Solceller

Virkemåte

Halvledermaterialet er plassert mellom to elektroder. Det virksomme lyset har bølgelengder kortere enn ca. 1 μ; det mer langbølgende filtreres ofte bort fordi det fører til uønsket oppvarming. For å få stor nok effekt, må et stort antall solceller kombineres og monteres som store paneler.

Det vanligste halvledermaterialet for solceller er krystallinsk silisium. Tynne skiver (wafere) sages ut av silisumblokker som enten består av én krystall eller flere individuelle krystaller. Disse kalles for monokrystallinske og multikrystallinske celler. Wafere kan også produseres ved at halvledermateriale dampes på en plate av glass, stål eller plast.

Slik tynnfilmteknologi utgjør en mer komplisert produksjonsprosess, men betyr en innsparing av dyrt halvledermateriale. Det forskes på ulike typer aktivt materiale i tynnfilmceller, mest brukt er kadmiumtellurid (CdTe) og kobber-indium-gallium-disenelid (CIGS).

En annen celletype består av to celler lagt på hverandre, der der den øverste absorberer kortbølget lys og den underste mer langbølget. Slike celler utnytter sollyset mer effektivt ved at en oppnår en høyere cellespenning.

Produksjon

Produksjonsprosessen for tradisjonelle multikrystallinske solceller av silisium starter med kvarts som renses til solcellekvalitet, dvs. Si>99,9999%. I dag skjer dette ved Siemensprosessen, hvor materialet fordampes til gass før det renses, en prosess som krever mye energi. Det er alså et metall som "kokes" for å bruke "dampen". 

Det rene halvledermaterialet blir deretter støpt om til såkalte ingots (ca. 1,5m x 1,5m x 0,4m) som igjen skjæres opp i blokker (0,156m x 0,156m x 0,3m). 

Ved hjelp av trådsager sages blokkene opp i tynne skiver, såkalte wafere, hver med tykkelse lik ca. 0,2mm. Waferne er grå av farge med tydelig kornstruktur og ligner litt på et puslespill, men blir etterhvert blåaktige som følge av tykkelsen på antirefleksbelegget som påføres etter at materialet er teksturert og dopet. Til slutt brennes kontakter av sølv gjennom antirefleksbelegget og cellen kan sammenmonteres med flere andre i et panel.

Det mest vanlige alternativet til multikrystallinske solceller er monokrystallinske celler. Ved fremstilling trekkes en enkrystall i steden for å støpe en multikrystallinsk ingot. Etter saging gir dette celler med samme blåfarge som de multikrystallinske cellene, men solceller laget fra enkrystaller kan enkelt gjenkjennes ved at cellene blir åttekantede i steden for firkantet. Dessuten er kornstrukturen borte slik at en celle har samme farge over hele cellen.

Solceller av andre typer kan ha andre farger, f.eks. er solceller av CdTe sorte.

Virkningsgrad

Effektiviteten av silisiumsolceller er teoretisk 28 %, i praksis mellom 15 og 24 %; for multikrystallinske celler ligger virkningsgraden 4-5 % lavere enn de monokrystallinske. Solceller som kan absorbere alle bølgelengder som sollyset består av, vil ha en teoretisk virkningsgrad på 85 %. Det er bygget kommersielle systemer som mottar konsentrert sollys fra krumme reflektorer med en virkningsgrad på 26 %, i laboratorieforsøk har en oppnådd en virkningsgrad på 40 % ved konsentrert sollys. Til sammenlikning har en forbrenningsmotor i bil en virkningsgad på litt over 20%. Resten av energien å derfor til oppvarming og flytting av luft!

I fritt rom ved Jorden er solenergien totalt ca. 1300 watt/m², og selv ved beskjedne energimengder kreves betydelige arealer. Ved lette, utfoldbare paneler er ytelses/vekt-forholdet opptil 100 watt/kg.

For at "vanlig folk" skal begynne å bruke solceller aktivt er prisforholdet for solceller avgjørende. Masseproduksjon kan bringe prisen nedover. Prisen på silisium har i senere tid falt dramatisk, noe som bremser utviklingen av tynnfilmceller og andre alternative teknologier. 

Anvendelse

Solcellesystemer finnes i størrelsesorden fra brøkdeler av en watt til kraftverk med en effekt på flere MW. De minste systemene finnes innbygd i et produkt, f.eks. en kalkulator eller en utelampe. For generell strømforsyning kan en skille mellom frittstående systemer som leverer strøm til en hytte, en husholdning eller en landsby. Frittstående systemer krever alltid et energilager, her er blyakkumulatorbatterier fortsatt den dominerende teknologien. Frittstående systemer brukes også til andre formål der nettilknytning eller generatorstrøm er for kostbar eller umulig (f.eks. innen romfart). Netttilknyttede systemer spenner fra anlegg integrert i et bolighus som kan levere vekselstrøm til nettet i overskuddsperioder og der det kjøpes strøm i perioder med lite sol, til sentraliserte solkraftverk med en installert effekt på mange megawatt.

• Fornybar.no