Solcellen – typer, funktion och effektivitet

Solcellssystem formar nu vardagsbilden på många byggnader och fastigheter. De är en viktig del av energiomställningen. En viktig komponent i solsystemet är solceller. Hur de fungerar, vilka typer det finns och vad deras effektivitet är, kommer du att lära dig i följande artikel.

Hur konstrueras solceller?

Kiselsolceller består av tre lager. Huvudkomponenten bildas av de två olika dopade kiselskikten: det n-dopade skiktet och det p-dopade skiktet. Fosfor blandas i det n-dopade skiktet, vilket gör det negativt (har fria elektroner). Bor blandas i det p-dopade skiktet, vilket gör det positivt (det saknar elektroner). Mellan de två lagren finns ett gränsskikt som frigör laddningar bara kan passera igenom med hjälp av solljus. I denna kärna av solcellen skapar elektronrörelser ett elektriskt fält – även känt som p-n-korsningen.

Hur fungerar solceller?

Halvledarsilikonen som används i solceller reagerar på solens strålar, som innehåller fotoner, genom att lossa elektroner. Positivt laddade hål finns kvar där. Beroende på deras laddningar rör sig elektronerna till den negativa eller positiva elektroden. När elektronerna migrerar till toppen av kiseln flyttas hålen till botten. Laddningarna flödar uppåt genom de ledande metalllagren och når därmed den konsument som behöver energin – det kan vara lampor, datorer eller elnät. Därefter stängs strömkretsen av elektronerna som flyttar tillbaka till skiktet med de saknade elektronerna.

Metallkontakter på fram- och baksidan, som är anslutna till varandra via en kabel, säkerställer att strömmen också är användbar för konsumenterna. Ett holistiskt kontaktlager på baksidan skingrar elektronerna och får dem att flöda via en kabel. Detta skapar en elektrisk krets. På framsidan appliceras kontakterna i form av ett tunt galler, så att ljuset kan falla på ytan.

Vilka typer av solceller finns det?

Solceller är en av de viktigaste komponenterna i ett solcellssystem,eftersom de avgörande bestämmer hur höga anskaffningskostnaderna för PV Och hur mycket el den kan generera. För närvarande finns det tre olika typer av solceller av intresse för hemanvändare: monokristallina solceller, polykristallina solceller och tunnfilmsceller.

• Monokristallin solceller

  Monokristallina solceller är gjorda av monokristallint kisel. Denna celltyp har ett mycket högt kiselinnehåll och är med en effektivitet på cirka 20 procent den mest effektiva solcellen i direkt solljus. På grund av den komplexa produktionen är monokristallina moduler dock jämförelsevis dyra.

• Polykristallin solceller

  Polykristallina solceller är också gjorda av kisel, även om kisel i denna typ inte är så ren. Eftersom modulproduktionen är mindre komplex och endast lågt avfall genereras på grund av cellens kvadratiska form, är polykristallina solceller billigare och också bättre för miljöbalansen i solcellssystemet. De anses ofta vara de solceller som har det bästa förhållandet mellan pris och prestanda. Effektiviteten är dock lägre på cirka 15 procent eftersom mindre rent kisel används.

• Tunna filmceller

  Tunnfilmsceller tillhör de amorfa, dvs. icke-kristallina solcellerna. De är också gjorda av kisel, som blandas med andra material och avdunstas i ett mycket tunt lager på ett bärarmaterial, såsom glas. Effektiviteten uppgår till endast fem till sju procent, varför den måste kompenseras av ett större modulområde. Beroende på bärarmaterialet är tunnfilmsceller mycket flexibla och kan till och med rullas och vikas. Produktionsprocessen är relativt okomplicerad, vilket gör dessa celler billigare än kristallina celler (tjocka filmceller).

Vad är solcellernas effektivitet?

Effektiviteten (representerad av den grekiska bokstaven η) anger hur effektiv solcellen fungerar. Det beräknas från förhållandet mellan elektrisk energi som avges till bestrålande ljusenergi. Ju närmare detta värde är maximalt 1 (100 procent), desto högre effektivitet i solcellen. Effektivitet avser hur väl solcellen använder den energi som finns som ljus. En viktig faktor för solcellernas effektivitet är det material som används. För närvarande är nästan alla solmoduler gjorda av kisel.

Förutom nuvarande förluster påverkar modulernas temperatur och ljusspektrumets bearbetade frekvenser också solcellernas effektivitet. Den senare bestämmer den fysiskt möjliga gränsen för effektiviteten hos monokristallin kisel. I teorin är 33 procent möjligt, men detta uppnås inte i praktiken. En solcell har alltid en högre effektivitet än ett solcellssystem, eftersom förlusterna av alla komponenter i ett system beaktas i den totala effektiviteten. I växelriktaren omvandlas likström till växelström, vilket också är förknippat med förluster. Dessutom minskar längden och tvärsnitten på anslutningskablar samt långa kablar för växelström effektiviteten.

Summan av en investerings förluster kan uppgå till fyra procent eller mer, vilket påverkar den totala avkastningen. Därför är valet av andra komponenter också viktigt när man bygger ett solsystem. För valet av solcellstypen av ett solcellssystem är effektiviteten ensam inte avgörande. Du bör observera alla gränsförhållanden och använda de solceller som lovar det mest effektiva utbytet för dig totalt sett.