13 Fysikk og teknologi
Virkningsgraden For å få en solcelle til å virke, må fotonene ha en energi som er tilstrekkelig til å eksitere halvlederen fra valensbåndet til ledningsbåndet. I eksempelet på side 346 så vi at halvlederen silisium bare kan eksiteres av lys med en bølgelengde som er kortere enn 1120 nm. Mesteparten av sollyset er innenfor denne grensen, se figuren i margen. Det betyr at silisium egner seg godt som halvledermateriale i en solcelle. Den fotonenergien som er til «overs» etter at elektronet har fått sin del, går tapt som varme i solcellen. Også de fotonene som har høyere bølgelengde enn 1120 nm, går tapt som varme. Dette reduserer effektiviteten til solcellen. De silisiumsolcellene som er vanlige i dag, har en virkningsgrad på 15–18 %. I de beste solcellene kan vi teoretisk få omdannet 60 % av energien i det innkommende sollyset til elektrisk energi. Forskerne håper på at en snart kan utnytte ca. 40 % av sollyset i praksis.
351
Utstrålingstetthet per bølgelengde 6000 K 5700 K
200
600
1000
1400 λ /nm
Planckkurven for sola. Atmosfæren vil filtrere vekk enkelte bølgelengder, men mesteparten av strålingen fra sola ligger under 1120 nm også ved havoverflaten.
En takflate på 25 m2 er dekket av solceller med en virkningsgrad på 17 %. Hvor stor elektrisk effekt kan anlegget maksimalt produsere? Maksimal innstrålingstetthet fra sola ved jordoverflaten er omkring 1,0 kW/m2.
Løsning: Først finner vi totalt innstrålt effekt på taket ved å multiplisere innstrålingstettheten E med takarealet A: P = E · A
= 1,0 kW/m2 · 25 m2 = 25 kW
Den nyttbare effekten blir (se side 172)
nyttbar effekt = tilført effekt · virkningsgrad = 25 kW · 0,17 = 4,3 kW
Dette anlegget kan maksimalt produsere 4,3 kW elektrisk effekt.
En norsk husstand bruker i gjennomsnitt 2,3 kW elektrisk effekt. Kan du tenke deg noen årsaker til at solcelleanlegg på tak ikke er mer utbredt i Norge?
EKSEMPEL