Solenergi Introduksjon til solceller av Nils Kristian Rossing Skolelaboratoriet ved NTNU

2 Kort intro til solceller

3 Praktisk solcelleteknologi for skolen Solceller: Virkemåte Oppdeling Oppkobling Måling Byggeprosjekter

4 Sola 63,1 MW/m 2 1,367 kW/m ºC 1,367 kW/m 2 ≈15000 ganger vårt årlige forbruk Gjennomsnitt over hele jorda ≈ 342 W/m 2 Ca. 800 W/m 2 i Norge på sommeren

5 Solceller

6 Solcelle spenning + ‒ Tomgangsspenning: 0,56 V Kortslutningsstrøm: 2,5 A i sterkt sollys 15,5 cm

7 Solcellens oppbygning p-dopet (B) silisium n-dopet (P) sjikt Metallgrid – Metallbelegg + Antireflekslag (SiN x ) pn-overgangen SOLLYS

8 Serie- og parallellkobling

9 P ut RLRL Typisk virkningsgrad 14 – 18 % Hvor tapes energien? 19.6 % - Andel fotoner med for lav energi 42.0 %- Andel fotoner med høyere energi enn nødvendig 7 – 8 %- Skyggevirkning av metalliske kontakter 6 – 8 %- Refleksjon av lyset, til tross for antireflekterende lag 7 – 8 %- Uønsket rekombinasjon av elektroner 14 –18%- Til nytte P inn Lys

10 Totalt installert solceller 2000 – 2011 (MW) Globalt (Rest Of World) (Asia Pasific) (Middle East Africa)

11 Prisutvikling solceller Krystallinske solceller skiver

12 Det fine med solceller er at de kaster skygge!?!

13 Om å sette arbeidet med solceller i perspektiv

14 Om å sette prosjektet inn i en sammenheng Solkvinnene i India

Foreningen har som formål å gjennom innsamling av alle former for nyttige bidrag fra private personer,offentlige instanser samt næringsliv i Norge og utlandet bidra til å støtte ulike prosjekter innen landsbyutvikling i land, der behovene for slik støtte eksisterer til enhver tid. Foreningen vil prioritere å bidra til implementering av solenergi som primær fremgangsmåte men vil også være åpen for hybride løsninger. Kvinner og barn i landsbymiljøer der primærbehov som Vann, Helse, Skole og Bygdenæring er områder med energibehov vil være viktige innfallsvinkler og fokusert satsing. Foreningen's virke vil alltid være uavhengig av politiske og religiøse tilhørighet. Tommy Fernandez Torgeir Ulset Per Horgen

16 Solceller i skolen Forslag til prosjekter

17 Skjær ut bunnplata side 55

18 Monter hjullager og hjul

19 Monter motor

20 Monter solcellepanelet

21 Vi skal nå erstatte det ferdige panelet med et selvlaget panel

22 Lita solcelle ladet bordlampe Plastplate (1,5 mm) Solceller Koblingsband Lamineringsplast Batteriholder Ladbare batterier Bateriklemme Tynn myk ledninger Bryter 3 stk hvite lysdioder Motstand (serie med lysdioder)

23 Smarttelefon lader Ladekit fra –Solceller –USB kabel –Mini USB kabel –Plastplate A4 –Power Pack Lamineringsmaskin Verktøy (loddebolt)

24 Solcellesikke side 50 Hva som trengs: Solceller Lamineringsplast Koblingsbånd CD-plate Solcellemotor ”Sukkerbit” Sykkeleike Trekloss Ledninger Dobbelsidig tape Tynn ståltråd Dekor Verktøy Lamineringsmaskin

25 Mendocinomotor

26 Vertikal solcellemotor

27 Introduksjon til solcellepaneler Serie-, parallelkobling, oppdeling, laminering

28 Hva skal skje? Dere skal: 1.Skjære opp en solcellebit 6 x 2,5 cm 2.Klippe opp 6 biter koblingsbånd 6 x 5 cm 3.Seriekoble 5 solceller med koblingsbånd, slik at seriekoblingen ikke blir lengre enn 14,5 cm 4.Måle Kortslutningsstrøm og Tomgangsspenning med ca. 800 W/m 2 byggsol

