Solcell (fotovoltaisk cell)
Översikt av solceller: princip, huvudtyper, historik, vanliga användningsområden och för- och nackdelar samt skillnad mot solvärme.
Översikt
En solcell är en enhet som omvandlar solljus direkt till elektricitet genom den fotovoltaiska effekten. Solceller byggs ihop till moduler och större anläggningar för att generera användbar elektrisk kraft. Tekniken kan användas både i isolerade system utan koppling till elnätet och i nätanslutna anläggningar.
Bildgalleri
10 Bilder
Material och systemkomponenter
De vanligaste solcellerna är baserade på kisel (mono- och polykrystallint), men det finns även tunnfilmsvarianter som CdTe och CIGS samt nyare perovskitmaterial. Ett komplett solcellssystem består ofta av:
- Solceller/samlad i moduler och eventuellt en array
- Montagesystem och väderbeständigt kapsling
- Elektriska komponenter: kablar, säkringar och ofta en växelriktare för att omvandla likström till växelström
- Energi- och effektstyrning: laddregulatorer och batterier i fristående system
Historia och utveckling
Den underliggande fotovoltaiska effekten upptäcktes redan på 1800‑talet, och den första praktiskt användbara kiselcellen utvecklades på 1950‑talet. Solceller blev tidigt viktiga för rymdteknik och har sedan dess använts i satelliter och rymdsonder för att driva instrument och system i kretslopp runt jorden och längre ut i rymden (satelliter, rymdsonder). Under de senaste decennierna har kostnaderna sjunkit kraftigt och verkningsgraden förbättrats, vilket lett till snabb utbyggnad på jordytan.
Användningsområden
Solceller används i en mängd olika sammanhang. I isolerade miljöer ger de el till fjärran mätstationer, vattenpumpning och bostäder utan nätanslutning. I konsumentprodukter förekommer solceller i små apparater och instrument (konsumentsystem) som armbandsur och räknare. Nätanslutna system kopplas ofta genom en växelriktare och kan sälja eller kompensera energi mot elnätet via nettomätning.
Fördelar och begränsningar
Solceller erbjuder förnybar och lokalt producerad el utan direkta utsläpp vid drift. De är modulära och kan skalas från små bärbara enheter till stora tak- och markanläggningar. Begränsningarna inkluderar väder- och dagsljusberoende ( intermittens), behovet av yta för stora system samt material- och återvinningsfrågor för vissa teknologier. Energilagring eller nätkoppling är ofta nödvändigt för att leverera jämn effekt.
Skillnader och betydelse
Det är viktigt att skilja mellan fotovoltaiska solceller, som producerar elektricitet, och solvärmesystem som omvandlar solenergi till värme. Solceller spelar en växande roll i omställningen till ett mer hållbart energisystem, och tekniska förbättringar samt nya applikationer som byggnadsintegrerad solenergi och agrivoltaik utökas ständigt.
För vidare läsning om nätintegration och tekniska detaljer finns länkar till relevanta resurser och leverantörer via externa referenser. Praktiska exempel och systemlösningar varierar med lokala förutsättningar, ekonomiska incitament och regelverk.
Tre generationers utveckling
Första
Den första generationens solceller består av en p-n-övergångsdiod med stor yta och ett enda lager, som kan generera användbar elektrisk energi från ljuskällor med samma våglängd som solljuset. Dessa celler tillverkas vanligtvis av en kiselskiva. Solceller av första generationen (även kallade kiselplattbaserade solceller) är den dominerande tekniken vid kommersiell produktion av solceller och står för mer än 86 % av solcellsmarknaden.
Andra
Den andra generationen av solcellsmaterial bygger på användning av halvledare i tunna skikt. Dessa anordningar utformades ursprungligen för att vara högeffektiva solceller med flera kopplingar. Senare uppmärksammades fördelen med att använda en tunn film av material, vilket minskar den materialmassa som krävs för att konstruera cellerna. Detta bidrog till att man förutspådde kraftigt minskade kostnader för tunnfilmssolceller. För närvarande (2007) finns det olika tekniker/halvledarmaterial som undersöks eller är i massproduktion, t.ex. amorft kisel, polykristallint kisel, mikrokristallint kisel, kadmiumtellurid, koppar indium selenid/sulfid. Typiskt sett är verkningsgraden för tunnfilmssolceller lägre än för kisel (waferbaserade) solceller, men tillverkningskostnaderna är också lägre, vilket gör att ett lägre pris i form av $/watt elektrisk effekt kan uppnås. En annan fördel med den minskade massan är att det behövs mindre stöd när man placerar paneler på hustak och att det är möjligt att montera paneler på lätta material eller flexibla material, till och med textilier. Detta möjliggör bärbara solpaneler som kan rullas upp, som kan rymmas i en ryggsäck och användas för att driva mobiltelefoner eller bärbara datorer i avlägsna områden.
Tredje
Tredje generationens solceller skiljer sig mycket från de andra två, och definieras i stort sett som halvledare som inte är beroende av en traditionell p-n-övergång för att separera fotogenererade laddningsbärare. Dessa nya anordningar omfattar fotoelektrokemiska celler, polymera solceller och nanokristallsolceller.
Bland de företag som arbetar med tredje generationens solceller finns Xsunx, Konarka Technologies, Inc. , Nanosolar och Nanosys. Forskning på detta område bedrivs också av USA:s National Renewable Energy Laboratory (http://www.nrel.gov/).
Relaterade artiklar
Författare
AlegsaOnline.com Solcell (fotovoltaisk cell) Leandro Alegsa
URL: https://sv.alegsaonline.com/art/91629
Källor
- ncbi.nlm.nih.gov : PMID 15640806