Hvordan virker solceller?

Bliv klogere på solenergi

Der er efterhånden ingen tvivl om, at solceller er en rigtig god investering. Vedvarende energi er fremtidens energi og solcelleanlæg fører an i udviklingen af energikilder. 

Når man skal gøre rede for, hvordan solceller virker, er der både den simple forklaring og den lidt mere indviklede. Helt forenklet fungerer solceller på den måde, at de laver solens lys om til elektricitet. Det er altså ikke selve solen, der aktiverer en solcelle, men derimod lyset fra solens stråler. Det er derfor, at solceller sagtens kan producere strøm på overskyede gråvejrsdage, om end en smule mindre effektivt end når solen står højt på himlen. I Danmark har vi typisk mellem 1.600 og 1.800 solskinstimer om året, hvilket er mere end rigeligt, når det handler om at få den optimale mængde energi ud af et solcelleanlæg.

Hvor effektivt solceller producerer strøm afhænger dog ikke kun af lysets styrke, men for eksempel også af størrelsen på solcelleanlægget, anlæggets placering og så videre. Den bedste placering af solceller er af samme årsag altid på taget, da taget er den flade på en bygning, der udsættes for mest lys i løbet af dagen. Solceller findes desuden i flere forskellige typer, hvilket i nogen grad også spiller ind i produktionen.

Nogle mennesker forveksler ofte solceller med solfangere. Der er dog tale om to forskellige ting, selvom de begge omdanner solens stråler til anvendelig energi. Solfangere konverterer solens stråler til energi i væskeform. Denne væske kan for eksempel bruges til opvarmning af fjernvarmevand, brugsvand og procesvarme til industrien. Derved adskiller solfangere sig fra solceller, idet solceller producerer strøm, som kan anvendes direkte eller sendes ud på det offentlige elnet.

På en god sommerdag skinner solen med en lyseffekt på omtrent 1000 watt per m2. Det er en enorm mængde energi, som i nogen udstrækning kan høstes og anvendes ved hjælp af solceller. Det er en støjfri, driftssikker, miljøvenlig og ikke mindst vedvarende energiform, da solens ressourcer er så godt som uendelige. Derfor vinder netop solceller stærkt frem i popularitet i disse år, hvor klimakrisen lurer i horisonten og diskussionen om bæredygtige energiløsninger bølger frem og tilbage.

Dét var den simple forklaring på, hvordan solceller virker – nu til den mere indviklede.

Men hvordan fungerer solceller?

Solceller virker på den måde, at de omsætter strålingsenergi til jævnstrøm ved hjælp af den såkaldte fotoelektriske effekt. Den fotoelektriske effekt er det fænomen, at elektroner udsendes fra en overflade, når overfladen udsættes for og absorberer kvanter af elektromagnetisk stråling med en vis mængde fotonenergi. Effekten blev opdaget første gang i 1839 af den franske fysiker Henri Becquerel.

Solceller er typisk fremstillet af grundstoffet silicium, der findes i enorme mængder rundt omkring på kloden – faktisk er silicium det næstmest forekommende grundstof i jordskorpen. Siliciummet i solceller er desuden tilføjet grundstofferne bor og fosfor. Når disse to stoffer placeres på hver side af siliciummet, dannes der et permanent elektrisk felt, som gør, at frie elektroner inde i solcellen bevæger sig i én retning – og det er er her, den fotoelektriske effekt kommer ind i billedet.

Når solcellen rammes af elektromagnetiske stråling, det vil sige solens lys, bliver elektronerne i siliciummet ”slået løs” af lysets energirige fotoner. I stedet for kun at bevæge sig i én retning, kan elektronerne nu bevæge sig frit rundt. Herefter bliver elektronerne samlet op af et fintmasket elektrisk ledende gitter på solcellens forside, som gør det ud for den negative pol.

Resultatet af denne effekt er, at der opbygges en spændingsforskel på 0,6 volt mellem solcellens for- og bagside. Når de to sider er forbundet af et elektrisk kredsløb, søges denne spændingsforskel på grund af naturens indretning altid udlignet ved, at der løber en strøm, som er proportional med bestrålingsstyrken. På den måde dannes der jævnstrøm. 

Solceller sammensættes i såkaldte solcellemoduler, hvor omtrent 36 solceller kombineres i en serie- eller parallelforbindelse, så de giver mere strøm. Det er disse moduler, som kan samles til et solcelleanlæg. Størrelsen på et solcelleanlæg kan variere, men et anlæg på 10-15 m2 kan forsyne en gennemsnitlig husstand med 25-30% af det samlede energiforbrug.

Før energien fra solcellerne kan anvendes direkte på elnettet, skal jævnstrømmen dog omdannes til vekselstrøm via en såkaldt inverter – også kaldet en vekselretter eller en transformer. Inverteren er på mange måder hjertet i et nettilsluttet solcelleanlæg, da det er inverteren, der afgør, hvor meget elektricitet, der leveres til det kollektive elnet. Hvorvidt der skal anvendes en inverter eller ej kommer dog an på, hvilket type solcelleanlæg, der er tale om.

