GLAS 1
Solcell Mikael Ludvigsson, forskare på RISE. Text
: Mikael Ludvigsson Egentligen borde solenergin vara svaret på mänsklighetens energibehov. Det är ju faktiskt solen som varit en av de viktigaste faktorerna för livets uppkomst överhuvudtaget. Någon del av vår planet nås ständigt av solens energirika strålar. De är så fulla av energi att det räcker med två timmars solinstrålning för att täcka jordens totala energiförbrukning. Ändå kan vi som människor inte tillgodogöra oss ens en bråkdel av den energin. Det är nästan lite märkligt. Naturen Naturens lösning stavas fotosyntes och kan lite slarvigt beskrivas som att växter äter (absorberar) solljus (energi) på dagen. Den producerar sedan glukos med hjälp av luftens koldioxid och vatten från jorden. I glukoset lagras så att säga solens energi innan det under natten används till växtens växande. Fotosyntesens process innehåller i princip de delar som människan försöker återskapa för att stilla sitt, till synes, oändliga behov av energi. Motorer, ångturbiner, kärnkraftverk, vindkraft, vågkraft, solkraft, bränsleceller, batterier och så vidare försöker göra det naturen gör så enkelt i varje liten blomma och träd. MEN mänskligheten kräver för mycket på för liten yta och alldeles för likriktat. Vi borde egentligen återskapa och kopiera fotosyntesen och det närmaste vi kommer i den strävan är kanske – för tillfället – solceller som utvinner energi från solens strålar. Solenergi Solenergi kan indelas i två huvudsakliga områden; solceller som ger elektricitet och solfångare som ger värme. Emellanåt listas även solkyla som ett område, men det lämnas därhän i den här genomgången. Vakuumrörsolfångare Solens superkrafter Solfångare Solfångare är en tekniskt sett enkel konstruktion. Sommarens vattenslang som ringlar fram som en orm i gräset och värms upp förklarar principen ganska väl. Fyll slangen med en lämplig vätska och lägg den i en låda uppe på ett tak så värms vätskan upp av solens strålar. Den varma vätskan kan lagras och användas till att värma upp hus eller exempelvis kranvatten till dusch och tvätt. Det finns olika varianter där solens strålar koncentreras på olika vis för att öka värmemängden. Solpaneler består av flera sammankopplade solceller. Solceller Solceller är finurliga innovationer som nyttjar den ”fotoelektriska effekten” som gav Albert Einstein Nobelpriset 1921. Solcellens funktion förklaras mycket enkelt med hjälp av ljusets kvantisering. Ett ljuskvanta betecknas foton och den fotoelektriska effekten förklarar hur fotoner som strålar in på ett material kan ge upphov till fotoelektroner. När denna effekt primärt nyttjas för att skapa elektroner i form av en elektrisk ström i en solcell kallas det för fotovoltaisk effekt vilket förklarar den engelska beteckningen för solceller, PV – Photo Voltaics. Inom byggandet kallas solceller som integreras i byggnadens klimatskal för BIPV – Building Integrated Photo Voltaics. Processerna i den typiska solcellen bygger på att fotoner från solen får elektroner att röra på sig och ge upphov till en elektrisk ström. Det som fick igång solcellsutvecklingen var insikten att halvledande material som kisel kan dopas med atomer från närliggande material i det periodiska systemet. Dessa atomära grannar gillar att vara i varandras närhet och dopningen ger elektroner som är lättrörliga i solcellsmaterialet. Det betyder att fotoner lättare kan kicka igång elektronerna. Det materialet kallas emellanåt för n-dopat, ”n=negativ”, eftersom de extra elektronerna har negativ laddning. Fosfor (kemisk beteckning P) har många elektroner över och är därmed en n-dopare för kisel. Dessutom kan halvledare (kisel med flera) dopas på det motsatta viset med atomer som skapar tomma platser runt kiselatomerna som också är lättrörliga. De tomma platserna kallas för hål och kan också ”röra på sig” lättare. Det sistnämnda materialets hål får så att säga en positiv laddning och kallas följaktligen för p-dopade, ”p=positiv”. Bor (kemisk beteckning B) har färre elektroner tillgängliga och är därmed en p-dopare när det dopas in i kiselstrukturen. GLAS 1.2023 29 Foto: Moritz Kindler, Unsplash