Wat zijn foto-elektrochemische cellen?

Foto-elektrochemische cellen worden gebruikt om doormiddel foto-elektrochemie elektrische energie op te wekken uit zonlicht. Foto-elektrochemische cellen worden ook wel PEC’s genoemd en zijn een variant van zonnecellen. Naast foto-elektrochemische cellen worden voor het opwekken van elektrische energie uit zonlicht ook fotovoltaïsche cellen gebruikt. Bij foto-elektrochemische wordt echter gebruik gemaakt van het principe foto-elektrochemie. Daarvoor bevatten deze cellen een halfgeleidende fotoanode en een metaalkathode die in een elektrolyt is ondergedompeld. Er zijn foto-elektrochemische die elektrische energie produceren maar er zijn ook varianten van deze cellen die worden gebruikt om waterstof produceren in een proces dat lijkt op de elektrolyse van water.

Een foto-elektrochemische cel heeft eigenschappen van een zonnecel in combinatie met een batterij. Dat betekend dat deze cel energie op een chemische manier kan opslaan. Zonlicht wordt in een foto-elektrochemische cel niet direct omgezet in elektrische energie maar eerst in chemische energie. Dat zorgt er voor dat de energie makkelijker kan worden opgeslagen. Chemische energie kan namelijk makkelijker worden opgeslagen dan elektrische energie. Dat maakt foto-elektrochemische een effectief middel om energie op te wekken uit zonlicht. Toch worden foto-elektrochemische veel minder gebruikt voor het opwekken van energie dan fotovoltaïsche cellen.

Wat zijn fotovoltaïsche cellen?

Fotovoltaïsche cellen zijn gemaakt van halfgeleidend materiaal en worden gebruikt om zonlicht om te zetten in elektrische energie. Over het algemeen gebruikt men niet één fotovoltaïsche cel maar meerdere fotovoltaïsche cellen gezamenlijk om energie op te wekken uit zonlicht. Deze cellen worden onder andere geplaatst in zonnepanelen die gebruikt worden om zonne-energie om te zetten in elektriciteit. Een fotovoltaïsche cel bestaat onder andere uit silicium. Dit is een halfgeleidend materiaal. Door de inwerking van zonlicht worden de elektronen in beweging gebracht en springen ze over van het ene atoom naar het andere atoom. Voor het opwekken van een elektrische stroom moeten de elektronen tijdens dit proces in één enkele richting bewegen.

Om dit te realiseren wordt een elektrische spanning tot stand gebracht tussen een negatieve pool, die een overschot aan elektronen bevat, en een positieve pool die een tekort aan elektronen heeft. Als dit is gerealiseerd zullen de elektronen zich verplaatsen op een manier die vergelijkbaar is met een batterij. Fotovoltaïsche cellen werken op basis van zonlicht en niet op basis van warmte. Daarom is de inwerking van zonlicht noodzakelijk om met deze cellen duurzame elektrische energie op te wekken. In zonnepanelen worden zoveel mogelijk fotovoltaïsche cellen geplaatst om zoveel mogelijk zonlicht om te zetten in elektriciteit. Zo wordt het rendement van zonnepanelen zo groot mogelijk.

Wat is een zonnecel en waarvoor kan een zonnecel worden gebruikt?

Zonnecellen zijn elektrisch en worden gebruikt om de energie die afkomstig is van licht om te zetten in elektrische energie. Deze elektrische energie kan worden getransporteerd door goed geleidende metalen zoals koper. Hierdoor is elektrische energie bruikbaar in woningen en bedrijfspanden. Een zonnecel zorgt er voor dat deze elektrische energie beschikbaar wordt gemaakt doordat de zonnecel zonlicht kan omzetten. Er worden twee verschillende soorten zonnecellen gebruikt. De fotovoltaïsche cel is de bekendste zonnecel en wordt onder andere gebruikt in de zonnepanelen. Daarnaast zijn er ook Foto-elektrochemische cellen.

