Wat gebeurt er met overtollige energie van zonnepanelen?

Op maandag 27 mei 2024 22:41:37 schreef deKees:
De stroom die door de zonnecellen wordt opgewekt wordt dan ook weer door diezelfde zonnecellen verbruikt.

Als je een elektron uit een silicium atoom mept door zonnestraling en datzelfde atoom vangt dat elektron weer in (want het kan nergens heen) vind ik niet dat je kan spreken van een stroom. Dat zonnepaneel wordt niks warmer dan een zwart geverfde ijzeren plaat.

Het is maar net hoe je het bekijkt.

Je kunt ook in het donker een externe spanning op het paneel zetten. Dan loopt er wel degelijk stroom door de dioden.

Maar inderdaad, een electron die uit zijn baan raakt tgv een foton en daarna weer terugvalt kun je ook zien als mislukt. En de 'stroom' is niet meetbaar.

En als het paneel stroom levert dan wordt een deel van de ingestraalde energie afgevoerd via de kabels, dus het paneel wordt minder warm.

Als dan het circuit verbroken wordt dan wordt de volledige zonne-energie weer wel in het paneel omgezet in warmte, net alsof de zonnestroom ook in het paneel wordt gedissipeerd.

Op maandag 27 mei 2024 22:41:37 schreef deKees:
Een paneel bestaat uit 60 dioden in serie. Die staan in doorlaat richting. Als er geen stroom afgenomen wordt en er is voldoende zonlicht dan wordt de spanning zo hoog dat die dioden gaan geleiden. De stroom die door de zonnecellen wordt opgewekt wordt dan ook weer door diezelfde zonnecellen verbruikt.

En dat staat los van de bypass dioden want die staan anti-parallel. Die komen pas in aktie als een externe bron een negatief voltage op het paneel zet. Meestal als gevolg van de andere panelen in de string.

Die 60 dioden staan in geen enkele richting, lijkt mij. De keten is open.
Valt er zonlicht op, dan gaat er door de temperatuursverhoging de elektronen wat sneller bewegen, waardoor er meer warmte wordt opgewerkt. Als dat affakkelen is, heb ik een verkeerde gedachte bij affakkelen.

De by-pass dioden staan niet anti-parallel, maar overbruggen een deel, 20 of 30 zonnecellen van het zonnepaneel, zodat de opgewekte stroom niet geblokkeerd wordt door een (deels) beschaduwd paneel. De stringspanning zakt dan wat, afhankelijk van het aantal werkende by-pass dioden.
Leg maar eens een deken of een stuk karton ter grootte van een zonnepaneel op een paneel en meet de spanning maar.

Edit: correctie van de anti-parallel geschakelde by-pass dioden

En normaal moeten zonnepanelen elk jaar gereinigd worden, kijk maar eens naar die er al lang liggen... Vogelpoep, zand en mos zijn je vrienden. Die panelen zijn al niet erg efficiënt, zo gaat je percentage nog een goed stuk naar benden.

Nee zonnepanelen gaan ons klimaat zeker niet redden, daar zijn ze niet efficiënt genoeg voor. Bij veel zon en hitte gaat die opbrengst nog meer naar beneden. Je bespaart wat op je rekening en moet dan ook nog eens wat jaren wachten vooraleer je echt wat geld in het laadje ervan overhoud...

Windmolens zijn een betere oplossing, maar ja wie wil dat in zijn tuin?

Ze zetten nu woestijnen vol met zonnepanelen, een belachelijk idee, en het wordt met al die reflectie en hitte, nog heter...

Nee zonnepanelen gaan ons klimaat zeker niet redden, daar zijn ze niet efficiënt genoeg voor.

Ik weet niet waar je dat haalt? In Nederland heeft nu zo'n 25GW piek aan opgesteld solar vermogen. 4,8GW daarvan is er vorig jaar bij gekomen.
Het enige probleem daarvan is dat het niet vol continu inzetbaar is, maar dat is wind ook niet. Bijkomend nadeel voor solar is dat je in de winter hoe dan ook nog maar een fractie van je opwek hebt.
Maar dat heeft niets met efficiëntie te maken.

Ter beeldvorming, de paar grote (fossiele) centrales die we in Nederland hebben zitten zo rond de 1 a 1,6 GW

[Bericht gewijzigd door Sine op (12%)]

Wordt er nog ergens energie 'afgefakkeld' of werkt dat niet zo?

