Solcelle - lav din egen solcelle

Solcelle

Lav din egen solcelle og forstå princippet

James Clerk Maxwell (1831 - 1879) var en skotsk matematiker og fysiker. Han er mest kendt for fire ligninger, som er kendt under navnet Maxwelles ligninger eller Maxwells fire love. Det er fire ligninger, der tilsammen beskriver elektromagnetismen. De beskriver sammenhængen mellem de magnetiske og elektriske felter og elektrisk strøm. Ud fra ligningerne kunne han bevise, at lys og varmestråling er elektromagnetiske bølger.

I 1905 beviste Einstein at lys er partikler kaldet fotoner. Siden har man talt om partikel - bølge dualiteten. Det betyder, at hvis vi undersøger lys ud fra, at det er en partikel, så viser alle forsøg, at det er det. Hvis vi undersøger lys ud fra, at det er en bølge, så er det det. Den nyeste forskning viser, at lyset kan være begge dele på en gang.

I 1905 forklarede Einstein den fotoelektriske effekt ud fra ideen om, at lys var partikler. Det fik han Nobelprisen i fysik for.

Hvis lys er partikler, og disse partikler rammer andre partikler, opstår der en elektrisk effekt. For at vise denne elektriske effekt brugte Einstein et elektroskop. Det er et apparat, der kan vise, om en genstand er elektrisk ladet eller ikke. Den fotoelektriske effekt opstår fordi lyset (fotoner) "slår" elektronerne løse i metallet - så de bevæger sig. Nå elektroner bevæger sig, kalder vi det elektricitet eller strøm.

Den viden kan vi bruge til at lave en solcelle. De fleste solceller er lavet af silicium. Til den solcelle du skal lave, skal du i stedet for silicium bruge kobber og kobberoxid (kobber(I)oxid, Cu₂O). Kobberoxid var et af de første stoffer, hvor man påviste en fotoelektrisk effekt.

En solcelle består af to dele med en halvleder, hvor elektronerne kan slås fri.

Når sollys rammer elektronerne i kobber(I)oxid vil en del af elektronerne få så meget energi tilført, at de kan springe væk (slås fri) og ud i saltvandsopløsningen og dermed blive frie. Disse frie elektroner bevæger sig til den "ikke-oxiderede" kobberplade, ind i ledningen, igennem amperemeteret og tilbage til den oxiderede kobberplade. Der er skabt et kredsløb af elektroner - elektrisk strøm.

  

Du skal i denne aktivitet lave din egen solcelle.
Ofte kan man med vand og en blød klud, vaske det øverste oxidlag væk.







Download aktiviteten her: Solceller - lav din egen solcelle

De tre mest almindelige typer af solceller på markedet er monokrystallinske, polykrystallinske og tyndfilmssolceller. Hver type adskiller sig markant i forhold til effektivitet, udseende, pris og materialestruktur.

Monokrystallinske solceller (Krystallinsk silicium)

Dette er den mest populære og udbredte type til private boliger i Danmark. Cellernes siliciumstruktur består af én enkelt krystal, hvilket giver elektronerne optimal plads til at bevæge sig.

• Udseende: Ensartet, mørk eller helt sort overflade med afrundede kanter.
• Effektivitet: Højeste effektivitet på markedet (typisk mellem 15-23%).
• Fordele: Fylder mindre på taget grundet den høje ydeevne og præsterer godt i svagt sollys.
• Ulemper: Den dyreste af de traditionelle solcelletyper på grund af en kompliceret fremstillingsproces.

Polykrystallinske solceller (Krystallinsk silicium)

Disse celler er fremstillet ved at smelte flere siliciumkrystaller sammen.

• Udseende: Karakteristisk blå farve med et glitrende, spættet mønster fra de mange krystaller.
• Effektivitet: Medium effektivitet (typisk omkring 15-20%).
• Fordele: Billigere at producere og købe end de monokrystallinske paneler.
• Ulemper: Kræver mere plads på taget for at generere den samme mængde strøm og har lavere tolerance over for høje temperaturer.

Tyndfilmssolceller (Amorfe eller ikke-krystallinske)

Denne type fremstilles ved at placere et eller flere tynde lag af fotovoltaisk materiale (f.eks. amorft silicium, CIGS eller cadmiumtellurid) på en overflade af glas, plast eller metal.

• Udseende: Helt glat, ensartet og ofte fleksibel struktur.
• Effektivitet: Laveste effektivitet (typisk 6-15%).
• Fordele: Meget lette, fleksible og billige i produktion. De påvirkes mindre af skygge og høje temperaturer end krystallinske celler.
• Ulemper: Kræver enorme arealer for at dække en almindelig husholdnings energibehov og har ofte en kortere levetid. Bruges sjældent på private tage, men ses på f.eks. campingvogne, både eller store industribygninger.

 

Nyere undertyper og avancerede teknologier

N-Type solceller (TOPCon og HJT)

En moderne opgradering af krystallinske celler, hvor siliciummet tilføres fosfor. Det eliminerer visse typer af energitab og giver en markant højere effektivitet og bedre holdbarhed over tid.

Bifacial (To-sidet) solceller

Paneler, der kan optage lys fra både for- og bagsiden. De udnytter det lys, der reflekteres fra jorden eller underlaget, hvilket øger den samlede strømproduktion.

Solcelletag (Integrerede solceller)

Solceller udformet direkte som tagsten eller tagplader. En æstetisk løsning, hvor solcellerne erstatter selve tagbeklædningen i stedet for at blive monteret ovenpå.

Perovskite solceller

En banebrydende teknologi under hurtig udvikling, som i laboratorietest viser ekstremt høje effektivitetsrater. De forventes i fremtiden at revolutionere markedet ved at blive kombineret med traditionelle siliciumceller i såkaldte tandem-solceller.