Solcelle

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Solpaneler foran Westsächsische Hochschule Zwickau

Monokrystalin solcelle uden beskyttende indpakning. Farven er hyppig (2006) blålig, men kan også have andre mørke farver.

Polykrystalin solcelle, uden beskyttende indpakning, med en sidelængde på ca. 10 cm. Farven er hyppig (2006) blålig, men kan også have andre mørke farver. Bemærk de skarpe krystalskel, hvor farven eller lysstyrken skifter, dette er kendetegnede for polykrystaline solceller.

De forskellige solcelleteknologiers bedste virkningsgrader som funktion af årstal.

Tværsnit af ikke skalatro solcelle. De fleste solceller er designet på følgende måde:
(1) Et tyndt metalnet leder strømmen fra forsiden.
(2) Et meget tyndt antireflekterende lag.
(3) Tyndt lag type n-silicium lettere "forurenet" af et grundstof, som i siliciumkrystallaget har løse elektroner.
(4) Lag type p-silicium lettere "forurenet" af et grundstof, som i siliciumkrystallaget har underskud af elektroner. Effekten er at de positive "huller" leder strømmen (selvfølgelig er det stadig elektroner, der grundlæggende set leder strømmen).
(5) Lag type p+-silicium lettere "forurenet" af et grundstof, om i siliciumkrystallaget har underskud af elektroner..
(6) Hele bagsiden er dækket af et tyndt metalnet eller metallag til at lede strømmen.

En solcelle er en diode, der fungerer som transducer, der via den fotoelektriske effekt omdanner en del af den modtagne lysenergi (synlige og infrarøde elektromagnetiske bølger) til elektrisk energi. Lyskilden kan f.eks. være solen.

[redigér] Anvendelse

Solceller bliver anvendt til at el-energiforsyne mange typer af udstyr; satellitter, lommeregnere, havelamper, campingvogne, radioapparater, ure, mobiltelefoner, både, bøjer, alarmtelefoner, .

En enkelt solcelle giver som regel kun 0,4..0,7V og for større celler (12 cm sidelængde) kan deres strøm være mellem 5-7 A ved klar solskin. Legetøjssolceller kan give mellem nogle få mA til 500 mA. Spændingen på ca. 0,5 V er som regel for lav, så det er normalt at man serieforbinder mange solceller så man får op til ca. 15..18 V. Det er også muligt at anvende en step-up-smps-konverter. Se under eksterne henvisninger "selvbyg step-up-smps-konverter". Solceller er har hyppigt et blålige skær, men andre har andre mørke nuancer. Solcellen kan have nogle af følgende egenskaber; stiv, bøjelig og mere eller mindre gennemsigtig.

Solceller producerer jævnstrøm (DC). Dette kan anvendes direkte via en solcelleregulator til at oplade en akkumulator eller andet egnet. Det kan f.eks. være en "deep-cycle" blyakkumulatorer, der dog er 3-10 gange dyrere end almindelige bil- og UPS-akkumulatorer. Bil og UPS akkumulatorer kan ikke tåle at være afladet i længere tid.

Generelt kan dagens akkumulatorer (2004) ikke gemme så meget energi per kg i forhold til f.eks. benzin og ætanol. Dette gælder især "deep-cycle" blyakkumulatorer.

Måske er en nikkel-jern-akkumulator bedre egnet, da de ifølge en del kilder kan holde 30-50 år, selv med mange lange afladede perioder.

Når 230V-AC-udstyr skal strømforsynes fra solceller, kan en vekselretter (eng. inverter) anvendes til el-energi konverteringen. Nogle invertere kan elnet-tilkobles og hvis man har en aftale med elværket, kan man faktisk få penge for den energimængde som man afleverer.

[redigér] Fremtidige energilagringsmetoder

I fremtiden kan det tænkes at man kan gemme energien i brint (besværligt at gemme) eller bioætanol (miljøvenligt og let at opbevare). ^[1] Det lader til at spritsamfundet buldrer frem (2004). ^{[2] [3]}

Man kan få svinghjul båret vha. magnetiske lejer i lufttomme kamre, der kan oplades og aflades ca. 100.000 gange uden forringelse. Kig i svinghjuls eksterne henvisninger. De kan lagre op til 15 kWh, også over lang tid, hvilket er meget i sammenligning med akkumulatorer. En 12V 400 Ah akkumulator kan gemme 12*400 = 4.800 Wh = 4,8 kWh.

