Såhär omvandlar en solcell solljus till elektricitet

Den främsta uppgiften för en solcell är att omvandla solens energi till elektricitet som du kan använda i ditt hem eller sälja på elnätet. En solpanel är inget annat än flera solceller som är seriekopplade.

Om du inte är så intresserad av hur det går till när man omvandlar solens energi till elektricitet så räcker nog den förklaring för dig. Då vet du ju faktiskt vad en solcell gör. Om du däremot vill veta mer om hur den faktiskt fungerar kan du läsa vidare.

Den fotovoltaiska effekten

Om du tidigare har läst om solceller så har du säkert stött på förkortningen PV som står för photovoltaics och som på svenska heter fotovoltaik. Detta är ett namn på tekniken man använder för att omvandla ljus till elektricitet. Man gör detta med hjälp av ett halvledande material som uppvisar den fotovoltaiska effekten som är nära besläktad med den fotoelektriska effekten. Den fotovoltaiska effekten är ett fysikalist och kemiskt fenomen som kort och gott innebär generering av spänning och elektrisk ström i ett material när det utsätts för ljus.

Vad består en solcell av?

De vanligaste typer av solceller är gjorda av kisel som är det näst vanligaste ämnet på jorden. I en solcell använder man kristallint kisel som läggs mellan lager av ledande material. Man använder både polykristallint kisel som består av flera små kristaller och monokristallint kisel som är en kontinuerlig kristall.

 Varje kiselatom sitter fast med nästa med fyra starka förbindelser vilket håller elektronerna på plats och gör så att ingen ström kan flöda. I en solcell använder man två lager med olika typer av kisel. Ett lager med N-dopad kisel som har extra elektroner och ett lager med P-dopad kisel som har extra tomma platser för elektroner som kallas för hål. 

Området där dessa två lager möts kallas för PN-övergång och där kan elektroner vandra över till andra sidan. När elektroner vandrar över till andra sidan via PN-övergången skapas en positiv laddning på ena sidan och en negativ på den andra.

Hur fungerar en solcell?

Man kan säga att ljus är ett flöde av mycket små partiklar som kallas för fotoner som skjuter ut från solen. När en av dessa fotoner träffar kiselcellen med tillräckligt mycket kraft. Då kan den frigöra en elektron från sin förbindelse och lämna ett hål. 

Den negativt laddade elektronen och platsen för det positivt laddade hålet kan nu röra sig fritt. Men på grund av det elektriska fältet vid PN-övergången kan dom bara röra sig åt ett håll. Elektronen dras till N-sidan och hålet till P-sidan. 

De frigjorda elektronerna samlas upp via tunna metalliska fingrar vid toppen av cellen. Därefter flödar dom vidare genom en extern krets för att till exempel strömförsörja en lampa innan dom till slut åker tillbaka genom det ledande lagret av aluminium på baksidan cellen.

Varför solpaneler?

Varje kiselcell levererar bara en halv volt så därför kopplar man ihop dom i paneler för att öka spänningen. Med tolv solceller kan man ladda en mobiltelefon men det krävs många fler för att strömförsörja ett helt hus. Elektronerna är den enda rörliga delen i en solcell och dom återgår automatiskt till platsen dom kom ifrån. Det finns alltså inget som förbrukas eller slits ut helt och därför kan solcellerna hålla väldigt länge. 

Med tiden så kommer dock ändå solcellerna att minska i effekt på grund av ständiga väderomväxlingar och exponering för UV-ljus från solens strålar. Detta kallar man för degraderingstakt och den varierar mellan olika tillverkare. Lägre degraderingstakt för en solpanel innebär att den kommer att tappa mindre i effekt under sin livstid och därmed kunna producera mer energi. 

De flesta tillverkare garanterar en livslängd på mellan 25-30 år med en förväntad livslängd på upp till 50 år. De flesta garanterar också att solpanelen skall ha kvar ca 80% av sin effekt efter 25 år vilket ger dig trygghet i din investering. Dina paneler kommer alltså generera elektricitet långt efter att de har betalat av sig själva.

Solpanelers effektivitet

Varför kan man inte omvandla allt solljus till elektricitet? Om solens strålar reflekteras istället för att absorberas av solcellen eller om frigjorda elektroner faller tillbaka i hålet innan de flödar runt i kretsen förlorar man den fotonens energi. 

De mest effektiva solcellerna som finns i labbmiljö omvandlar bara runt 47% av solljuset som träffar dom. Dessa celler är extremt komplicerade att tillverka och väldigt ömtåliga så de går inte att använda i en utomhusmiljö. De vanligaste panelerna på marknaden som är anpassade för utomhusklimat ligger på runt 20% i effektivitet. 

Utvecklingen går ständigt framåt där man hela tiden gör nya framsteg i en långsam men stadig takt. Man kan konstatera att om man vill vänta på det absolut senaste, ja då får man vänta hela livet. Redan nu är solpaneler en mycket bra investering som har en kort återbetalningstid i förhållande till livslängd så det finns ingen anledning att vänta.