In Vlieland wel:
https://www.change.inc/energie/vlieland-gaat-tijdelijk-overtollige-duu…

@InHogereSferen,
In dat geval enkel als ze het niet van het eiland af krijgen. Dus dat zal onder de streep wel meevallen.

Maar er bestaan inderdaad installaties die 'warme lucht' maken, ik heb zelf een stukje software geschreven voor een installatie die precies dat doet. Die 'verdampt' op verzoek meer dan een MW.
En dat is gewoon op het vaste land.

Op maandag 27 mei 2024 22:35:12 schreef keebrev:
[...]

Wat bedoel je met -intern in het paneel lopen-? voordat er iets gaat lopen, zal de kring gesloten moeten zijn. Bij mijn weten staan er 60 dioden in serie, met twee-drie by-pass dioden om bij schaduw een deel van de serieketen te overbruggen.

De opgewekte spanning staat zodanig dat die 60 dioden in serie gaat geleiden als je boven de 60xdrempelspanning komt. VOC = 60*drempelspanning.

Die 60 dioden gaan pas geleiden als de stroom ergens naar toe kan. Ik zie nog steeds niet hoe de stroomkring gesloten wordt.

Zo ziet een paneel er schematisch uit. Hier heb ik een string van 7 PV-cellen getekend (D1 t/m D7), de meeste panelen hebben een bypass diode voor elke 20 cellen, en meestal staan er 3 van die sets in serie.

Je ziet ook veel panelen met 120 cellen. Dat zijn dan feitelijk 2 panelen met elk 60 cellen parallel.

Als je een spanning op het paneel zet (plus op V+ en min op V-) dan gaat de string D1-D7 geleiden als de spanning hoog genoeg is, dwz meer dan 0.6 V per diode. De meeste panelen hebben 60 cellen dus die gaan geleiden bij 36V.

Als er genoeg zonlicht op de cellen valt dan geven de cellen zelf al de benodigde 36V (0.6V per cel) en die gaan dan ook geleiden. Als je een belasting aansluit dan zakt de spanning een beetje, de dioden geleiden veel minder en de stroom loopt dan via het externe circuit.

DIT is het vervangingsschema van een zonnepaneel.
De stroombron links is "de zon die energie opwekt".

Wil je hier energie uit halen, dan moet je extern stroom laten lopen. Je moet dus voordat die serieschakeling stroom begint te trekken ingrijpen. Als je de belasting loskoppelt gaat de stroom door de serie diodess lopen.

Ik snap het nog niet. De energie wordt toch opgewekt in de seriestring van diodes? In welke richting staat de spanning dan? En in welke richting loopt de stroom?

Ik ben niet bekend genoeg met de fysica van een fotodiode.

Er komt een spanning te staan in doorlaat over de diode, maar gaat er ook een stroom lopen in de diode zelf als je niets afneemt??

-edit-

Ja, blijkbaar wel

A solar panel will generate a high voltage when vacant, but it will be conducted through the cells. The cells in the solar panel will increase their temperature with the increase in voltage, but the surface of the cells is larger enough to handle the heat

Dat wordt blijkbaar zelfs gebruikt om defecten op te sporen, een defect (open) paneel wordt heter dan zijn buren.

@Rew, natuurlijk teken je het als een diode, het IS immers een diode.

Goed. Ik moet de seriestring NIET tekenen als fotodiodes. De opwekking gebeurt fysiek wel in de diodes, maar in het vervangingsschema gebeurt de opwekking in die stroombron links. Die diodes zijn eigenlijk ongewenst, maar ja zonder dat werkt het helemaal niet.

Plus is boven.

De stroom loopt door de opwekkende stroombron en dan naar rechts. Als je stroom afneemt, helemaal naar rechts naar de afnember (de zonne-omvormer). Als je die afschakelt, gaat bij een bepaalde spanning de serie leds in geleiding en loopt de stroom een kort rondje.

@sine. Zoals iemand anders uitlegt: De elektronen-gaten paren recombineren weer op de junctie. Omdat de "stroom" de hele cel niet uitkomt, kan je zeggen dat er geen stroom loopt. Maar dat recombineren is ook precies wat er gebeurt als je de drempelspanning overschrijdt en de diode in geleiding gaat.

Door het geleiden van de diodes apart te zien van de opwekking door de zon kan je ook direct verklaren hoe de power-curve van zonnepanelen er uitziet. Ik dacht vroeger dat het gewoon een rechte lijn was van VOC naar ISC. Maar je kan dus bijna 2x meer power uit een paneel halen door in het werkelijke mpp te gaan zitten: De maximale spanning waarbij de diodes net niet (significant) in geleiding gaan.

