Headerfoto door Jerome Wassenaar

EN|NL

Het is vandaag weer Wetenschapswoensdag! De dag waarop wij jullie een stukje wijzer maken over de technische aspecten van ons project. Deze week legt elektronicus Rob alles uit over het zonnepaneel en het verschil tussen silicium en galliumarsenide (GaAs) zonnecellen.

Inkomsten vs. uitgaven
Het zonnepaneel is zo goed als de auto waarop die is geplaatst. Het ontwerpen van de best mogelijk paneel hangt af van de samenwerking tussen het aerodynamica team en het elektrotechnisch team. Het ontwerpen van alleen een paneel is vrij eenvoudig: zo veel mogelijk cellen moeten het zonlicht zo direct mogelijk opvangen. In de basis zou dit een vlak zijn met zonnecellen die altijd loodrecht in de richting van de zon staan. Helaas is een auto met een groot vlak oppervlakte niet zo aerodynamisch, dus de bovenkant van de auto is altijd iets gekromd. Dit komt de presentaties van het zonnepaneel niet ten goede. Dit zijn ook wel de afwegingen die je moet maken tussen inkomsten van de zon en uitgaven in de vorm van luchtweerstand.

Het beste ontwerp
Een balans vinden tussen inkomsten en uitgaven is een grote uitdaging en vereist veel iteraties (= ontwerpstappen). Eerst ontwerpen de aerodynamici een model van de auto. Voornamelijk de bovenkant is hierbij belangrijk. Tegelijkertijd ontwerpen de elektrotechnici het zonnepaneel dat op die zonneauto past. Vervolgens gaan zowel de aerodynamici als de elektrotechnici berekenen wat de presentaties van de ontworpen auto zijn. Tot slot zullen de teamleden met elkaar in gesprek gaan om de resultaten te vergelijken en te besluiten wat verbeterd moet worden. De auto zou bijvoorbeeld een beetje smaller worden als het zonnepaneel minder oppervlakte gebruikt dan verwacht, of de hoek waarin de zonnecellen liggen kan worden aangepast zodat de cellen beter staan ten opzichte van de zon in Australië. Dit proces kan een aantal weken duren, omdat over alle kleine details moeten worden nagedacht. Het paneel moet precies op de auto passen en zo worden gepositioneerd, zodat het de meeste zon vangt zonder de aerodynamische prestaties te verminderen.

Hoe werkt een zonnecel?
Zonnecellen zijn gebaseerd op zo genoemde bandgaps. Bandgaps ontstaan door twee types van bijvoorbeeld silicium erg dicht bij elkaar te leggen. Wanneer licht op de bandgaps komt, verspringen de elektronen naar een hoger energie niveau, voordat ze weer naar beneden vallenstroom leveren. Een bandgap werkt in één specifieke golflengte van licht, wat betekent dat het niet werkt voor alle golflengten die voorkomen in zonlicht. Silicium cellen hebben maar een soort bandgap. GaAs cellen zijn zo genoemde multijunction cellen. Dit betekent dat verschillende lagen van materialen op elkaar zijn gelegd, die elk verschillende bandgaps bevatten. Deze lagen zijn zo gestructureerd dat elke laag energie van een andere golflengte opvangt en de overgebleven golflengten doorgeeft aan de volgende laag. Op deze manier worden meer golflengtes opgevangen door de cel en dus is het mogelijk om meer energie te genereren. Dit is het grote verschil tussen de prestaties van een silicium en een GaAs zonnecel.

Wetenschapswoensdag in het kort
– Het ontwerpen van een zonnepaneel vereist een balans tussen inkomsten van de zon en uitgaven in de vorm van luchtweerstand
– Zonnecellen zijn gebaseerd op bandgaps
– Silicium cellen hebben één soort bandgap, terwijl GaAs cellen multijunction cellen zijn
– Multijunction cellen bevatten verschillende lagen die elk verschillende bandgaps bevatten