29 Noen viktig fakta Med full belysning gir hver celle ca. 0,56 V uten belastning Er vi heldige får vi ut 10 % av lysenergen som elektrisk energi Solceller kan serie- og parallellkobles på samme måte som batterier Seriekobling gir økt spenning Parallellkobling gir økt strøm (økt effekt) EFFEKT = STRØM x SPENNING (levert til en belastning) Forutsetter at vi har en optimal last

30 Serie- og parallellkobling

31 Oppdeling av celler? 15,5 cm Tomgangsspenning = 0,56 V Kortslutningsstrøm = 2,0 A Tomgangsspenning = 0,56 V Kortslutningsstrøm = 250 mA 7,25 cm 3,6 cm 1/8

32

33 Proxxon Bench Circular Saw KS Oppdeling

34 Tomgangsspenning Spenning pr. celle 0,56 V Total tomgangsspenning ≈ 2,8V + ‒

35 Effekt Innstrålt effekt = 800 W/m 2 Flate 5 x 0,025 x 0,06 = 0,0075 m 2 Effekt på solcelle = 800 W/m 2 x 0,0075 m 2 = 6 W Levert effekt = Effekt på solcelle x 10 % = 600 mW 2,5 cm 6 cm

36 Montering med flate koblingsbånd + ‒ Tape

37 Oppkobling Montering av koblingsbånd 1.Lag 5 solcellebiter (5 x 2,5 cm) 2.Klipp opp koblingsbånd (6 x 5 cm) 3.Sett tape på koblingsbåndet 4.Fest båndet til banen med tape

38 Oppkobling (forts.) Koble sammen cellene

39 ‒ + Oppkobling (forts.) Koble sammen cellene 5.Legg solcellene inntil hverandre med en klaring på et par mm. 6.Fest ledningene til undersiden med tape

40 Oppkobling (forts.) Bruk lamineringsplast 7.Legg solcellene mellom laminieringsplasten

41 Laminering

42 Oppkobling (forts.) Ferdig solcellepanel

43 Sett igang

44 Solcellens oppbyning og virkemåte

45 Solcellens oppbygning p-dopet (B) silisium n-dopet (P) sjikt Metallgrid – Metallbelegg + Antireflekslag (SiN x ) pn-overgangen SOLLYS

46 Solcellens virkemåte Nivå 1

47

48 Elektrisk energiomvandling fra kjemisk energi via elektrisk energi til lysenergi tid energi BatteriLysdiode - Batteri -

49 Elektrisk energiomvandling fra lysenergi via elektrisk energi til lysenergi tid energi Solcelle -Lysdiode Solcelle + -

50 Solcellens virkemåte Nivå 2

51 Halvledermaterialet Silisium er nærmest en isolator Germanium danner krystaller på samme måte

52 Energinivåer Bare noen energinivåer er lovlige 1,12eV

53 N-dopet og P-dopet materiale P

54 Solceller n p

55 Solceller p EiEi UiUi n

56 Solceller n p EiEi UiUi EeEe UeUe

57 Oppsummering Det er mulig å gjennomføre mange ulike prosjekter i videregående skole. Bruk av nakne celler: + Gir ”hands on” erfaring med silisiumet på godt og vondt + Cellene kan formes og tilpasses + Cellene er relativt billige – Cellene er ekstremt skjøre, går lett i stykker – Gir relativt dårlig virkningsgrad – Kan lett ødelegges av varme (virkningsgraden faller med oppvarming) – Vanskelig å lodde, men lette å laminere (gir økt kontakt motstand) Bruk av ferdig monterte celler: + Robuste + Lette å koble sammen – Dyrere – Vanskeligere å tilpasse til spesiell bruk