Lavet i samarbejde med Gorm Bruun Andresen, energiforsker på Institut for Mekanik og Produktion ved Aarhus Universitet. Foto: Didier Larsen
Solenergi er, når man omsætter solens lysstråler til en brugbar form for energi.
Energiformen har et kæmpe potentiale. Faktisk vil solen midt på dagen lyse med knap 1000 watt per kvadratmeter, som rammer jorden. Det er rigtig meget – i kontrast ligger en indendørs LED-pære typisk på 10 watt.
Så vi har virkelig meget solenergi til rådighed, hvis vi kan finde ud af at udnytte den. Og det muliggør nutidens teknologi heldigvis, både når det gælder varme og elektricitet. Hvis vi starter med varme, så kræver det, at lysstrålerne rammer en mørk overflade, så de kan absorberes. Det mest effektive er at ”fange dem” i et drivhus beklædt med sort indvendigt.
Jo mere hvid en overflade er, jo mere vil den reflektere i stedet for at absorbere. Når et lukket område (som et drivhus) opvarmes på den måde, kan man lede rør med væske igennem, og væsken (for eksempel vand) bliver også opvarmet.
Den teknologi bruges hyppigt i Danmark i dag på mindre fjernvarmeanlæg. Man kalder det lavtemperatur solvarme, fordi væsken opvarmes til maksimalt 100 grader. Hvis væsken skal være over 100 grader varm – eksempelvis helt op til 500 grader – kræver det, at man fokuserer mere lys på samme sted. Der skal bruges en linse eller en opstilling af spejle, så man ligesom kan ”samle” strålerne. Vandet skal også skiftes ud med f.eks. olie, så det ikke koger i rørene.
Sådanne temperaturer bruges på solkraftværker i f.eks. Spanien, og det smarte ved så højt et antal grader er, at der kan skabes damp, som derefter kan bruges i et dampkraftværk eller til procesvarme. Formen kaldes højtemperatur solvarme.
Mens VVS’ere typisk vil beskæftige sig med soldrevne varmeanlæg, er det elektrikeres opgave at arbejde med solceller. Det er den dominerende form for solenergi i dag, og metoden i solceller kaldes fotovoltaik (omdannelse af lys til elektricitet).
En solcelle består hovedsageligt af en halvleder. Halvlederen er lavet af materialet silicium, der minder meget om sten eller krystal. Det dyrkes i store fabrikker, hvor det skæres ud i tynde og runde skiver, der ligner en blanding af metal og glas. Man kan kende det på sit blå skær.
Silicium-pladerne bombarderes med bestemte atomer som galium og bor. Derved bliver de til en elektrisk ladet komponent – på samme måde som en computerchip. Når solens lys rammer denne ”chip”, der normalt fylder mange kvadratmeter, skabes et såkaldt elektron-hul par.
FAKTA: En elektron er en elektrisk ladet partikel, som findes i alle atomer. I metaller kan nogle af elektronerne flyde frit, og de bliver derved elektrisk ledende. I en halvleder som solceller kan elektroner kun flyde frit, hvis de først får et ”spark” af solens lys.
Et elektron-hul par er, når elektroner i et materiale – i dette tilfælde solcellen – løsriver sig og sætter i bevægelse ud mod overfladen og ind i nogle ledninger. Det er det, der sker i en solcelle. Man kan se små sølvledninger på oversiden af et panel, og her rejser elektroner, som lyset har frigivet.
De ender ved en stikkontakt, og herfra kan de skabe elektricitet. Først skal de dog gennem en inverter, som hjælper med at omdanne den lave spænding (jævnstrøm) fra solcellen til højere spænding (vekselstrøm), for at vi kan bruge strømmen ordentligt. Batteridrevne ting, som f.eks. mobiltelefoner, vil dog godt kunne bruge strømmen fra solcellen direkte.
Elektronerne kommer altid ”hjem” igen – dvs. ind via bagsiden af solcellen. På den måde er der tale om et lukket kredsløb, fordi elektronerne rejser fra silicium-pladen, gennem ledninger, til henholdsvis inverter og stikkontakt, ud i forskellige elektroniske enheder og tilbage igen. Hver elektron skubber til den næste, så der dannes en slags dominoeffekt.
FAKTA: En halvleder er en mellemting mellem metal og plast eller træ. Metal er rigtig godt til at lede elektroner. Plastik og træ isolerer og stopper elektronerne fra at bevæge sig.
For elektrikere er det vigtigt at forstå konceptet bag solceller. De skal nemlig i højere og højere grad kunne analysere kredsløbene på større installationer og spotte, hvis der er noget galt. For eksempel hvis en af solcellerne er i stykker, så strømmen pludselig løber den forkerte vej i kredsløbet.
Sådan et problem opstår, når solceller, der sidder tæt sammen, lige pludselig ikke har en ens spænding.
Halvlederne i hver solcelle er normalt fremstillet til at lave mellem 0,5 og 0,6 volt – til sammenligning er spændingsværdien i et normalt AA-batteri 1,5 volt. Solcellerne er derfor sat sammen i kæder (serie) for at skabe en større spænding.
Kæderne er forbundet i parallel for at forøge den samlede effekt. Hvis en af cellerne imidlertid er i stykker, så falder spændingen, og strømmen fra en af de parallelforbundne kæder kan så løbe den forkerte vej igennem kæden med den ødelagte celle og ødelægge den yderligere. Det samme kan ske, hvis der falder en dyb skygge på en kæde, imens en anden kæde er i fuld sol. For at undgå sådanne ødelæggelser har moderne solceller derfor beskyttelsesdioder, der forhindrer dette i at ske.
Solenergi er en fantastisk vedvarende kilde, og den er virkelig boomet i industrien, så vi kommer til at se meget mere implementering i både private og offentlige bygninger fremover.