[Bericht gewijzigd door rew op (39%)]

Op dinsdag 28 mei 2024 12:21:53 schreef rew:
Goed. Ik moet de seriestring NIET tekenen als fotodiodes. De opwekking gebeurt fysiek wel in de diodes, maar in het vervangingsschema gebeurt de opwekking in die stroombron links. Die diodes zijn eigenlijk ongewenst, maar ja zonder dat werkt het helemaal niet.

Ik vind het allemaal nogal tegenstrijdig. De opwekking gebeurt dus fysiek in de diodes, maar moet je dan de stroombron niet tekenen in de diodestring in plaats van ernaast?

Ik heb al zitten googelen naar de werking van solar panels, maar ik vind alleen algemeenheden. Nog niks gevonden waar wordt uitgelegd wat er in een solar cell gebeurt.

Hoe diep wil je gaan?

SOLAR CELL OPERATIONAL PRINCIPLES - TU Delft OpenCourseWare

Hier een stukje wat voor deze discussie interessant is:

4.2.4 p-n junction under illumination
When a p-n junction is illuminated the additional electron-hole pairs are generated in
the semiconductor. The concentration of minority carriers (electrons in the p-type region and
holes in the n-type region) strongly increases. This increase in the concentration of minority
carriers leads to the flow of the minority carriers across the depletion region into the qausi-
neutral regions. Electrons flow from the p-type into the n-type region and holes from the n-
type into the p-type region. The flow of the photo-generated carriers causes the so-called
photo-generation current, J ph, which adds to the thermal-generation current, J gen. When no
external contact between the n-type and the p-type regions is established, which means that
the junction is in the open-circuit condition, no net current can flow inside the p-n junction. It
means that the current resulting from the flux of photo-generated and thermally-generated
carriers has to be balanced by the opposite recombination current. The recombination current
will increase through lowering of the electrostatic potential barrier across the depletion region.

Ik gok overigens eens dat dit ver voorbijschiet aan de orioginele vraag van r-p ;)

Wat gebeurt er als je een diode op 0.3V (doorlaat) zet?

Vrij weinig. Er is iets aan overschot elektronen in het N gebied, iets overschot gaten in het P gebied, maar de elektronen hebben nog niet echt zin om in een gat te springen en een stroom te laten lopen.

Nu schijnen we er licht op. Dat splitst soms een gewoon neurtraal stukje slicium in een elektron en een gat. Nu is er 1 extra elektron in het N gebied en 1 extra gat in het P gebied. En de spanning is opgelopen naar 0.3000001V. Als je nu dat ene elektron de kans geeft om via het contact op het N gebied, via je omvormer naar het contact op het P-gebied te gaan, dan doet ie dat liever dan de kortere route "direct in het gat springen". Daar kan je energie uit halen, want de spanning is 0.3V. Doe je dit met meer dan 1 enkel elektron gaat er een meetbare stroom lopen en kan je er energie uit winnen. Jay!

Als je nu de spanning op laat lopen naar 0.4V voordat je elektronen laat doorstromen naar de andere kant... dan kan je meer energie winnen: Iedere electron levert nu 0.4eV op ipv 0.3eV.

Als je nu denkt: Ik laat de spanning maximaal oplopen om zo veel mogelijk energie te krijgen, dan komt er een punt dat...
* Elektronen de kortere route gaan nemen en IN de zonnecel in een gat gaan springen.
* of de interne diode gaat doen wat ie als diode altijd al heeft willen doen: Geleiden als er een positieve spanning op het P-stukje gezet wordt en een negatieve spanning op het N stukje.

@Rew, deKees:

Jullie moeten de richting van de foto-dioden in je schema omdraaien. De fotostroom loopt in een zonnepaneel dezelfde kant op als "normaal" in een diode, dus doorlaat!

Als er geen stroom loopt staat er dus een enorme spanning op de dioden, waardoor een lekstroom ontstaat, de thermische stroom uit Sine zijn quote.

Maar daarnaast wordt de drempel over de junctie ook groter (want die spanning telt op bij de drempelspanning), dus de kans dat een foton een elektron-gat paar slaat neemt ook drastisch af.

Dat effect begint al eerder, namelijk op het MPP: Daarna neemt de geleverde stroom (= het aantal geslagen elektron/gat paren per seconde!) sterk af met stijgende spanning.

