Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:19 • sest 21:35 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 25:18 • Sest 04:56 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:07 • Síðdegis: 19:24 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:08 • Síðdegis: 13:14 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Orkumál
Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: í daglegu lífi

Hvernig verkar sólarrafhlaða?

Jón Tómas Guðmundsson

Ljósspennurafhlöð (e. photovoltaic cells) eru tól sem umbreyta sólarljósi (ljósorku) beint í raforku. Þau eru gerð úr hálfleiðurum. Nánar má lesa um þá í svari sama höfundar við spurningunni Hvað er hálfleiðari?

Þegar skeytt er saman hálfleiðurum með annars vegar n-leiðni og hins vegar p-leiðni eru mynduð svonefnd pn-skeyti. Þéttleiki frjálsra rafeinda er mun meiri í n-leiðandi efninu en í p-leiðandi efninu. Á sama hátt eru holuþéttleiki mun hærri í p-leiðandi efninu en í n-leiðandi efninu.

Þegar efnunum er skeytt saman flæða rafeindir frá n-leiðandi svæðinu inn á p-svæðið og holur frá p-svæðinu inn á n-svæðið. Þessi hleðslutilfærsla leiðir til þess að næst samskeytunum myndast svæði sem snautt er af hleðsluberum. Eftir sitja jónaðar rafgjafaveilur í n-leiðandi efninu og jónaðar rafþegaveilur í p-leiðandi efninu, sem eru ekki jafnaðar með frjálsum hleðsluberum. Vegna þessa myndast við skeytin snertispenna, innra rafsvið, sem vinnur á móti frekara flæði rafeinda frá n-leiðandi efninu og hola frá p-leiðandi efninu. Í jafnvægi eru heildarstraumar rafeinda annars vegar og hola hins vegar núll.

Sólarljósi er umbreytt í raforku.

Ef ljósi er nú beint að pn-skeyti raskast jafnvægið í tólinu. Þegar ljóseind sem hefur nægilega orku fer um ljósspennurafhlaðið myndast par rafeindar og holu. Ef parið myndast í bilinu þar sem engir hleðsluberar eru leiðir rafsviðið til aðskilnaðar rafeindar og holu. Þannig myndast frjáls rafeind og hola sem geta tekið þátt í leiðniferlinu; rafstraumur kemur til sögu. Rafeindirnar safnast í n-svæðið og holurnar í p-svæðið.

Hleðsluberar sem eru myndaðir utan berasnauða bilsins verða að sveima að samskeytunum. Mest af ljósinu er gleypt nærri yfirborðinu þar sem ljósið kemur inn. Það er þess vegna mikilvægt að samskeytin séu nærri yfirborðinu svo að víkjandi hleðsluberinn (hola í n-efni) nái að samskeytunum áður en hún sameinast rafeind.

Til að sem mestu ljósi sé breytt í raforku þarf að hanna ljósspennurafhlaðið með sem stærstum samskeytafleti næst yfirborðinu. Enn fremur þarf dýpt inn að skeytunum frá yfirborðinu að vera minni en sveimlengd víkjandi bera (hola í n-leiðandi efni). Ef leiðari er tengdur við rafhlaðið getur runnið straumur sem getur til dæmis hlaðið rafhlöðu eða kveikt á ljósaperu.

Ljóseind sem hefur orku sem er minni en orkugeil efnisins hefur engin áhrif á rafhlaðið. Ljóseind sem hefur orku sem er hærri en sem nemur orkugeil efnisins leggur hins vegar sitt af mörkum til straumsins frá rafhlaðinu.

Framleitt afl frá hverju ljósspennurafhlaði er í réttu hlutfalli við ljósorkuna og yfirborðsflatarmál ljósspennurafhlaðsins. Spennan yfir rafhlaðið er gjarnan 0,6 volta jafnspenna (dc) og skammhlaupsstraumur 25-30 mA/cm2.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Heimild:
  • Jack L. Stone, 1993. "Photovoltaics: Unlimited Electrical Energy From the Sun", Physics Today, no. 9, vol. 46, bls. 22-29

Mynd:

Höfundur

Jón Tómas Guðmundsson

fyrrum prófessor í rafmagns- og tölvuverkfræði við HÍ

Útgáfudagur

16.3.2002

Spyrjandi

María Björk Guðmundsdóttir, Björn Heimir Önundarson

Efnisorð

Tilvísun

Jón Tómas Guðmundsson. „Hvernig verkar sólarrafhlaða?“ Vísindavefurinn, 16. mars 2002. Sótt 25. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=2200.

