Solcell
En solcell eller en fotovoltaisk cell är en anordning bestående av halvledare (ofta kisel) som fungerar som dioder. När dessa dioder belyses uppstår en elektrisk ström i diodens backriktning. Varje enskild cell ger upphov till en ganska låg spänning, därför seriekopplas solcellerna i solpaneler. Man kan också parallellkoppla solcellerna om man vill öka strömstyrkan.
Allmänt
Man kan generellt dela upp solpaneler i två grupper, solpaneler med kristallina solceller samt tunnfilmssolceller. Kristallina celler är mest förekommande idag då de har högre verkningsgrad än tunnfilmsceller.[1] De består av kisel som blivit dopat med olika ämnen för att få den önskade funktionen. De kristallina cellerna kan även de delas upp i två typer, polykristallina eller multikristallina och monokristallina celler.
Solceller har historiskt sett varit dyra och har mest använts på platser som inte nås av elnätet, exempelvis sommarstugor, satelliter och fyrar. Priset för solceller har dock mellan 2000 och 2012 sjunkit kraftigt till följd av teknikutveckling och en utbyggnad av produktionskapaciteten i världen. I takt med att priset har sjunkit har marknaden vuxit med i snitt cirka 40 % sedan år 2000 och i slutet av 2011 fanns ungefär 64 GW solcellskapacitet installerat i världen, av vilket 98 % utgjordes av system uppkopplade på olika nationella elnät.[2]
Inom den fysikaliska kemin pågår ständig forskning om hur man kan effektivisera solcellers effekt vid produktion.
Förhållanden i Sverige
I Sverige är solcellsmarknaden på försiktig frammarsch. Totalt installerades det 4,3 MW solcellskapacitet i Sverige under 2011, vilket var en ökning från 2010 då 2,7 MW installerades. Sammanlagt fanns det vid slutet av 2011 ungefär 15,75 MW installerat i Sverige vilket är en produktionseffekt som bidrar med ungefär 15 GWh el per år. Den växande marknaden var en följd av att priset i Sverige för både moduler och kompletta nyckelfärdiga system mer än halverades under 2010 och 2011. I slutet av 2011 låg priset för en enskild modul omkring 19 kr/W (exklusiv moms) och ett typiskt färdiginstallerat system för ett villatak kostade runt 32 kr/W.[3] Under 2012 installerades 8,3 MW och 2013 installerades 19 MW i Sverige, vilket ger en total installerad toppeffekt på 43,1 MW i Sverige vid slutet av 2013.[4]
Solcellen har många användningsområden och nyttjas exempelvis även för att ladda smarta mobiltelefoner, surfplattor och bärbara datorer.[5]
| Installerad effekt i slutet av 2013 i de 10 störst solcellsmarknaderna[2]. | ||||
|---|---|---|---|---|
| Nr | Land | MW | W / invånare | |
| 1 | Tyskland | 35 715 | 443,5 | |
| 2 | Kina | 18 600 | 13,9 | |
| 3 | Italien | 17 928 | 290,7 | |
| 4 | Japan | 13 600 | 106,5 | |
| 5 | USA | 12 022 | 38,3 | |
| 6 | Spanien | 5 340 | 116,0 | |
| 7 | Frankrike | 4 673 | 75,9 | |
| 8 | Storbritannien | 3 375 | 54,2 | |
| 9 | Australien | 3 250 | 143,4 | |
| 10 | Belgien | 2 983 | 281,8 | |
| Sverige | 43,1 | 4,4 | ||
Hur en solcell fungerar
En solcell är en typ av fotodiod. Solcellen består av två skikt, vars kemiska bindningar är vitala för att det fotovoltaiska fenomenet ska ske: P-skiktet och N-skiktet. Det vanligaste ämnet i solceller är kristallint kisel. Kisel har fyra valenselektroner. Kisel förmår dock binda upp till åtta elektroner i det yttersta elektronskiktet. Var atom önska fylla samtliga tomma bindningar och atomerna klumpas därför samman, därav den kristallina strukturen. För att solcellen ska fungera behövs tillgång till både fria elektroner och fria bildningsmöjligheter, så kallade elektronhål. N-skiktet tillförs därför ett ämne med fem valenselektroner, exempelvis fosfor.[6] Processen att tillföra fosfor kallas dopning.
