Teknikken bag solceller og invertere

Solceller er en gammel opfindelse af Alexandre Edmond Becquerel fra 1839, der som den første omdannede lyset fra solens stråler til elektrisk strøm.

Idag er solceller blevet en verdensomspændende industri, og et solcelleanlæg kan blive allemandseje. Solceller genererer kun omkring 0.05% af verdens energiforbrug, men over de seneste 5 år er antallet af solceller vokset med ca. 50% pr. år på verdensplan.

I Damark alene er antallet af solcelleanlæg 4-doblet fra 2010 til 2011 og denne udvikling boomede i 2012, hvor der forventedes at være omkring 25.000 anlæg installeret ved årets slutning - men rent faktisk endte med at væreover 60.000 anlæg.

Hvad er solceller?

Ved solceller forstås her en enhed der omdanner lys til elektrisk strøm ved at udnytte den fotoelektriske effekt.

Der er mange forskellige typer af solceller på markedet idag, og her omtales de mest almindelige: monokrystallinske, polykrystallinske og tyndfilms.

Fælles for typerne gælder det, at een celle giver ca. 0,5 Volt, og at strømstyrken er bestemt af arealet og lysintensiteten på cellen.

0,5 V er ikke meget. Til sammenligning er et bilbatteri på 12 V, så for at kunne benytte solceller i praksis, sætter man typisk 60 celler i serie, så man får et solpanel der giver omkring 30 V og en strømstyrke der svarer til overfladen størrelse, typisk 3-10 Ampere.

De 60 celler limes på en plade af hård, stift materiale og loddes sammen. En elboks monteres på bagsiden, og på forsiden lægges et stykke jernfrit glas. Der limes rammer på sider, top og bund - og sådan er et solpanel født.

Nårder laves en installation af et anlæg, sætter man typisk 10-20 paneler (600-1200 celler) op i serireforbindelse. Denne installationsform er den mest simple, men giver også nogle problemer. Fordi solcellerne ikke er gennemtrængelige for strøm i evt. skyggeramte områder, trækkes hele anlægget ned. Dette kan afhjælpes ved at sætte dioder i elboksen for hver 15-30 celler i de enkelte paneler, således at skyggeramte områder kan springes over.

Alle solcellers Wp (Watt peak) værdi er opgivet ved en temperatur på cellen inde i panelet på 25 C, med solen i præcis 90 grader. Dette er misvisende ift. almindelig brug, da netop disse forhold yderst sjældent vil forekomme. På en almindelig sommerdag i Danmark, vil overfladen på en celle i et panel være omkring 60 C, altså 35 C varmere end forudsat ved Wp opgivelsen. Da hver varmegrad reducerer outputtet med ca. 0,5%, giver dette alene et tab på omkring 17,5%, og dertil kommer panelets vinkel i forhold til solen. Dertil kommer evt. snavs på panelerne og skyggeforhold, og den reelle effekt af panelet vil derfor ligge under den opgivede Wp effekt.

Monokrystallinske celler er sorte, og, som navnet antyder, eet stort silicium krystal, som har været bagt ved 1400 C og renset for urenheder og tilsat fosfor og bor. Disse paneler er meget populære, da man med denne celletype kan få et kompakt panel der er helt sort (Allblack).

Polykrystallinske celler har en blå nuance, og er sammensat af flere krystaller i hver celle. Krystallerne ligger ikke helt i samme retning, hvilket giver et spil i overfladen når lyset eller observationsvinklen skifter.

Polykrystallinske celler har en lidt lavere virkningsgrad end monokrystallinske celler.

Tyndfilms celler består af en film, der er lagt på et stykke glas. Virkninggraden i forhold til de to andre typer er meget ringe, så denne type paneler kræver et større areal. Til gengæld er tyndfilmscellerne væsentlig bedre i ikke-direkte sollys, og klarer bedre høj varme, uden at nedsætte outputtet i samme grad som de andre typer. Dette gør dem velegnede til indbygning, hvor der ikke er ventilation på bagsiden. Tyndfilmscellerne har som regel cellerne liggende i lange rækker, så de bedre kan virke i delvis skygge, da det er sværere at blokere en hel celle.

Hvad er invertere?

En inverter er et meget teknisk avanceret stykke elektronik, der omdanner den strøm solcellerne genererer til strøm der kan bruges i stikkontakter eller afleveres til det offentlige net. Der findes to former for invertersystemer: et centralt invertersystem, der samler den genererede strøm fra alle panelerne og et decentralt invertersystem, hvor der sidder en integreret mikroinverter på hvert enkelt panel.

Inverteren skal arbejde med kæmpe tolerancer på den side som solcellerne er forbundet til, typisk 150 volt til 500 volt jævnstrøm. Den skal tracke maximum power point, for at vride det maximalt antal watt ud af panelerne, som konstant ændrer spænding og strømstyrke med variationerne i lysforhold og temperatur. På den anden side, som er forbundet til det offentlige net, er tolerancen minimal, typisk 0,01%. Det offentlige net benytter vekselstrøm og er på 3 faser af 230 volt og samt en nul. Vekselstrøm skal også trackes, da den varierer med belastningen, fordi inverteren skal lave overspænding for at styre strømretningen. Ud over denne funktion, skal den beskyttes mod transcienter og støj, og tilmed overleve lynnedslag i nærheden.