[redigér] Solcelleegenskaber

Solceller eller solcellemoduler kan karakteriseres ved følgende egenskaber:

• Holdbarhed - de bliver garanteret en holdbarhed på mellem 5 og 40 år afhængig at type og indpakning.
• Effektiviteten - effektiviteten er mellem nogle procent og lidt over 40% (rekord 2006).^[4][5] Typisk har solceller en effektivitet på 10-21%. Det formodes at den teoretiske grænse er 87%.
• Lavlys effektivitet - har betydning ved overskyet vejr.
• Mørke lækstrøm - hvis et solcellepanel har en betydende lækstrøm skal solcelleregulatoren slå panelet fra, så akkumulatoren ikke aflades.
• Effektivitetsformindskelse som funktion af temperaturen. Mange solceller leverer mindre energi ved stigende temperaturer - nogle ca. -0,44%/°C.
• Energimætningsniveau. Nogle solceller kan kun levere en maksimal energi ved en given temperatur over en vis belysning. F.eks. begynder nogle solceller at mætte ved ca. 800W/m² for almindelige driftstemperaturer på ca. 40-50°C.

[redigér] Solcelletyper

Der findes mange typer solceller:

• Mono-krystallinske solceller af:
  • silicium
  • Gallium-Arsenid - dyre anvendes normalt kun i satelliter hvor vægt i forhold til effektivitet er vigtig.
  • Gallium-nitrid. Måske vil vi i fremtiden få solceller baseret på (x% In)GaN, da disse kan have effektiviteter fra 40-72%.^[6][7]
  • Cadmium-Tellurid.
  • Kobber indium gallium selenid (CIGS).
• Poly-krystallinske silicium-solceller.
• Amorfe-krystallinske silicium-solceller.
• CIS-solceller (Kobber Indium Selen). Gode lavlys-egenskaber. Lang holdbarhed.
• PEC-solceller (PhotoElectroChemical). Anvendes indlejret i vinduesruder. Virkningsgrad op til 10% (2004). Her hører "brombær"-solcellen også til. Den kaldes også for Grätzel-solcelle hvis den består af titandioxid nanopartikler med farvestofmolekyler. Grätzelcellen kan fremstilles langt billigere end de traditionelle siliciumsolceller.
• Kobber(I)oxid-solcellen. Kan laves selv men har normalt kun en virkningsgrad på ca. 0,5-1%.
• Muligvis kan der også laves solceller af Kobber(I)oxid.
• OLED (Organic Light Emitting Diodes). OLED består af halvledende plastmaterial (polymer). Sendes en strøm gennem disse, vil plasten lyse. Processen kan vendes om så OLED'en virker som en solcelle, men effekten er desværre meget lav. Ved at tilsætte C60-molekyler ("kulstoffodbolde", fullerener) til plasten, kan effektiviteten dog øges.

[redigér] Kilder/referencer

1. ↑ June 29, 2006, oceanethanol.com: Ocean Ethanol Produces Ethanol and Methanol from CO2 "...In the experiments at Battelle (PNNL) under contract from Global Energy and Ocean Ethanol LLC, ethanol, and methanol have been produced from CO2 and hydrogen...". Hovedadresse: Ocean Ethanol
2. ↑ 12 February 2004, Physicsweb: Fuel cells turn to alcohol
3. ↑ February 15, 2004, Los Angeles Times: Cruising the Ethanol Highway
4. ↑ December 06, 2006 Boeing Spectrolab Terrestrial Solar Cell Surpasses 40 Percent Efficiency Citat: "..."The excellent performance of these materials hints at still higher efficiency in future solar cells."..."
5. ↑ December 08, 2006 Superefficient, Cost-Effective Solar Cell Breaks Conversion Records Citat: "...Lillington notes. "There are at least three or four different approaches to take the efficiency into the 45 percent range."..."
6. ↑ 19 april 2005, rosestreetlabs.com: RoseStreet Labs Announces Full Spectrum Solar Cell Commercialization Agreement With Cornell University (pdf) Citat: "...These solar cells will be the first commercialized...with potential efficiencies exceeding 55%..."
7. ↑ Wladek Walukiewicz, Materials Sciences Division, Berkeley Lab.: Full Solar Spectrum Photovoltaic Materials Identified. Citat: "... Maximum, theoretically predicted efficiencies increase to 50%, 56%, and 72% for stacks of 2, 3, and 36 junctions with appropriately optimized energy gaps, respectively...."

