Introduksjon til solceller EDU 3025 Energi og klima

Introduksjon til solceller EDU 3025 – Energi og klima SKOLELABORATORIET 19. mars 2020 1 av Nils Kr. Rossing Skolelaboratoriet ved NTNU

Program for dagen 08: 15 – 09: 00 – 09: 15 – 10: 30 SKOLELABORATORIET 10: 30 – 10: 45 – 11: 30 2 11: 30 – 12: 00 – 12: 45 – 13: 00 – 14: 45 – 15: 00 Velkommen og praktisk (C 2 -101) – Introduksjon til solcelleteknologi Pause Framstilling og karakterisering av solcellepaneler (C 2 -101) – Laboratorium Pause Ulike solcelleprosjekter for undervisning (C 2 -101) – Presentasjon med demo Lunsj Introduksjon til varmepumper (C 2 -101) – Didaktisk tilnærming med demonstrasjoner Pause Registrering av fordampningsvarmen hos vann (C 2 -101) – Kort presentasjon – Arbeid på lab m/oppsummering og refleksjon Måling av virkningsgrad hos varmepumpe (varmeteknisk lab) – Laboratorium m/kort intro Oppsummering

Sider med ressurser www. ntnu. no/Skolelab/fagstoff-avholdte-kurs 1 SKOLELABORATORIET • Heftet: Praktisk solcelleteknologi for skolen • Heftet: Fornybar energi • Oppgaveark 3

Konseptuell forståelse SKOLELABORATORIET Eric Mazur 4 Prof. Eric Mazur Dept. Physics at Harvard Han oppdaget at elever som gjorde det bra på konvensjonelle regne-oppgaver hadde fortsatt svært liten konseptuell forståelse for fysikk http: //ericmazur. com

Problemløsning i daglig livet SKOLELABORATORIET Kjent utgangspunkt 5 Ukjent løsning Kjent ønsket resultat Bruke kjent løsningsmetode Ukjent resultat Problemløsning i læreboka Kjent utgangspunkt http: //ericmazur. com/videos. php - ”The silent killer of learning”

SKOLELABORATORIET Kort intro til solceller 6

SKOLELABORATORIET Solceller 7

Sol og vind AS Skandinavias største bygningsintegrerte solcelleanlegg på 1260 m 2 SKOLELABORATORIET 1690 solcelleplater Årlig produksjon 115 000 k. Wh Offisiell åpning 26. sept. 2014 Kostnad 7, 8 mill 8 www. sologvind. no

Sola 63, 1 MW/m 2 1, 367 k. W/m 2 SKOLELABORATORIET 6000ºC 9 Instrålt effekt rett over atmosfæren: 1, 367 k. W/m 2 Ca. 800 W/m 2 i Norge på sommeren Gjennomsnitt over hele jorda ≈ 342 W/m 2 Innstrålt effekt ≈15 000 ganger vårt årlige forbruk

Air mass index SKOLELABORATORIET https: //pveducation. org/pvcdrom/properties-of-sunlight/air-mass 10

SKOLELABORATORIET Typiske verdier for AM 11 Omregning fra AM til strålingsintensitet: Årlig innstråling 700 – 2200 k. Wh/m 2år i verden Årlig innstråling 700 – 1000 k. Wh/m 2år i Norge

SKOLELABORATORIET Bli din egen strømleverandør 12 https: //www. eidsivaenergi. no/lev-energismart/solenergi/solcellepanel/

SKOLELABORATORIET Lysspekter og solceller 13

SKOLELABORATORIET Spekteret til ulike typer lamper 14

Solcellens oppbygning SKOLELABORATORIET SOLLYS 15 Antireflekslag (Si. Nx) Metallgrid – pn-overgangen p-dopet (B) silisium Metallbelegg + n-dopet (P) sjikt

Solcelle spenning SKOLELABORATORIET 15, 5 cm ‒ 16 15, 5 cm Tomgangsspenning: 0, 56 V Kortslutningsstrøm: 2, 5 A i sterkt sollys +

