Solcell

Från Wikipedia
Hoppa till navigering Hoppa till sök
Solparken, Västerås var vid sin invigning i februari 2014 Nordens största, rörliga solcellsanläggning.

Solceller är ljuskänsliga halvledardioder som omvandlar ljus till elektrisk ström. Elkraftförsörjning från solceller har flera användningsområden. Solceller används för energisystem i mindre skala, exempelvis för enskilda hushåll, men också för storskaliga installationer. De kan exempelvis även nyttjas för att ladda mobiltelefoner, surfplattor och bärbara datorer.[1]

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[redigera | redigera wikitext]

En solcell.

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.[2] 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 under de första decennierna av 2000-talet 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 GWp solcellskapacitet installerat i världen, av vilket 98 % utgjordes av system uppkopplade på olika nationella elnät.[3] 2017 hade den installerade kapaciteten ökat till 387 GWp.[4]

Inom den fysikaliska kemin pågår ständig forskning om hur man kan effektivisera produktionen av solceller.

Historia[redigera | redigera wikitext]

Solceller har funnits sedan 1950-talet. Tekniken användes för först i rymden för elförsörjning till satelliter, men tekniken var då väldigt dyr. Under 1970-talet började tekniken användas även på jorden.[5]

Förhållanden i Sverige[redigera | redigera wikitext]

Pvgis solar horiz SE.png

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.[6] 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.[7]

Solcellsparker[redigera | redigera wikitext]

Sveriges största solcellsparker (>0,5 MW)

Namn Ort Solcellsyta m2 Effekt MWp Produktion GWh/år Storlek i hektar Produktionsstart Kommentar
Solsidan Varberg 15 000 2,7 3 6 2016 9300 paneler
Apotea Morgongåva 9 000 1,5[8] 1,4 3,8 2018 5 560 paneler på taket[9]
Lindbäcks Piteå 1,2 0,85 4,2 2018 4320 polykristalina paneler på taket
Mega-sol Arvika 6 200 1,02 4 2017
Solparken, Västerås Västerås 6 550 1 1,2 4 2014
Skedala Halmstad 0,50 0,45 2015 2000 paneler på 250 W

Stora solcellsparker under uppförande i Sverige (>0,5 MW)

Namn Ort Solcellsyta m2 Effekt MWp Produktion GWh Storlek hektar Beräknad produktionsstart Kommentar
Tågra Solcellspark Sjöbo - - - 11,2 2019 3 ägare
Karlskrona Solpark Karlskrona - 6 - 7,5 2019 Q2(*) (*) Etapp 1 0,6 MW, Andelspark
Säve solcellspark Säve ca 28 000 5 ca 5 11 2019 Q1 19 874 paneler, Andelspark
Törneby Solpark Kalmar 15 000 2,3 4 Etapp 1 - 0,75 MW är i drift
- Östersund - - 3 6 2019 Andelspark
Köping 3 7
Luleå 0,8 Dubbelsidiga solceller

Solcellens tillväxt i världen[redigera | redigera wikitext]

Världens kumulativt installerade effekt av solceller har ökat kraftigt under 2010-talet. 2017 ökade världens solceller med 98 GW, vilket är en ökning med 29% sett till installationskapacitet från år till år. Den kumulativt installerade kapaciteten var 402 GW vid 2017 års slut, tillräckligt för att leverera 2,14 procent av världens totala elförbrukning.[10]

Världens kumulativt installerade effekt av solceller angiven i megawatt [MWp] per region.[10]
100 000
200 000
300 000
400 000
500 000
600 000
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018P
  •   Europa
  •   Asien-Stillahavsregionen (ej Kina)
  •   Amerika
  •   Kina
  •   Mellanöstern och Afrika
  •   Resten av världen
  •   Data per region finns ännu inte för 2017. För 2018 anges prognos.

Solceller per land[redigera | redigera wikitext]

Top 10 kumulativ installerad effekt fram till 2017.[10]
Nr Land Kumulativ effekt (GW)
1 Kina Kina 131
2 USA USA 51
3 Japan Japan 49
4 Tyskland Tyskland 42
5 Italien Italien 19,7
6 Indien Indien 18,3
7 Storbritannien Storbritannien 12,7
8 Frankrike Frankrike 8
9 Australien Australien 7,2
10 Spanien Spanien 5,6
Sverige Sverige 0,3
Top 3 installerad effekt under 2017.[10]
Nr Land Installerad effekt (GW)
1 Kina Kina 53
2 USA USA 10,6
3 Indien Indien 9,1
Top 3 effekt per capita 2017.[10]
Nr Land Effekt (W) per capita
1 Tyskland Tyskland 518
2 Japan Japan 386
3 Belgien Belgien 338

Hur en solcell fungerar[redigera | redigera wikitext]

Huvudartikel: Fotovoltaik
Solcellspaneler i Ågesta solaranläggning.

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.[11] 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-skiktet 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.[11]

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 elektronhål 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.[11] 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-sidan. 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.[11]

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[12]

Se även[redigera | redigera wikitext]


Noter[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ Solcellsladdaren.se - Ladda mobil och iPhone 2013
  2. ^ Green, Martin A.; Emery, Keith; Hishikawa, Yoshihiro. ”Solar cell efficiency tables (Version 45)” (på en). Progress in Photovoltaics: Research and Applications 23 (1): sid. 1–9. doi:10.1002/pip.2573. ISSN 1099-159X. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pip.2573/abstract. Läst 5 september 2016. 
  3. ^ IEA-PVPS - TRENDS IN PHOTOVOLTAIC APPLICATIONS, Survey report of selected IEA countries between 1992 and 2011
  4. ^ ”Global PV capacity is expected to reach 969GW by 2025”. Power Technology. 21 december 2017. https://www.power-technology.com/comment/global-pv-capacity-expected-reach-969gw-2025/. Läst 12 september 2018. 
  5. ^ ”Solenergi”. Tekniska museet. Arkiverad från originalet den 24 september 2014. https://web.archive.org/web/20140924040645/http://www.tekniskamuseet.se/1/651.html. Läst 15 augusti 2018. 
  6. ^ IEA-PVPS - National Survey Report of PV Power Applications in Sweden 2011
  7. ^ 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. 
  8. ^ ”Apotea bygger Sveriges största solcellstak i Morgongåva”. Apotea. 6 november 2017. http://news.cision.com/se/apotea/r/apotea-bygger-sveriges-storsta-solcellstak-i-morgongava,c2383262. Läst 12 september 2018. 
  9. ^ Patrik Höiseth (20 maj 2018). ”Här ligger Sveriges största soltak”. Dagens Industri. https://www.di.se/hallbart-naringsliv/har-ligger-sveriges-storsta-soltak/. Läst 12 september 2018. 
  10. ^ [a b c d e] ”Snapshot of Global Photovoltaic Markets 2018”. Internationella energirådet. http://www.iea-pvps.org/fileadmin/dam/public/report/statistics/IEA-PVPS_-_A_Snapshot_of_Global_PV_-_1992-2017.pdf. Läst 8 november 2018. 
  11. ^ [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. 
  12. ^ Coola solceller ger mer”. NyTeknik. 13 november 2007. http://www.nyteknik.se/nyheter/energi_miljo/solenergi/article258968.ece.