[redigér] Se også

• Energilagring, distribueret elproduktion, energi, solenergi, tidslinje for solenergi, fotosyntese.

[redigér] Eksterne henvisninger

• www.solcelle.dk
• Solcelle projekt i Danmark med statstilskud
• Hjemmeside om solceller og deres fysik, i forbindelse med bogen "Evig Energi? - solceller" af Ole Trinhammer, Fysikforlaget 2006, ISBN 87-7792-029-5
• May 23, 2005, physorg: Quantum Dot Materials Can Reduce Heat, Boost Electrical Output Citat: "..."We have shown that solar cells based on quantum dots theoretically could convert more than 65 percent of the sun's energy into electricity, approximately doubling the efficiency of solar cells," Nozik said..."
• 4 November 2004, physicsweb: A new type of solar cell Citat: "...Scientists in Japan have made the first device that can convert solar energy into electricity and then store the resulting electric charge..."
• Vedvarende energi web nyt: Solceller: for tidligt at fastfryse teknologien? Solcellers effektivitet
• Sol Energi Centeret ved Teknologisk Institut, PEC (Photo Electro Chromic) Solar Cell
• Nyhed søgninger: Solar Cell, Photovoltaic
• SunPower A-300 (pdf), SunPower
• 15 February 03, 'Denim' solar panels to clothe future buildings Citat: "...Unlike conventional solar cells, the new, cheap material has no rigid silicon base..."

[redigér] Teori og testrapporter

• ECN Publicatie overzicht (Artiklerne er på engelsk - kig under "Overzicht alle publicaties" under det ønskede år)
  • F.eks. denne hollandske test: Characterisation of PV modules of new generations : results of tests and simulations; Mirror: June 2000. Characterisation of PV Modules of New Generations. Results of tests and simulations (pdf)
• sandia.gov: Photovoltaic Systems Research & Development:
  • Systems Papers, Charge Controller Reports, Inverter Papers, Inverter Reliability Papers, Module Reliability Papers, Standards

Bild der wissenschaft, 2/2007, side 84-91, [1]

[redigér] Ydelse/pris

• Dimensioneringsguide til Nettilsluttede solcelleanlæg i Danmark
• Hva koster solcellestrøm?
• Der er penge i solens stråler, Publiceret: 21/02/2001 af: MORTEN HANSEN Citat: "... muligt at producere solcelle-energi til en pris på 1,70 kr. pr. kilowatttime, påpeger ingeniør Ken Hem Jensen, som er direktør i Dansk Solenergi...."
• PVWATTS - A Performance Calculator for Grid-Connected PV Systems
• Nakskov Gym.: Elektrisk strøm og spænding 4. Batterier og solceller

[redigér] Selvbyg step-up-smps-konverter og solcelleregulator

• September 14, 1998, Electronic Design: Maximum-power-point-tracking solar battery charger, Fig. 1
• SPC2 6 Amp Solar Power Center [Solar Panel Charge Controller / Low Voltage Disconnect Circuit]
  • Ældre: Solar Panel Charge Controller / Low Voltage Disconnect Circuit (SPC1)
• Solar charger for lead-acid batteries [incl. Low Voltage Disconnect] Citat: "...This circuit is intended for charging lead-acid batteries with a solar panel..."
• Selvbyg og teori: Sun energy converter for low input voltage (norsk)
• SCC3 - 12 Volt 20 Amp Solar Charge Controller Kit (bl.a. diagram), tilslutning, spec
  • Ældret: SCC2 10 Amp Solar Charge Controller (bl.a. diagram)
• The Zener-based solar engine. Using a Zener diode as a voltage sensor

[redigér] Selvbyg (PEC (Photo Electro Chemical), Grätzel), virkningsgrad < 1%)

• Information til lærere/studerende om fremstilling af den såkaldte "brombærsolcelle" Citat: "... OBS! Det bør bemærkes at cellen ikke er stabil i UV-lys og derfor ikke holder længere end ca. 15 minutter i almindeligt sollys [giv den lidt UV sun blocker på ydersiderne af glaspladerne - så holder den længere!]..."
• DR: Fremstilling af "brombærsolcelle"#1
• How to Build Your Own Solar Cell
• DIY (Do It Yourself): Nanocrystalline Dye-Sensitized Solar Cell Kit Citat: "... sunlight-to-electrical energy conversion efficiency is between 1 and 0.5 %..."

[redigér] Vejvisere

• dmoz: Solar Technology, dmoz: Solar