Solcellens virkemåte (analogi) www.skolelab.ntnu.no/

Elektrisk leder og isolator Nils Kr. Rossing 03.11.11

Nils Kr. Rossing, Newton-energirom – en presentasjon

Nils Kr. Rossing, Newton-energirom – en presentasjon

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

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

Halvlederteori og solcellens virkemåte www.skolelab.ntnu.no/

Halvledermaterialet Rent silisium er nærmest en isolator www.skolelab.ntnu.no/

Bare noen energinivåer Valens-skall Fritt Lys/energi Hull 1,12eV Silisium Bare noen energinivåer er lovlige www.skolelab.ntnu.no/

N-dopet og P-dopet materiale www.skolelab.ntnu.no/

Solceller Elektrisk n nøytral Elektrisk p nøytral Ladning www.skolelab.ntnu.no/

Solceller n p + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Potensial n + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - p www.skolelab.ntnu.no/

Solceller V - - - - Lys Mørkt - n ‒ + + + p + + Potensial - - - n 0.5V ‒ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - 0V V - + + p - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + www.skolelab.ntnu.no/

Karakterisering av solceller www.skolelab.ntnu.no/

Karakterisering av solceller Kortslutningsstrøm, Isc Tomgangsspenningen, Uoc Strøm-spenningsdiagram, UI-diagram Levert effekt som funksjon av lastmotstand Optimal last, Rpmax Virkningsgrad, ή

Måleoppstilling Lyskilde 300 - 500 W Multimeter Lysintensitetsmåler v/solcellen ca. 1000 W/m2

Tomgangsspenning og kortslutningsstrøm + - V + - A Måleområde: 2 V Måleområde:10 A

Måleoppstilling Lyskilde 300 - 500 W 2 multimeter (Volt-meter og Ampér-meter) Lysintensitetsmåler v/solcellen ca. 1000 W/m2 Motstandsbrett

Oppkobling med motstandsbrett V + - A www.skolelab.ntnu.no/

Karakterisering av solcellene Resistans ∞ 330 100 33 10 3,3 1 0,33 0,1 Målt spenning Målt strøm Effekt Tomgansspenning:_____V Kortslutningsstrøm:_____mA Maksimal effekt:_____mW Optimal belastningsmotstand:_____Ω

Fyllfaktor, FF Målt med forskjellige motstandsverdier Kortslutningsstrøm Belastning 0Ω www.skolelab.ntnu.no/ Tomgangsspenning Belastning ∞Ω

Optimal belastning, ei celle www.skolelab.ntnu.no/

Virkningsgrad PE PL Solcelle PL PE v = 100 %

Måleoppstilling virkningsgrad Lyskilde 300 - 500 W Lysintensitet v/solcellen ca. 1000 W/m2 ?? cm Solcelle Lysmåler www.skolelab.ntnu.no/

Virkningsgraden Lyseffekt levert til solcellen = Målt lyseffekt _____W/m2 x Solcellearea = _____m2 = _______W Lyseffekt levert til solcellen = Levert elektrisk effekt til belastningsmotstanden: Strøm x Spenning (v/optimal motstand: _____Ω) = Io x Uo= ______W Virkningsgrad = Lyseffekt levert til solcellen x 100% Elektrisk effekt levert til motstand =_______ www.skolelab.ntnu.no/

Virkningsgrad som funksjon av lysintensitet www.skolelab.ntnu.no/

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