Zonne-energie lijkt het antwoord op alles, nietwaar? Zonne-energie is goedkoop, schoon en duurzaam - maar waar gaat het allemaal om? In deze serie gaan we het je uitleggen.
Kijk, daar in de ruimte, zo'n 93 miljoen mijl verderop, is er een gigantische, nucleaire explosie die al miljarden jaren brandt, licht en energie in alle richtingen schiet - en heel veel van die energie bereikt ons hier, op aarde. Zoals heel veel. Zo veel, jongens - genoeg om alle planten en dieren op de planeet miljarden keren te hebben gevoed ... en het zal niet snel opraken. Bovendien kunnen we die energie benutten. Als de zon schijnt, kunnen we die zonneschijn omzetten in goedkope, schone elektriciteit, en opslaan in batterijen voor later, als de zon niet schijnt.
Dit alles roept de vraag op: waarom doen we dat niet?
LATEN WE BEGINNEN BIJ HET BEGIN
We kunnen hier zitten en praten over de verschillende samenzweringen en machinaties en speciale interesses en over het algemeen slechte mensen die "terughoudend" zijn het idee dat zonne-energie een reguliere energiebron kan zijn letterlijk de hele dag - en dat zullen we ook doen.
Voordat we dat doen, moeten we er echter voor zorgen dat we allemaal begrijpen wat we bedoelen met 'zonne-energie' zoals het vandaag bestaat. Laten we het hebben over wat zonne-energie is en hoe het werkt.
DEFINITIES
In de breedste zin is zonne-energie de energie die van de zon komt en kan verwijzen naar de warmte- of lichtenergie die we van de zon krijgen, of - soms - zowel de warmte- als de lichtenergie.
Maar als we denken aan 'zonne-energie' vanuit een clean tech-perspectief, denken we meestal aan technologie die zonlicht omzet in elektriciteit. Dit neemt meestal de vorm aan van "zonnepanelen" die zijn samengesteld uit een aantal fotovoltaïsche "cellen" die de energie van dat licht omzetten in elektriciteit.
celarraypaneel - hoe werkt zonne-energie?Om te begrijpen hoe die conversie gebeurt, kunnen we naar het woord zelf kijken: fotovoltaïsch. "Foto" komt van het Griekse woord voor licht, dat is waar "foton", hetzelfde wordt gegeven aan een enkel deeltje licht. "Voltaic" komt ondertussen van "volt", de SI-eenheid van elektrische kracht die voor het eerst werd beschreven door Alessandro Volta, naar wie de eenheid is vernoemd. Zeggen dat iets fotovoltaïsch is, wil dus zeggen dat dat ding licht (een foton) omzet in elektriciteit (spanning).
Die “fotovoltaïsche” of “fotoëlektrisch effect' gebeurt op atomair niveau. Dat betekent dat wanneer een superklein foton een atoom precies op de juiste manier raakt, het atoom een foton absorbeert en een elektron vrijgeeft (of "afstoot"). De beweging van elektronen is - je raadt het al! - elektriciteit.
Leuk weetje: Het foto-elektrische effect werd voor het eerst waargenomen door een Franse natuurkundige waar je waarschijnlijk nog nooit van hebt gehoord Edmund Bequerel in 1839. Hij ontdekte dat bepaalde materialen kleine hoeveelheden elektriciteit zouden produceren bij blootstelling aan zonlicht. Toen, in 1905, een man die je waarschijnlijk hebben hoorde van genaamd Albert Einstein beschreef deze foto-elektrische eigenschap van licht. Het dit werk, en niet zijn beroemde relativiteitstheorie en zijn elegante E = mc²-oplossing, die hem uiteindelijk een Nobelprijs voor de natuurkunde opleverde in 1921. Op 26-jarige leeftijd.
Alle zonnepanelen gebruiken dit fotovoltaïsche - of "PV" -effect om zonlicht om te zetten in elektriciteit. Maar aangezien we het hier hebben over atomen en fotonen en andere kleine dingen, zou je kunnen denken dat de hoeveelheid elektriciteit die wordt opgewekt met behulp van het PV-effect even klein is … en je zou gelijk hebben!
