31 december 2020

zonnepaneel, de uitvinder en geschiedenis

People photo created by senivpetro - www.freepik.com

Polly Translate
Voiced by Amazon Polly

Tessa 13j, Eelke 14j: Wij willen voor een werkstuk heel graag weten wie de uitvinder is van de zonnepaneel en/of wat er mee te heeft. En niet alleen een naam maar ook wat voor persoon het is. En wat voor duurzame gebruikten ze vroeger?

A: Meneer Becuerel bedacht het zonnepaneel, en de zonnecel. In die tijd dachten enkel geleerden over duurzaam. De rest…die kon het woord nog niet spellen. Lees Meer….

Biografie van Antoine Cesar Becuerel

Naam uitvinder: Antoine Cesar Becuerel
Datum Geboren: 1852
Datum Overleden: 1908

Meer info over Meneer Becuerel hier (engels).


Uitvindingen van Antoine Cesar Becuerel

JaartalUitvindingUitvinder
1839Ontwikkeling eerste zonnecelAntoine Cesar Becuerel


Zonne-energie is een van de manieren van energie opwekking die niet schadelijk is voor het milieu. We gebruiken namelijk de als energie bron. Hoe het in zijn werk gaat om energie uit de zon te halen wordt in de volgende hoofdstukken uitgebreid beschreven.

De hele ontwikkeling rondom de zonnecel begon in 1839 toen Antoine-Cesar Becquerel aan het experimenteren was met een elektrode die in het bijzijn van licht energie opwekte. 50 jaar later ontwierp Charles Fritts de eerste echt zonnecel. Deze cel was opgebouwd uit een halfgeleider selenium met daarover een coating van een bijna transparant laagje goud. De zonnecel had een rendement van 1% Ook al was het rendement bijna te vergelijken met niks de visie was er: “energie opwekken met schone energie” In 1927 demonstreerde men een nieuw soort zonnecel die was opgebouwd uit koper en de halfgeleider koperoxide. In 1930 werden de selenium zonnecel en de koperoxide zonnecel opgenomen in de lijst van de lichtgevoelige instrumenten.
Het rendement van de zonnecellen bleef rond de 1% hangen totdat in 1941 Russell Ohl de silicium zonnecel uitvond. Dertien jaar later demonstreerde drie Amerikanen G.L. Pearson, Daryl Chapin and Calvin Fullen een zonnecel die een rendement had van 6% in direct zonlicht. Laat in de jaren 80 werden zonnecellen ontworpen met een rendement van meer dan 20%. Deze zonnecellen werden gemaakt van gallium arsenide. In 1989 werden er zonnecellen ontworpen die d.m.v lenzen meer zonlicht konden opvangen. Deze zonnecellen hadden een rendement van 37%. Tegenwoordig is het al mogelijk om de kosten te drukken van de zonnecel en er zijn nu al goedkope zonnecellen te koop.

Hoe werkt nu eigenlijk zo’n zonnepaneel? Een zonnepaneel bestaat uit 2 lagen silicium. De bovenste laag is naar de zon of het licht gericht en het andere gedeelte, de 2e laag is naar een zwarte/donkere kant gericht. Bovenop de laag die naar de zon is gericht zit een matrix van metalen draden. Deze zorgen dat het potentiaal verschil wat optreedt gebruikt kan worden door een externe belasting. In een zonnepaneel kunnen soms honderden zonnecellen voorkomen.
Hoe komt nu eigenlijk dat potentiaal verschil tot stand? Silicium heeft normaal gesproken geen los springende elektronen. Een pure silicium kristal heeft altijd atomen met vier elektronen. Om dit eigenlijk op te lossen gaat met het silicium kristal vervuilen met een ander zodat er 2 soorten silicium ontstaan. N-type silicium en P-type silicium.
N-type silicium: Dit houdt in dat het silicium wat ontstaat extra elektroden tot zijn beschikking heeft. Arsenicum heeft 5 elektronen, als men nu een atoom silicium vervangt door een atoom arsenicum dan zullen de vier elektronen zich binden met de naastgelegen elektronen. De overgebleven elektronen hebben vrij weinig energie nodig om zich los te breken en rond te gaan zweven. De elektrische kan verplaatst worden door de beweging van negatieve ladingen de elektronen.
P-type silicium: Dit houdt in dat het silicium wat ontstaat elektronen te kort komt. Hierdoor ontstaan kleine kamertjes waar een elektron zijn eigen in kan plaatsen. Gallium bijvoorbeeld heeft 3 elektronen. Omdat gaten (kamertjes) in zo’n atoom grote kracht uitvoeren op de omgeving kan dit atoom beschouwd worden als een positief atoom.
Om een verontreiniging te maken is maar heel weinig materiaal nodig. Zo’n 1 atoom op de 1.000.000.000 silicium atomen. Fosfor, arsenicum of antimoon worden vaak gebruikt om een N-type silicium laag te maken. Aluminium, gallium of indium worden vaak gebruikt om een P-type silicium laag te maken.
Als er nu op deze twee lagen geen zonlicht valt dan lopen de elektronen van de N laag naar de P laag om de kamertjes op te vullen. Dit veroorzaakt dat bij de verbinding tussen deze 2 lagen een tegenovergestelde lading ontstaat. Bij de verbinding veranderd de N-laag in de P-laag en de P-laag veranderd in de N-laag. Het gevolg is dat er geen potentiaal verschil optreed.
Als er nu wel licht of zonlicht op de N-type plaat valt dan veranderd de zaak. Het licht dringt door de N-type laag heen naar de P-type laag. Het gevolg is dat daar elektronen worden losgetrokken omdat deze aangetrokken worden door de positieve lading van het licht. Deze stromen door de verbindingslaag heen naar de N-type laag.
Daar zijn ze overbodig en worden afgevoerd via de metalen draden. Aan de P-type laag zijn er dus elektronen onttrokken en moeten dus ook aangevoerd worden. Dit gebeurt door de draden die van de externe belasting af komen. Deze elektronen komen dan weer op hun plaats terecht en het verhaal begint weer overnieuw.
Hoe gaat het gebruik van een zonnecel er in de toekomst uit zien? Wel er wordt gesproken over zonnecellen die een hoger rendement gaan krijgen zodat de opbrengt ook groter zal worden. Waarschijnlijk wordt het dan mogelijk om grotere vermogens uit deze cellen te halen.

Ook zullen huizen in de toekomst voorzien worden van apparaten die op zonne-energie werken. Want we weten het allemaal de fossiele brandstoffen zullen een keer opraken en dan moet er toch echt een andere manier zijn om aan energie te komen. Zonne-energie zal dus in de toekomst een grotere rol gaan spelen.

Bron : ThinkQuest Team LL032  Een prachtige website over de van uitvindingen en hun uitvinders.