Solceller

Solen strålar hela tiden ut enorma mängder energi, och en liten del når jorden. En solcell omvandlar strålningsenergin direkt till elektrisk energi — utan rörliga delar. Hur mycket el det blir beror på tre saker: hur stor solcellen är, hur starkt solen lyser och hur bra solcellen är.

Läs genomgången och räkna exemplen först — sedan testar du i simuleringen längst ner.

Effekten från en solcell

P=A⋅G⋅ηP = A \cdot G \cdot \eta

P = elektrisk effekt (W), A = solcellens area (m²), G = solinstrålningen som når solcellen (W/m²), η = verkningsgrad

A · G är den effekt i solljuset som träffar solcellen. Verkningsgraden η anger hur stor del av den som blir el — resten reflekteras eller blir värme i panelen.

Solinstrålningen G varierar mycket: en klar sommardag mitt på dagen är den ungefär 1 000 W/m², en mulen dag kanske 100–200 W/m², och på natten noll. Dagens solceller har en verkningsgrad på ungefär 15–22 %.

Exempel · Solcell en mulen dag

Hur stor elektrisk effekt kan en solcell på 10 m² ge om solinstrålningen är 150 W/m² och verkningsgraden 20 %?

Visa lösning

Sätt in i formeln, med verkningsgraden som decimaltal

P=A⋅G⋅η=10⋅150⋅0,20=300 WP = A \cdot G \cdot \eta = 10 \cdot 150 \cdot 0{,}20 = 300\,\text{W}

Svar: 300 W. Samma solcell ger 2 000 W en klar sommardag med 1 000 W/m².

För att få energin multiplicerar man effekten med tiden, precis som tidigare: E = P · t. Ger solcellen 300 W i 4 timmar blir det 1 200 Wh = 1,2 kWh.

Fråga · Varför inte 100 %?

Varför kan en solcell inte omvandla all instrålning till el?

Visa svar

En del av ljuset reflekteras bort, och en del har fel våglängd för att kunna frigöra elektroner i solcellen. Det mesta av den energi som inte blir el blir värme — solcellen blir varm i solen, och dessutom sämre ju varmare den blir.

Uppgifter

Uppgift · 1. Verkningsgrad

Vad är verkningsgraden hos en solcell på 20 m² om den genererade effekten är 3 000 W och solinstrålningen är 300 W/m²?

Facit släpps av din lärare. Logga in för att se det när det har släppts.

Uppgift · 2. Solcell och TV

Solen har en effekt på 1 kW/m². En solcell har effekten 150 W och arean 0,5 m².

a) Hur stor är solcellens verkningsgrad?

b) Du laddar ett bilbatteri med solcellen i 4 timmar. Hur länge kan du sedan titta på en 24-tums TV med effekten 25 W?

Facit släpps av din lärare. Logga in för att se det när det har släppts.

Uppgift · 3. Solceller på taket

En villa har 30 m² solceller med verkningsgraden 20 %. En solig sommardag är den genomsnittliga instrålningen 600 W/m² under 8 timmar. Hur många kWh producerar solcellerna under dagen, och hur stor del av villans genomsnittliga elbehov (20 000 kWh per år) är det?

Facit släpps av din lärare. Logga in för att se det när det har släppts.

Snabbkoll

Har du förstått?

1.Vad står G för i P = A · G · η?

2.Vad händer med effekten om solcellens area fördubblas?

3.Ungefär vilken verkningsgrad har en solcell i dag?

4.Vilken energiomvandling sker i en solcell?

Testa själv

Simuleringar

Solceller

Prova:

  1. Kontrollera exemplet: 10 m², 150 W/m² och 20 %. Blir det 300 W?
  2. Hur stor yta behövs för att få 2 000 W (en vattenkokare) en mulen dag? En klar sommardag?
  3. Hur många timmar TV (25 W) blir det av fyra soltimmar med solcellen i uppgift 2?
A = 10 m²G = 150 W/m²
20 %
80 %
Elektrisk effekt: 300 WReflekteras eller blir värme: 1 200 W

Effekt

P = A · G · η = 10 · 150 · 0,2 = 300 W

Energi

E = P · t = 300 W · 4 h = 1 200 Wh = 1,2 kWh

Räcker till …

en TV på 25 W i 48 h (2 dygn), en LED-lampa på 6 W i 200 h (8,3 dygn), eller en vattenkokare på 2 000 W i 36 min.