Individuele PV-cellen zijn meestal klein en genereren doorgaans slechts ongeveer 1 of 2 watt aan elektriciteit. Niet eens genoeg om een gloeilamp (!) van stroom te voorzien. Om voldoende elektriciteit op te wekken om nuttig te zijn, zijn een aantal cellen in kettingen met elkaar verbonden om grotere eenheden te vormen die modules worden genoemd, en deze modules kunnen zelf aan elkaar worden geketend en samengevoegd tot nog grotere 'arrays'. Die arrays worden vervolgens geïnstalleerd in panelen die buiten in de zon kunnen worden geplaatst om elektriciteit te produceren. Als we het over zonnepanelen hebben, dan is dat waar je het over hebt: een paneel met heel veel PV-cellen.
EEN BEETJE MEER DETAIL
Nu je een basiskennis hebt van wat zonne-energie is en de fysieke processen (de "fysica") van hoe het werkt, zou je kunnen denken dat het tijd is om overal zonnepanelen te gaan plaatsen - en hoewel je waarschijnlijk gelijk hebt, is er een iets meer dat u moet weten om op intelligente wijze enkele van de echte problemen te bespreken waarmee een meer wijdverbreide implementatie van zonne-energie wordt geconfronteerd. De meest materiële van deze kwesties zijn, passend, materialen.
SILICIUM & ZONNECELLEN
Marktaandeel van kristallijn silicium zonnecellen pv-cellen” data-image-caption="
Figuur 1. Marktaandelen van verschillende fotovoltaïsche technologieën. Gegevens gebaseerd op de jaarlijkse marktonderzoeken gepubliceerd in Photon International. Aken, Duitsland: Photon Europe.
Figuur 1. Marktaandelen van verschillende fotovoltaïsche technologieën. Gegevens gebaseerd op de jaarlijkse marktonderzoeken gepubliceerd in Photon International. Aken, Duitsland: Photon Europe.
Silicium is de onbetwiste marktleider als het gaat om commerciële en residentiële zonne-energie, en zakt zelden onder de 90% van het totale PV-marktaandeel (boven). Het is ook een van de meest voorkomende elementen op aarde, en omdat het in feite "zand" is, kan het zowat overal en op elk continent worden gevonden. Het is goedkoop en gemakkelijk te verkrijgen, maar je hebt waarschijnlijk gemerkt dat je op een zonnige dag niet zomaar een USB-kabel op het strand kunt aansluiten en je telefoon kunt opladen. Dat komt omdat op silicium gebaseerde PV-cellen niet van gewoon silicium zijn gemaakt.
In plaats daarvan zijn PV-cellen gemaakt van kristallijn silicium. Dat is silicium dat chemisch is behandeld en verwerkt, zodat het verandert in een kristal. Er zijn een paar verschillende manieren om dit te laten gebeuren, maar als het eenmaal klaar is, is de volgende stap om het kristal in superdunne plakjes te snijden die 'wafels' worden genoemd. Van daaruit worden de twee zijden van de wafer behandeld, zodat de elektriciteit maar in één richting kan stromen. Dat zorgt ervoor dat de wafer zich gedraagt als een "diode" (onthoud dat woord, het komt later weer naar voren), die de stroom van de vrije elektronen regelt.
Vergeet niet: die stroom van elektronen is elektriciteit, en het vermogen om die elektriciteit in gloeilampen of elektrische motoren of batterijen te leiden, is wat zonne-energie nuttig maakt voor mensen. PV-materialen zoals silicium absorberen altijd fotonen en geven elektronen vrij - zonne-energietechnologie maakt gebruik van die elektronen en zet ze voor ons aan het werk.
VOLGENDE
Nu je hebt geleerd hoe licht elektriciteit creëert door ervoor te zorgen dat atomen elektronen afstoten terwijl ze zonlicht absorberen, en hoe de productie van PV-cellen van gekristalliseerd silicium helpt om de beweging (of de "stroom") van elektronen vast te leggen en te beheersen, het is waarschijnlijk veilig om te zeggen dat je net genoeg weet over hoe zonne-energie werkt om jezelf in de problemen te brengen. Maar maak je geen zorgen, we gaan je uit de problemen houden door je zonne-educatie voort te zetten in het volgende deel van onze CleanTechnica Gids voor zonne-energie: HOE ZONNE-ENERGIE WERKT | VROEGE GESCHIEDENIS VAN SOLAR.
Originele inhoud van CleanTechnica.
Waardeer je de originaliteit van CleanTechnica? Overweeg om een CleanTechnica-lid, ondersteuner, technicus of ambassadeur - of een beschermheer op Patreon.
