Vad är solenergi och vilken har roll  har solceller ?

Solceller, även kallade solpaneler eller fotovoltaiska (PV) celler, är en typ av teknik som genererar elektrisk energi från solstrålar. Solceller är gjorda av flera tunna skikt av halvledarmaterial, vanligtvis kisel, som har olika egenskaper.

Vad händer i en solcell när den träffas av ljus?

1 – Genom den fotovoltiska effekten kan solceller bilda likström. Det börjar med att en  ljuspartiklar, absorberas av det halvledande materialet i solcellen när solens ljus träffar dess yta.

2 – Fotonerna, ljuspartiklar som finns i solstrålar, producerar tillräcklig energi för att frigöra elektroner från atomerna i det halvledande materialet när de träffar solcellen. Detta resulterar i frisättning av elektroner från materialet.

3 -Skapande av elektrisk potential: Solceller byggs med en p-n-övergång, vilket innebär att två lager av halvledarmaterial har olika egenskaper. Medan n-sidan är dopad på grund av dess överskott av elektroner, är P-sidan, som är positivt laddad, dopad på grund av sin brist på elektroner. Detta resulterar i en elektrisk potentialskillnad mellan de två komponenterna.

4 – Elektronflöde: De fria elektronerna dras mot n-sidan och de positiva hålen mot p-sidan på grund av solcellens elektriska fält och elektriska potential. Att ansluta en extern krets till solcellen låter separerade elektroner och hål röra sig genom kretsen, vilket skapar en elektrisk ström som kallas för likström.

5 – Likström: Eftersom solcellens elektroner rör sig från n-sidan till p-sidan av kretsen, producerar den likström ström.

En växelriktare används för att omvandla solenergin till växelström (AC). Växelströmmen kan användas av hushåll och företag, eller den kan skickas till elnätet för att andra användare ska kunna använda den.

En solpanel kan generera mer elektricitet genom att kombinera flera solceller. Solpaneler kan installeras på tak, fasader, mark eller andra ytor för att fånga in solenergi och omvandla den till elektrisk energi som är användbar.

Vem upptäckte den fotovoltiska  effekten och hur utvecklades solceller?

Historien om solcellsteknik sträcker sig över flera decennier och har sett betydande framsteg och innovationer. Här är en historisk översikt över utvecklingen av solceller:

1 – Upptäckten av fotovoltaisk effekt (1800-talet): Upptäckten av fotovoltiska effekt kan spåras tillbaka till 1800-talet. År 1839 upptäckte fransmannen Alexandre Edmond Becquerel att vissa material genererar en elektrisk ström när de utsätts för ljus.

2 – Första solcellen (1883): År 1883 skapade amerikanen Charles Fritts den första solcellen baserad på selen. Den hade en konverteringsverkningsgrad på endast omkring 1 procent.

3 – Utveckling av kiselbaserade solceller (1950-talet): Under 1950-talet började forskning fokusera på användningen av kisel som material i solceller. Kisel visade sig vara ett lämpligt halvledarmaterial på grund av dess egenskaper.

4 – Ökad effektivitet (1960-talet): Under 1960-talet ökade effektiviteten hos solceller avsevärt genom användning av monokristallina och polykristallina kiselceller. Detta ledde till en bredare kommersiell användning av solceller.

5 – Användning i rymdforskning (1970-talet): Solceller blev en viktig energikälla i rymdforskningen under 1970-talet. Bland annat användes solceller för att driva rymdsatelliter och andra rymdfarkoster.

6 – Tunnfilmssolceller (1980-talet): Under 1980-talet började forskare experimentera med tunnfilmssolceller som använde tunna lager av halvledarmaterial som amorft kisel, kopparindiumgalliumselenid (CIGS) och kadmiumtellurid (CdTe). Dessa solceller hade potentialen att vara billigare och mer flexibla än traditionella kiselceller.

7 – Kostnadsminskningar och utbyggnad (2000-talet): Under 2000-talet har solcellstekniken genomgått betydande kostnadsminskningar. Forskningsframsteg, produktionsmetodik och skalning av produktionen har lett till ökad tillgänglighet och utbyggnad av solceller över hela världen.

