Het principe van energieopwekking met zonnepanelen

De zon schijnt op de PN-overgang van de halfgeleider, waardoor een nieuw gat-elektronpaar ontstaat. Onder invloed van het elektrische veld van de PN-overgang stroomt het gat van het P-gebied naar het N-gebied en het elektron van het N-gebied naar het P-gebied. Wanneer het circuit wordt aangesloten, ontstaat er stroom. Zo werken zonnecellen op basis van het foto-elektrisch effect.

Zonne-energieopwekking. Er zijn twee soorten zonne-energieopwekking: de omzetting van licht in warmte en de directe omzetting van licht in elektriciteit.

(1) De licht-warmte-elektriciteitsomzettingsmethode maakt gebruik van de door zonnestraling opgewekte thermische energie om elektriciteit te genereren. Over het algemeen wordt de geabsorbeerde thermische energie door de zonnecollector omgezet in stoom, waarna de stoomturbine wordt aangedreven om elektriciteit op te wekken. Het eerste proces is het licht-warmteomzettingsproces; het tweede proces is het warmte-elektriciteitsomzettingsproces.

(2) Het foto-elektrisch effect wordt gebruikt om de energie van zonnestraling rechtstreeks om te zetten in elektrische energie. Het basiselement van de foto-elektrische omzetting is de zonnecel. Een zonnecel is een apparaat dat de energie van zonlicht rechtstreeks omzet in elektrische energie door middel van het fotovoltaïsche effect. Het is een halfgeleiderfotodiode. Wanneer de zon op de fotodiode schijnt, zet de fotodiode de energie van het zonlicht om in elektrische energie en genereert stroom. Wanneer veel cellen in serie of parallel worden geschakeld, kan een vierkant raster van zonnecellen met een relatief groot uitgangsvermogen worden gevormd.

Momenteel is kristallijn silicium (inclusief polysilicium en monokristallijn silicium) het belangrijkste fotovoltaïsche materiaal, met een marktaandeel van meer dan 90%, en het zal naar verwachting nog lange tijd het meest gebruikte materiaal voor zonnecellen blijven.

De productietechnologie van polysiliciummaterialen is lange tijd in handen geweest van 10 fabrieken van 7 bedrijven in 3 landen, namelijk de Verenigde Staten, Japan en Duitsland, wat heeft geleid tot een technologische blokkade en een marktmonopolie.

De vraag naar polysilicium komt voornamelijk van halfgeleiders en zonnecellen. Afhankelijk van de vereiste zuiverheid wordt het onderverdeeld in polysilicium van elektronische kwaliteit en polysilicium van zonnecelkwaliteit. Ongeveer 55% van het totale aandeel is polysilicium van elektronische kwaliteit, terwijl polysilicium van zonnecelkwaliteit 45% vertegenwoordigt.

Door de snelle ontwikkeling van de fotovoltaïsche industrie groeit de vraag naar polysilicium voor zonnecellen sneller dan de ontwikkeling van polysilicium voor halfgeleiders. Naar verwachting zal de vraag naar polysilicium voor zonnecellen in 2008 die naar polysilicium voor elektronische toepassingen overtreffen.

In 1994 bedroeg de totale productie van zonnecellen wereldwijd slechts 69 MW, maar in 2004 was dit bijna 1200 MW, een zeventienvoudige toename in slechts 10 jaar. Experts voorspellen dat de zonne-energie-industrie in de eerste helft van de 21e eeuw kernenergie zal overtreffen als een van de belangrijkste basisenergiebronnen.