Fotovoltaïsche cellen
In zonnepanelen worden de fotovoltaïsche cellen met grote hoeveelheden tegelijk geplaatst. Deze fotovoltaïsche cellen bestaan uit een vaste stof. Dit type zonnecel wordt ook wel PV-cel genoemd. De afkorting PV staat voor Photo-Voltaic. Dit type cel wordt gebruikt in zonnepanelen. Zonnecellen worden massaal geplaatst in zonnepanelen zodat voldoende rendement kan worden gerealiseerd.

Hoe werkt een zonnepaneel?
Zonnepanelen produceren gelijkstroom. Wanneer een zonnepaneel aangesloten is op een omvormer kan deze gelijkstroom in wisselstroom omzetten. De wisselstroom kan direct worden gebruikt om apparaten te voorzien van stroom. Daarnaast kan doormiddel van een zonnepaneel ook een accu worden opgeladen. Het opladen van een batterij is alleen verstandig wanneer er geen netstroom beschikbaar is. Dit kan bijvoorbeeld gebruikt worden voor verlichtingssystemen die niet aangesloten zijn op het stroomnet.  Hierbij kan gedacht worden aan tuinverlichting, lichtbakens, lichtsignalen of pompsystemen in weilanden voor het oppompen van water voor het vee. PV-panelen kunnen, zoals eerder genoemd is, ook direct op het lichtnet worden aangesloten. Hierdoor kunnen deze zonnepanelen meteen elektrische stroom leveren.

Foto-elektrochemische cellen
Foto-elektrochemische cellen zijn zogenoemde ‘natte zonnecellen’. Deze bestaan niet uit een vaste stof zoals de hierbovengenoemd fotovoltaïsche cellen.  Foto-elektrochemische cellen worden ook wel PEC’s genoemd. PEC is een Engelse afkorting en staat voor Photoelectrochemical. Dit zijn zonnecellen die gebruik maken van foto-elektrochemie. Foto-elektrochemische cellen halen elektrische energie uit licht. Deze zonnecellen kunnen daarnaast ook energie op een chemische manier opslaan. Deze cellen bestaan uit een halfgeleidende fotoanode en daarnaast een metaalkathode. Deze metaalkathode is ondergedompeld in elektrolyt. Foto-elektrochemische cellen kunnen worden gebruikt voor het omzetten van lichtenergie naar elektrische energie. Daarnaast worden deze zonnecellen ook gebruikt voor de productie van waterstof. Het laatste proces lijkt op de elektrolyse van water. Dit type zonnecel wordt minder vaak gebruikt dan de vaste fotovoltaïsche cellen.

Duurzame energie
Zonnepanelen worden tegenwoordig veel gebruikt voor het opwekken van elektriciteit. Zonne-energie is duurzame energie omdat er geen gebruik wordt gemaakt van fossiele brandstoffen die op kunnen raken. De zon is altijd aanwezig en levert altijd energie in de vorm van licht en warmte ook wanneer er wolken tussen de zon en de zonnepanelen aanwezig zijn.

De zon schijnt kosteloos en daardoor is zonne-energie een effectieve kostenbesparing. De aanschafprijs van zonnepanelen moet echter wel terugverdient worden. Bedrijven kunnen met het gebruik van zonnepanelen ook naar buiten toe tonen dat ze werk maken van milieuverantwoord ondernemen. Het gebruik van duurzame energie wordt daardoor een belangrijk middel in public relations.

Niet alleen bedrijven maken veel gebruik van zonnepanelen, ook particulieren kiezen er vaak voor om zonnepanelen op hun daken te laten plaatsen om daarmee voor een deel in hun eigen energiebehoefte te voorzien. In Nederland wordt daarnaast ook gekeken naar zonnevelden. Op Ameland wordt een zonneveld geplaatst met honderden zonnepanelen. Hiermee wil Ameland een groot deel van haar eigen energie opwekken. Het rendement van zonnepanelen is van groot belang wanneer de aanschaf van zonnepanelen wordt overwogen. De techniek en de fabricage van zonnepanelen wordt steeds beter. Zonnepanelen worden steeds meer 3D toegepast.  Zonnekegels leveren meer rendement op dan de standaard zonnepanelen. Zo zouden zonnekegels die langzaam draaien op daken in de zon ongeveer twintig procent meer elektriciteit genereren dan de bekende vlakke zonnepanelen.