Het Sungevity blog

Jasper legt uit: Lagen en Coatings

Het is natuurlijk ontzettend tof, zo’n rij zonnepanelen op je dak. Je hebt je eigen lokale energiefabriekje. Maar hoe zitten zonnepanelen nu precies in elkaar? En hoe produceren ze elektriciteit? Onze in-house natuurkundeleraar en Project Manager Customer Care Jasper legt ‘t uit. Deze keer: lagen en coatings.

Je wist het misschien nog niet, maar een zonnepaneel bestaat uit verschillende lagen. En al deze lagen hebben weer hun eigen eigenschappen en functies. Deze week legt Jasper uit welke lagen er precies in een zonnepaneel zitten, en waar ze goed voor zijn. Met onder andere: hoe werken de verschillende coatings die op zonnepanelen worden aangebracht? En: waar zijn die strepen op een zonnepaneel goed voor?

1) Frame

Het frame houdt alle lagen van het zonnepaneel stevig bij elkaar. Verder maakt het frame het makkelijker om de zonnepanelen aan een dak te bevestigen.

2) Glasplaat

De bovenkant van een zonnepaneel bestaat uit veiligheidsglas. Deze plaat beschermt de zonnecellen niet alleen tegen weersinvloeden zoals hagel en sneeuw, maar ook tegen hoge temperaturen. Jasper: 'Glas geleidt warmte relatief goed. Je wilt dat een zonnecel zijn warmte snel kwijt kan, omdat het minder stroom produceert als het warm is. Glas is daar erg geschikt voor. Metaal zou nog beter zijn, maar daar kan natuurlijk geen zonlicht doorheen.'

Anti-spiegellaag: afgekeken van brillen

Op de plaat is een anti-reflecterende coating aangebracht, die ervoor zorgt dat zoveel mogelijk zonlicht de zonnecellen bereikt. Of een oppervlakte een hoge reflectiviteit heeft kun je zien aan hoeveel een oppervlakte spiegelt. 'Veel van de technologie die op zonnepanelen wordt gebruikt is afgekeken van brillen. Als je geen anti-reflectielaag op je bril zou hebben zou je je eigen oog deels in je bril kunnen zien.' Aangezien zonnecellen op zonlicht werken, wil je dat de lagen boven de cellen zo min mogelijk spiegelen.

'Dit is een wat technischer verhaal: hoeveel een materiaal reflecteert hangt af van het verschil in brekingsindex tussen twee materialen. De brekingsindex van lucht en glas verschillen erg van elkaar. Door een coating te kiezen met een brekingsindex die tussen die van glas en lucht in zit, verklein je het verschil, en zorg je dus dat er minder licht wordt gereflecteerd.' Zo'n anti-reflectieve laag kan op verschillende plekken in het zonnepaneel worden toegepast, zowel op het glas als op de zonnecellen zelf. Door het op meerdere plekken toe te passen vergroot je de hoeveelheid licht die de zonnecellen bereikt. 'Twee materialen worden het vaakst gebruikt voor deze coating op zonnepanelen: siliciumnitride en titaniumdioxide. De dikte van de laag hangt af van welk soort licht je door wil laten, maar hierbij moet je denken aan nanometers. Je ziet de laag natuurlijk niet met het blote oog!' Bij zonnepanelen is het belangrijk dat de coating zichtbaar licht doorlaat.

Water? Liever niet
De anti-reflecterende coating werkt ook water- en vuilafstotend. Als het regent spoelt bijna al het vuil zo van de panelen af. Dit betekent dat zonnepanelen maar eens in de twee jaar schoon hoeven worden gemaakt. Een materiaal dat vloeistof afstoot heet hydrofoob. ‘De coating op zonnepanelen zorgt ervoor dat het paneel een hele specifieke ruwheid krijgt. Als een laag te glad is zakt de hele waterdruppel daar op in. Terwijl als je de juiste ruwheid hebt, dan blijft de druppel er mooi op liggen waardoor de druppel makkelijker van de coating kan glijden. Je kijkt naar de oppervlaktespanning van de druppel: de puntjes moeten op de juiste afstand liggen.’ Ver genoeg om zo min mogelijk contact te maken, maar ook niet weer zo ver dat de druppel uit elkaar valt en een plasje wordt. ‘Dit werkt hetzelfde als de waterafstotende spray die je op je schoenen kunt spuiten. In de spray zitten hele kleine deeltjes die de juiste ruwheid creëren zodat waterdruppels zich niet aan je schoenen hechten maar er af rollen.’

Het effect van verschillende materiaal-ruwheden op waterdruppels. (Tuteja et al., 2008)

3) Plastic seal

Direct boven- en onder de zonnecellen zit een plastic laag die ervoor zorgt dat de zonnecellen droog blijven. Deze lagen worden aan elkaar gelamineerd zodat ze goed waterdicht zijn. Ze functioneren ook als een soort kussentje, om de zonnecellen te beschermen tegen schokken.

4) Fingers en busbars

Op elke zonnecel lopen dunne zilverkleurige lijntjes. Deze lijnen transporteren de gelijkstroom die opgewekt wordt in de zonnecellen naar het aanhechtingspunt met de rest van het systeem. ‘Dit is eigenlijk gewoon het elektrische circuit. De zilveren lijntjes zorgen ervoor dat elektronentransport kan plaatsvinden. Elektronen zijn eigenlijk heel simpele deeltjes: als ze een geleider zien, bewegen ze het liefst langs die geleider.’ De twee grotere lijnen heten de busbars, terwijl de fingers naar de zijkanten van de zonnecellen lopen vanuit de busbars. Zilver wordt op dit moment het meest gebruikt in zonnepanelen. ‘Maar er wordt veel onderzoek gedaan of er minder zeldzame materialen gebruikt kunnen worden. Of bijvoorbeeld doorzichtige materialen, want nu zorgen de fingers en busbars nog steeds voor een beetje schaduw op de zonnecellen.’

Op sommige panelen zijn ook bredere witte lijnen zichtbaar. Dit is de achterplaat die je ziet. Er moet namelijk wat ruimte tussen de zonnecellen zitten zodat ze kunnen uitzetten als ze warm worden. Als de achterplaat zwart is zijn deze strepen minder goed zichtbaar. Veel mensen vinden dit mooier, maar de zwarte achterplaat neemt wel meer zonnewarmte op, waardoor het paneel iets minder efficiënt is.

5) Zonnecellen: this is where the magic happens!

De zonnecellen zijn de sterren van het zonnepaneel, zij zetten namelijk licht om in stroom. Hoe dit precies in zijn werk gaat legt Jasper de volgende keer uit.

6) Achterplaat

Deze plaat van plastic of glas zorgt voor een nette en stevige afwerking aan de achterkant van het zonnepaneel. Het beschermt de zonnecellen tegen hoge temperaturen en vocht en isoleert de panelen, wat de prestatie en de veiligheid van de panelen bevordert.

De komende tijd zet Jasper zijn natuurkunde- en lerarenskills in om de techniek achter zonnestroom uit te leggen. Volgende maand weer een nieuwe blog in de serie Jasper Legt Uit, met onder andere: hoe werken zonnecellen precies? En wat heeft Black Friday met zonnestroom te maken?

Nog geen kennis gemaakt met Jasper? Lees zijn eerste blog hier terug.

Ontdek wat jij kunt besparen