Sådan virker de forskellige typer af solcelleanlæg

Der findes grundlæggende tre forskellige typer af solcelleanlæg: Det nettilsluttede solcelleanlæg, stand alone solcelleanlægget og hybrid solcelleanlægget. Forskellen på de forskellige anlæg ligger primært i, hvordan den overskydende strøm fra solcellerne bliver gemt.

• Det nettilsluttede solcelleanlæg er, som navnet antyder, koblet til det offentlige elnet. Et nettilsluttet solcelleanlæg har ikke nogen batteribank, hvilket betyder, at eventuelt overskydende strøm bliver sendt direkte ud på elnettet. Den overskydende strøm afregnes efterfølgende i forhold til nettomålerordningen.
   
• Stand alone solcelleanlægget har modsat det nettilsluttede anlæg en batteribank, hvorpå den overskydende strøm lagres til senere brug. Et stand alone solcelleanlæg er derfor ikke koblet på det offentlige elnet, da det kun producerer strøm til eget brug. Et stand alone solcelleanlæg kaldes også for et off-grid anlæg eller et ø-anlæg.
   
• Hybrid solcelleanlægget er det bedste af begge verdener, da det både er koblet til elnettet og har egen batteribank. Fordelen ved et hybrid solcelleanlæg er derfor, at overskydende strøm kan gemmes på batteribanken, selvom anlægget også er hægtet på elnettet – det giver typisk en bedre totaløkonomi sammenlignet med stand alone solcelleanlægget og det nettilsluttede anlæg.

Der er dog ingen forskel på, hvordan solcellerne fungerer i de forskellige anlægstyper. Det foregår alt sammen via den fotoelektriske effekt, uanset hvordan strømmen lagres efterfølgende. Til gengæld er der en lille forskel på, hvordan solstrålerne optages, når man taler om forskellige typer af solceller.

Sådan fungere de forskellige typer af solceller

Der findes i dag tre forskellige hovedtyper af solceller på markedet: Tyndfilmssolpaneler, monokrystallinske solpaneler og polykrystallinske solpaneler. De tre typer af solceller virker på samme måde, men adskiller sig alligevel fra hinanden på visse punkter – ikke kun på overflade og materiale, men også en smule på effektivitet og evnen til at udnyttet solens stråler.

• Tyndfilmssolceller kaldes også for amorfe solceller. Denne type solcelle adskiller sig markant fra de to andre typer, da det er fremstillet af tyndfilm. Tyndfilmssolceller har en mørkt og ensartet overflade, og er mere effektive i gråvejr end krystallinske solceller. I strålende solskin er tyndfilmssolceller dog mindre effektive end polykrystallinske og monokrystallinske solceller, men til gengæld tåler de bedre varme.

• Monokrystallinske solceller adskiller sig fra polykrystallinske solceller ved, at de er sorte og har en mere harmoniseret overflade. Det skyldes, at monokrystallinske solceller kun indeholder én siliciumkrystal per individuel celle. Alle krystallerne i panelet peger i samme retning, hvilket betyder, at lyset kun rammer solcellerne i denne ene retning – som resultat er de mere ensartede at se på en polykrystallinske solceller. Monokrystallinske solceller er den mest effektive solcelletype af de tre.
   
• Polykrystallinske solceller er sammensat af flere forskellige siliciumkrystaller per individuel celle. Derfor reflekterer de lyset anderledes en monokrystallinske solceller, hvilket giver dem en karakteristisk blå farve, der ofte har flere nuancer. Polykrystallinske solceller er en smule mindre effektive end monokrystallinske solceller, men afhængig af placering, installation, lys og skygge kan forskellen være forholdsvis minimal.

Som tidligere nævnt er der dog også andre faktorer, der kan påvirke effektiviteten af et solcelleanlæg – for eksempel placering, vinkling og skygge. Et solcellepanel er opbygget af en kæde af solceller. Hvis én solcelle ligger i skygge, kan det derfor trække effektiviteten for hele kæden ned. Vinklingen på solceller påvirker desuden lysindfaldet fra solen, hvilket igen kan øge eller mindske cellernes produktivitet.

Der forskes desuden til stadighed i, hvordan solceller kan gøres endnu mere effektive, end de er i dag. På Oslo Universitet forsøger man blandt andet at udnytte solens UV-stråling og øge solcellernes produktivitet ved at lægge en hinde af titandioxid oven på cellerne. Titandioxid er et stof, som også bruges i solcreme, da det optager UV-stråling. Tilsætter man derudover stoffet europium, kan den optagede energi fra UV-strålerne omdannes til lys, som solcellerne kan udnytte. 

Det er imidlertid vigtigt at holde sig for øje, at netop solceller er et område i rivende udvikling. Hvad der er gældende i dag, er ikke nødvendigvis gældende i morgen. Derfor anbefaler vi, at du så vidt muligt holder dig opdateret, hvis du interesserer dig for solenergi. Hos PHØNIX TAG Energi A/S følger vi udviklingen nøje, så vi altid kan tilbyde vores kunder den bedste rådgivning og dele ud af den nyeste viden.

Kontakt os, hvis du har spørgsmål omkring vores produkter, de forskellige solcelletyper eller hvis du blot ønsker at blive endnu klogere på, hvordan solceller fungerer. Vi glæder os til at hjælpe dig.