SKOLELABORATORIET Serie- og parallellkobling 17

Oppdeling av celler? SKOLELABORATORIET 15, 5 cm 18 1/8 15, 5 cm 3, 6 cm 7, 25 cm Tomgangsspenning = 0, 56 Tomgangsspenning V = 0, 56 V Kortslutningsstrøm = 2, 0 AKortslutningsstrøm = 250 m. A

Typisk virkningsgrad 14 – 18 % Hvor tapes energien? SKOLELABORATORIET Lys Pinn 19 • • 19. 6 % 42. 0 % 7– 8% 6– 8% 7– 8% 14 – 19% 31% RL Put - Andel fotoner med for lav energi - Andel fotoner med høyere energi enn nødvendig - Skyggevirkning av metalliske kontakter - Refleksjon av lyset, til tross for antireflekterende lag - Uønsket rekombinasjon av elektroner - Til nytte - Maks. teoretisk virkningsgrad for denne type solceller

SKOLELABORATORIET Hvordan solcelle effektiviteten har økt 20 CIGS http: //en. wikipedia. org/wiki/Solar_cell

SKOLELABORATORIET 21

Produksjon av solceller 1998 - 2017 22 https: //en. wikipedia. org/wiki/Solar_power_in_China SKOLELABORATORIET Globalt Verdens solcelle/modul produksjon fra 2005 til 2017 e http: //publications. jrc. europa. eu/repository/bitstream/JRC 108105/kjna 28817 enn. pdf

Prisutvikling SKOLELABORATORIET https: //cleantechnica. com/2018/02/11/solar-panel-prices-continue-falling-quicker-expected-cleantechnica-exclusive/ 23

SKOLELABORATORIET Utviklingen i Europa 24 http: //publications. jrc. europa. eu/repository/bitstream/JRC 113626/pv_status_report_2018_online. pdf

SKOLELABORATORIET Energi/$ for olje og solceller 25

SKOLELABORATORIET Energikilder fordeling på ulike energikilder 26

Myte: Det er lite sol i Norge SKOLELABORATORIET https: //www. framtiden. no/myteknusing/ikke-nok-sol-til-solceller-i-norge. html 27

SKOLELABORATORIET Totalt energiforbruk i Norge 2016 28 https: //notalotofpeopleknowthat. wordpress. com/2017/06/22/norway-to-carry-on-drilling/

SKOLELABORATORIET Solcellens virkemåte En didaktisk tilnærming 29

Hvor kommer energien fra som stråler ut av lyspæra? Antall ladning pr. sek = I Ladningenes midlere fart SKOLELABORATORIET Varme 30 Strømretning Ladningenes midlere fart Antall ladning pr. sek = I Lys

SKOLELABORATORIET Elektrisk leder og isolator 31 Nils Kr. Rossing 03. 11

Hva skjer når ladningene beveger seg? – + SKOLELABORATORIET Strøm av negative ladninger 32 + + Strøm av positiv ladning Strømretningen +

SKOLELABORATORIET 33

SKOLELABORATORIET 34

Elektrisk energiomvandling fra kjemisk energi via elektrisk energi til lysenergi SKOLELABORATORIET - 35 Stillingsenergi - Batteri Lysdiode Batteri tid

Elektrisk energiomvandling SKOLELABORATORIET fra lysenergi via elektrisk energi til lysenergi 36 energi Solcelle - tid Lysdiode Solcelle +

SKOLELABORATORIET Halvlederteori og solcellens virkemåte (avansert) 37

SKOLELABORATORIET Halvledermaterialet 38 Rent silisium er nærmest en isolator

Valens-skall Fritt Lys/energi Energinivåer Hull SKOLELABORATORIET 1, 12 e. V 39 Silisium Bare noen energinivåer er lovlige

N-dopet og P-dopet materiale SKOLELABORATORIET P 40

Solceller SKOLELABORATORIET Ladning 41 Elektrisk nøytral n Elektrisk nøytral p

Solceller Potensial n SKOLELABORATORIET ++++++++++ -------------- 42 p

Solceller Mørkt Lys -- - SKOLELABORATORIET n 43 Potensial ‒ + + + +- + + + - - -+- --- - - - - - p + + V 0 V 0. 5 V +

Solcelle SKOLELABORATORIET https: //en. wikipedia. org/wiki/Solar_cell 44