Op dinsdag 28 mei 2024 13:57:19 schreef rew:
Geleiden als er een positieve spanning op het P-stukje gezet wordt en een negatieve spanning op het N stukje.

Nope, in een zonnepaneel is het n-stuk (de kathode) positief t.o.v van het p-gebied (de anode).

Bij een zonnecel (en fotodiode, en LED die je als fotodiode misbruikt .. snelle test hint hint) Staat de spanning in doorlaat over de diode.

Ofwel, het zelfde als de diode in geleiding zou staan, de anode(P) wordt positief tov de kathode (N) De spanning kan dus ook nooit hoger worden dan de normale Vf van de cel.

Dus de tekeningen zijn beiden goed.

-edit-

Met ploatje ... let er op dat sommige tekeningen de elektronenstroom laten zien in plaats van de elektrische stroom, dat is nogal vernaggeletechnisch ;)

@Sine: Jouw plaatje is ook fout. Kijk maar naar de pijltjes bij de ladingdraagers. Als ze die kant op bewegen zou de vermogensstroom (met plus boven) van weerstand naar zonnepaneel lopen.

(als de elektronen in de getekende PN-junctie omhoog gaan, loopt de stroom in de junctie omlaag. Omdat de spanning bovenaan positief is, verbruikt de junctie dus vermogen!)

Dat kan in een fotodiode, en is ook heel gebruikelijk voor bijvoorbeeld glasvezelcommunicatie. Het heet de photo-conductive mode

Maar voor energieopwekking gebruik je een photodiode in photo-voltaische modus, en loopt de stroom de anode in, en de kathode uit.

De engelse wikipedia heeft het netjes op een rijtje staan: https://en.wikipedia.org/wiki/Photodiode

Voor iedereen die twijfelt, maar wel een multimeter en led heeft liggen: doe een simpel experiment:

(Rood zit aan de plus van de multimeter. In DC-volt stand... Werkt misschien niet met een analoge Action meter...)

Beste

blurb

volgens mij

is je meter

stuk

Dat .. of je led is raar ;)

Ik hintte niet voor niets naar die LED truc.

-edit-

Je led is raar, het aambeeld zit aan de lange poot.

[Bericht gewijzigd door Sine op (10%)]

Op dinsdag 28 mei 2024 16:20:49 schreef Sine:
Je led is raar, het aambeeld zit aan de lange poot.

Daar heb ik er ook nog 10.000 van liggen. Vroeger was niks raar.

Op dinsdag 28 mei 2024 14:32:12 schreef Sine:
Met ploatje ... let er op dat sommige tekeningen de elektronenstroom laten zien in plaats van de elektrische stroom, dat is nogal vernaggeletechnisch ;)

Plaatje komt niet mee in het citaat. Maar uit het plaatje wat onder deze tekst stond concludeer ik dat de stroom door de fotodiode tegengesteld loopt aan de normale doorlaatrichting.

Correct, de stroom is inderdaad andersom, en omndat je stroom afneemt in plaats van aanlevert moet de polariteit (spanning) dus hetzelfde zijn.

Op dinsdag 28 mei 2024 16:20:49 schreef Sine:

Je led is raar, het aambeeld zit aan de lange poot.

Klopt. En als ik + op de lange, en min op de korte zet gaat ie branden. Dus hebben we nu onomstotelijk vastgesteld dat korte poot de kathode is.

En als ik hem als zonnepaneel gebruik, is de kathode positief. Dus loopt de stroom in dezelfde richting als wanneer ik hem als diode gebruik.

Dus kloppen die eerdere plaatjes niet, met de kathode aan min.

BEHALVE:

Als je die schemas interpreteert als een puur rekenkundig hulpmiddel. Dan heeft de diode in het schema geen enkele relatie tot de diode die de zonnepaneel-cel in feite is, maar is het enkel een hulpje om de spanning van de stroombron te beperken tot de open-klemspanning van de cel.

Dan nog is het plaatje van Sine, met de p-zone aan positieve kant fout.

Op dinsdag 28 mei 2024 16:42:39 schreef KlaasZ:
[...]...concludeer ik dat de stroom door de fotodiode tegengesteld loopt aan de normale doorlaatrichting.

Niet in een zonnepaneel. Wel in een licht-detector. Verschil tussen photo-voltaic en photo-conductive (snelle detectie) mode.

NL wikipedia heeft een goed plaatje (kleurtjes zijn voor verschillende lichtsterkten: