroom is dat juist goed. Een zonnepaneel wil zoveel mogelijk fotonen vangen om daarmee een elektrische spanning te maken. Een ander woord voor spanning is voltage. Vandaar dat een zonnecel officieel een photo-voltaïsche cel heet, afgekort PV.

Zonnecellen, alias PV-cellen

De basis van een PV-cel is een heel dun plakje silicium. Dit materiaal wordt gemaakt van zand. Net als glas. Het lijkt ook wel een beetje op glas. Het zit eigenlijk tussen glas en steen en metaal in. En nu komt de grote truc. De bovenkant van dit plakje silicium is anders dan de onderkant. Dat heeft te maken met het aantal 'gaatjes' voor elektronen. In de bovenkant zitten meer vrije gaatjes dan in de onderkant. Daar kunnen de elektronen naartoe springen. Maar dan moeten we eerst weten wat elektronen zijn.

Elektronen

Ook een elektron is een pakketje met energie. Net als een foton. Anders dan een foton kan een elektron niet door de lucht stralen. Een elektron zit vast in een materiaal, bijvoorbeeld in het draadje van je telefoon-oplader. Hoewel, het elektron zit niet helemaal vast. In het materiaal zitten 'gaatjes' waarin de elektronen liggen te slapen. Als een elektron 'wakker wordt', dan kan hij binnen het materiaal verder springen naar een ander 'gaatje'. Als er heel veel elektronen wakker worden en van gaatje wisselen, dan gaat er een stroom lopen in het draadje van je oplader, richting de accu van je telefoon. Dat gebeurt als je de oplader in het stopcontact steekt. Dat komt doordat het stopcontact een hoge spanning heeft (230 volt). Daar worden die elektronen wakker van.

Draadjes

Zoiets gebeurt ook in de PV-cel. De ene kant van het silicium vangt een foton op. Dit foton verandert in een elektron. Daarvan zit er nu één teveel aan de ene kant van het silicium laagje. Daarom springt er een elektron naar de andere kant van het silicium. En dus moeten ze allemaal wakker worden en een plaats verder springen. Door al die sprongen verandert de spanning. En door die spanning gaat er een stroom lopen. Als je van heel dichtbij naar een zonnepaneel kijkt, zie je allemaal heel dunne draadjes over de silicium-oppervlakte lopen. Die draadjes vangen de springende elektronen op. Alle draadjes komen via-via uiteindelijk uit bij jouw stopcontact. En daar heb je dan je zonnestroom!