Solceller

I kapitlet om dioder har vi redan lärt känna fotodioden. Samma effekt – omvandlingen av ljusenergi till elektrisk energi – utnyttjas även i solcellen. En solcell omvandlar solens optiska strålningsenergi till elektrisk energi. Därmed finns en extra spänningskälla som även kan användas inom amatörradion, till exempel vid ett fieldday. Figur UPPGRADERING-7.4.1 visar uppbyggnaden av en monokristallin kiselsolcell.

När ljus träffar solcellen frigör ljuspartiklarna (fotonerna) elektriska laddningsbärare i halvledaren, varvid en elektrisk spänning och en ström uppstår. Albert Einstein förklarade denna fotoelektriska effekt redan 1905 och fick senare Nobelpriset i fysik för det.

Symbolen för ett fotoelement (solcell) visas i figur UPPGRADERING-7.4.2.

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Kort beskrivning: Schematisk bild av en flerskiktskomponent som träffas av gula pilar märkta ”Sonnenlicht” (solljus), med två ledningar till en ”Verbraucher” (belastning) och spänningsangivelsen ”0,5 V”.

Detaljerad beskrivning: Perspektivteckning av en rätblocksformad stapel av tre färgade lager, uppifrån och ned märkta ”N-Dotiert” (N-dopad, ljusblå), ”Dünne Sperrschicht” (tunt spärrskikt, ljusgrå) och ”P-Dotiert” (P-dopad, orange). Ovansidan visar flera parallella grå ränder på en blå yta. Från uppe till vänster faller flera gula pilar snett nedåt höger mot ytan; ovanför står med gult ”Sonnenlicht”. Till höger leder två svarta ledningar bort från stapeln; varje ledning är markerad med en svart punkt vid stapeln (upptill och nedtill). Ledningarna går till en rektangulär symbol, bredvid vilken ”Verbraucher” står. Till höger om den finns en lodrät markering märkt ”0,5 V” med en pil uppåt. Inga andra komponenter, skalor eller axlar är inritade. — Figur UPPGRADERING-7.4.1: Uppbyggnad av en monokristallin kiselsolcell

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

1) Kort sammanfattning: En vågrät ledning korsas på mitten av en lodrät linje med två sneda pilar på sig; till höger på ledningen sitter en liten, svart rektangel.

2) Detaljerad beskrivning: På vit bakgrund löper en tunn vågrät linje från vänster till höger. Mitt i bilden står en tunn lodrät linje som korsar den vågräta ledningen; den lodräta sticker upp och ned något utanför den vågräta. Från uppe till höger kommer två korta pilar riktade snett nedåt vänster och pekar mot den övre delen av den lodräta linjen. Direkt till höger om den lodräta finns på den vågräta ledningen en kort, smalare, svart, lodrät rektangel. Inga andra symboler, etiketter eller värden finns. — Figur UPPGRADERING-7.4.2: Symbol för fotoelement (solcell)

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Kort sammanfattning: Kopplingsschema med flera seriekopplade solceller i fyra parallella grenar mellan en övre och en undre samlingsskena; till höger är en last inritad, bredvid markeras spänningen U och strömmen I.

Detaljerad beskrivning: Upptill och nedtill löper en genomgående ledarbana (samlingsskena) vardera med flera svarta förbindelsepunkter; längst till höger slutar båda ledarbanorna i en liten öppen anslutningscirkel. Däremellan är fyra lodräta strängar inritade. Varje sträng består av flera identiska solcellssymboler (två korta, parallella plattor) med två små pilar som pekar mot plattorna från höger. Den vänstra strängen visas som en lång seriekoppling; på dess mitt står ”30 st.” med en streckad lodrät linje som antyder de utelämnade komponenterna; nere till vänster bredvid strängen står ”0,6 V”. Uppe till vänster visar en uppåtriktad strömpil märkt ”1 A”. Över tre av strängarna är små, svartfyllda, uppåtpekande trianglar inritade vid noderna på den övre samlingsskenan. I de tre högra strängarna löper dessutom streckade lodräta linjer från enskilda celler till den undre samlingsskenan. Till höger utanför cellfältet markerar en lång klammer med pil nedåt storheten ”U”. I den högra ytterledaren är en smal rektangel insatt som lastsymbol; bredvid står en nedåtriktad strömpil märkt ”I”. — Figur UPPGRADERING-7.4.3: Solcellssammanslutning i en solpanel

TODO — Figur UPPGRADERING-7.4.4: Solpanel med celler

Viktiga data för en solcell är tomgångsspänningen $U_\mathrm{OC}$, alltså spänningen utan ansluten last, samt kortslutningsströmmen $I_\mathrm{SC}$, som flyter vid direkt kortslutning av anslutningarna under full solinstrålning.

Precis som vid serie- och parallellkoppling av ackumulatorer respektive spänningskällor förändras klämspänningen och den största lastströmmen hos en solpanel genom hopkopplingen av de enskilda solcellerna.

I en solpanel är flera solceller hopkopplade, som figur UPPGRADERING-7.4.3 visar. Här seriekopplas 30 solceller med vardera $\qty{0,6}{\volt}$ tomgångsspänning. De enskilda cellernas spänningar adderas. Därmed blir totalspänningen

$\qty{30}{} \cdot \qty{0,6}{\volt} = \qty{18}{\volt}$.

Dessutom parallellkopplas fyra sådana serier. Vid parallellkoppling adderas strömmarna från de enskilda strängarna. Om varje solcell respektive varje sträng ger en kortslutningsström på $\qty{1}{\ampere}$ blir den sammanlagda kortslutningsströmmen

$\qty{4}{} \cdot \qty{1}{\ampere} = \qty{4}{\ampere}$.

Fortsätt till nästa avsnitt: Spänningsomvandlare