På motsvarande vis tillförs P-skiktet ett ämne med tre valenselektroner, exempelvis bor.
Processen att dopa N- respektive P-skiktet leder till överskott av elektronhål i P-skiktet, samtidigt som det blir ett överskott på elektroner i N-skiktet.
När N-skiktet och P-skiktet förs samman får vi en så kallad PN-övergång. I PN-övergången kommer det ske en reaktion mellan P-skikrtet och N-skiktet där fria elektroner och fria elektronhål kommer att reagera med varandra. Härmed uppstår ett spärrskikt i form av ett elektriskt fält. Det elektriska fältet i PN-övergången fungerar som en så kallad diod. Detta fält kommer sedan att flytta elektroner från P-sidan till N-sidan. Dvs motsatt det som tidigare skedde innan spärrskiktet uppstått.[6]
När solljus träffar P-sidan slår dess fotoner loss elektroner från sina bindningar. Det ger oss både en fri elektron och ett fritt elektronhål på P-sidan.
Om en fri elektron på P-sidan kommer tillräckligt nära PN-skiktet så kommer det elektriska fältet där att skicka över den till N-sidan, d.v.s. den sida som från början redan hade ett överskott på elektroner. På motsatt vis kommer fotoner som träffar och lösgör elektroner på N-sidan leda till att det elketronhål som uppstår då kommer att flyttas från N-sidan till P-sidan. Detta kan betraktas som en process som leder till att N-sidan successivt blir mer och mer negativ samtidigt som P-sidan successivt blir allt mer positiv.[6] Processen där fotomen slår loss en elektron kallas excitation. I och med detta har vi möjlighet att få solcellen att utföra arbete åt oss. Det sker genom att vi kopplar en extern förbindelse mellan N-sidan och P-sidna. På så vis får vi en ström av elektroner genom den externa förbindelsen från N-sidan till P-sidan. På vägen kan vi ansluta exempelvis en glödlampa.[6]
Solceller tappar i verkningsgrad när temperaturen stiger. Det har visat sig att det är förhållandevis enkelt att använda passiv kylning och därmed minska förlusterna när temperaturen stiger[7]
Se även
Noter
- ^ Green, Martin A.; Emery, Keith; Hishikawa, Yoshihiro. ”Solar cell efficiency tables (Version 45)” (på engelska). Progress in Photovoltaics: Research and Applications 23 (1): sid. 1–9. doi:. ISSN 1099-159X. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pip.2573/abstract. Läst 5 september 2016.
- ^ [a b] IEA-PVPS - TRENDS IN PHOTOVOLTAIC APPLICATIONS, Survey report of selected IEA countries between 1992 and 2011
- ^ IEA-PVPS - National Survey Report of PV Power Applications in Sweden 2011
- ^ Energimyndigheten. ”Fortsatt starkt intresse för solceller”. Energimyndigheten. Arkiverad från originalet den 12 mars 2014. https://web.archive.org/web/20140312213748/http://www.energimyndigheten.se/Press/Pressmeddelanden/Fortsatt-starkt-intresse-for-solceller-gav-solcellseffekt-pa-431-MW-under-2013/. Läst 12 mars 2014.
- ^ Solcellsladdaren.se - Ladda mobil och iPhone 2013
- ^ [a b c d] ”Hur en solcell fungerar - från solljus till glödlampa | Jämför solceller”. jamforsolceller.se. http://jamforsolceller.se/tekniken/solceller/. Läst 23 juli 2016.
- ^ ”Coola solceller ger mer”. NyTeknik. 13 november 2007. http://www.nyteknik.se/nyheter/energi_miljo/solenergi/article258968.ece.
| ||||||||||||||||||||||||