Jón Tómas Guðmundsson. (2002, 16. mars). Hvernig verkar sólarrafhlaða? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=2200

Jón Tómas Guðmundsson. „Hvernig verkar sólarrafhlaða?“ Vísindavefurinn. 16. mar. 2002. Vefsíða. 25. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=2200>.

Chicago | APA | MLA

Tengd svör

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvernig verkar sólarrafhlaða?
Ljósspennurafhlöð (e. photovoltaic cells) eru tól sem umbreyta sólarljósi (ljósorku) beint í raforku. Þau eru gerð úr hálfleiðurum. Nánar má lesa um þá í svari sama höfundar við spurningunni Hvað er hálfleiðari?

Þegar skeytt er saman hálfleiðurum með annars vegar n-leiðni og hins vegar p-leiðni eru mynduð svonefnd pn-skeyti. Þéttleiki frjálsra rafeinda er mun meiri í n-leiðandi efninu en í p-leiðandi efninu. Á sama hátt eru holuþéttleiki mun hærri í p-leiðandi efninu en í n-leiðandi efninu.

Þegar efnunum er skeytt saman flæða rafeindir frá n-leiðandi svæðinu inn á p-svæðið og holur frá p-svæðinu inn á n-svæðið. Þessi hleðslutilfærsla leiðir til þess að næst samskeytunum myndast svæði sem snautt er af hleðsluberum. Eftir sitja jónaðar rafgjafaveilur í n-leiðandi efninu og jónaðar rafþegaveilur í p-leiðandi efninu, sem eru ekki jafnaðar með frjálsum hleðsluberum. Vegna þessa myndast við skeytin snertispenna, innra rafsvið, sem vinnur á móti frekara flæði rafeinda frá n-leiðandi efninu og hola frá p-leiðandi efninu. Í jafnvægi eru heildarstraumar rafeinda annars vegar og hola hins vegar núll.

Sólarljósi er umbreytt í raforku.

Ef ljósi er nú beint að pn-skeyti raskast jafnvægið í tólinu. Þegar ljóseind sem hefur nægilega orku fer um ljósspennurafhlaðið myndast par rafeindar og holu. Ef parið myndast í bilinu þar sem engir hleðsluberar eru leiðir rafsviðið til aðskilnaðar rafeindar og holu. Þannig myndast frjáls rafeind og hola sem geta tekið þátt í leiðniferlinu; rafstraumur kemur til sögu. Rafeindirnar safnast í n-svæðið og holurnar í p-svæðið.

Hleðsluberar sem eru myndaðir utan berasnauða bilsins verða að sveima að samskeytunum. Mest af ljósinu er gleypt nærri yfirborðinu þar sem ljósið kemur inn. Það er þess vegna mikilvægt að samskeytin séu nærri yfirborðinu svo að víkjandi hleðsluberinn (hola í n-efni) nái að samskeytunum áður en hún sameinast rafeind.

Til að sem mestu ljósi sé breytt í raforku þarf að hanna ljósspennurafhlaðið með sem stærstum samskeytafleti næst yfirborðinu. Enn fremur þarf dýpt inn að skeytunum frá yfirborðinu að vera minni en sveimlengd víkjandi bera (hola í n-leiðandi efni). Ef leiðari er tengdur við rafhlaðið getur runnið straumur sem getur til dæmis hlaðið rafhlöðu eða kveikt á ljósaperu.

Ljóseind sem hefur orku sem er minni en orkugeil efnisins hefur engin áhrif á rafhlaðið. Ljóseind sem hefur orku sem er hærri en sem nemur orkugeil efnisins leggur hins vegar sitt af mörkum til straumsins frá rafhlaðinu.

Framleitt afl frá hverju ljósspennurafhlaði er í réttu hlutfalli við ljósorkuna og yfirborðsflatarmál ljósspennurafhlaðsins. Spennan yfir rafhlaðið er gjarnan 0,6 volta jafnspenna (dc) og skammhlaupsstraumur 25-30 mA/cm2.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Heimild:
  • Jack L. Stone, 1993. "Photovoltaics: Unlimited Electrical Energy From the Sun", Physics Today, no. 9, vol. 46, bls. 22-29

Mynd:...