8 – Forskning på perovskitsolceller (2000-talet): Under det senaste decenniet har forskare intensifierat sin forskning på perovskitmaterial som har potential att öka effektiviteten och minska kostnaderna för solceller. Perovskitsolceller har visat lovande resultat och kan vara en framtidsteknologi inom solenergi.

Vilka typer av solceller finns det?

Det finns flera olika typer av solceller, var och en med sina egna material och teknologier. Här är en översikt över några av de vanligaste solcellstyperna:

1 – Kiselsolceller: Kiselsolceller, eller kristallina solceller, är de mest använda och etablerade solcellerna på marknaden. De är tillverkade av halvledarmaterialet kisel och finns i två huvudformer: monokristallina och polykristallina solceller. Monokristallina solceller är gjorda av enskristallina silikonplattor och har hög effektivitet, medan polykristallina solceller är tillverkade av flera kisellag som ger en något lägre effektivitet men lägre kostnad.

2 – Tunnfilmssolceller: Tunnfilmssolceller används för att skapa solceller med tunna skikt av halvledarmaterial. Detta gör att de kan vara mer flexibla, lätta och enklare att tillverka än kiselsolceller. Exempel på tunnfilmssolceller inkluderar amorft kisel (a-Si), kopparindiumgalliumselenid (CIGS) och kadmiumtellurid (CdTe). Dessa material ger lägre effektivitet än kisel, men de kan vara kostnadseffektiva och användas i olika applikationer, inklusive byggnadsintegrerade solceller.

3 – Perovskitsolceller: Perovskitsolceller är en typ av solceller som använder perovskitmaterial, en speciell typ av kristallstruktur, som aktivt lager för att absorbera solens ljus. Perovskitsolceller har potentialen att vara både kostnadseffektiva och högeffektiva. Forskning och utveckling pågår för att förbättra deras stabilitet och hållbarhet.

4 – Organiska solceller: Organiska solceller använder halvledare baserade på organiska (kolbaserade) material för att omvandla solenergi till elektricitet. Dessa solceller kan vara flexibla, genomskinliga och har låg kostnad, men deras effektivitet är för närvarande lägre jämfört med andra solcellstyper. Forskning inom organiska solceller fokuserar på att öka deras effektivitet och stabilitet.

Varför är solceller och solenergin bra för klimatet? 

Solceller spelar en avgörande roll för att främja förnybar energi och minska koldioxidutsläppen på flera sätt:

1 – Ren och hållbar energi: Solceller genererar ren och förnybar energi genom att omvandla solens ljus till elektrisk energi. Solenergi är en obegränsad och oändlig resurs som inte bidrar till utsläpp av växthusgaser eller luftföroreningar vid produktionen av elektricitet. Genom att investera i solceller kan vi minska vårt beroende av fossila bränslen och därmed minska negativa miljöpåverkan.

2 – Minskade koldioxidutsläpp: Solceller spelar en viktig roll i att minska koldioxidutsläppen och bekämpa klimatförändringarna. Genom att ersätta fossildrivna elproduktionsmetoder med solenergi minskar vi utsläppen av växthusgaser, inklusive koldioxid. Solceller möjliggör en övergång till en  fossilfri klimatomställning och bidrar därmed till att uppfylla de globala klimatmålen.

3 – Decentraliserad energiproduktion: Solceller ger möjligheten till decentraliserad energiproduktion. Genom att installera solceller på hustak, företagsbyggnader och infrastruktur kan energi genereras lokalt och användas direkt på platsen. Detta minskar behovet av att transportera el över långa avstånd, vilket leder till minskade energiförluster och ökad energieffektivitet.

4 – Skapande av gröna jobb: Solcellindustrin har potentialen att skapa betydande sysselsättning och ekonomisk tillväxt. Genom att investera i solcellsteknologi skapas arbetstillfällen inom tillverkning, installation, underhåll och forskning. Detta främjar hållbar ekonomisk utveckling och minskar beroendet av energiimport.

5 – Energioberoende och sårbarhetsminskning: Genom att utnyttja solceller kan länder och samhällen minska sin sårbarhet för energiprisfluktuationer och geopolitiska påverkningar. Solenergi finns överallt och kan utnyttjas på platser som saknar tillgång till ett utbyggt elnät. Solceller kan förse avlägsna och underutvecklade områden med ren och pålitlig energi.