Solenergi

Rubrik för små genier

Solen är vår starkaste energikälla. Tyvärr är det ganska svårt och krångligt att förvandla solstrålar till energi som människan kan använda.
Solenergi kan omvandlas till både elektricitet och värme. Solceller är till för att producera el medan solfångare ger värme.
När solen skiner blir jorden varm. Värmen är solenergi som lagrats naturligt i marken och i sjöar och hav. Den energin kan man utvinna och använda.
Solfångare har en mörk yta som suger upp solljuset. Solljusets energi värmer sedan vatten eller luft som cirkulerar i solfångaren.
Världens största solkraftverk finns idag i Mojaveöknen i Kalifornien. Stora solkraftverk byggs också i Spanien och Australien.
En solcell är en tunn skiva, ofta av kisel, med ett mönstrat metallskikt på den sidan som solen skiner på. En enskild solcell producerar väldigt lite ström. De sätts ihop till moduler och en mängd moduler kopplas sedan till solkraftverk.

Omvandlar man all solstrålning som når jorden under en timme till el, skulle den täcka världens energibehov i ett helt år. Tyvärr kommer en väldigt liten del av vår elförsörjning från solkraft, cirka 0,15 % 2007. Tekniken är ännu både dyr och ineffektiv. Kiselsolceller omvandlar bara 12 -18 % till el.

Solfångaren omvandlar solens energi till värme medan solceller ger elektricitet. Solcellen uppfanns av en slump på 1940-talet då forskaren Russell Ohl lyste med en ficklampa på en bit kisel och märkte att den var ljuskänslig. De första solcellerna användes bland annat i leksaker.
2007 konstruerade Allen Barnett solceller som omvandlade 42,9 % av solens energi till el. I teorin kan solceller ha en effektivitet på 86 %.

Solenergi för kropp, själ och el

I Tinitin-albumet Tintin och solens tempel blir professor Kalkyl kidnappad och tagen till Peru efter att han satt på sig en inkahövdings armband. Inkafolkets mäktigaste gud är solguden Inti. Tintin lyckas befria Kalkyl genom att förutsäga en solförmörkelse han läst om i tidningen. Verklighetens inkarike gick under när spanjorerna invaderade området 1532. Men i staden Cuzco firar man fortfarande vintersolståndet och det nya solåret med festivalen Inti Raymi den 24 februari varje år.

Jordens främsta källa till energi

Solen är vår största energikälla. Om vi kunde omvandla all solstrålning som når vår planet under en timmes tid till el, skulle hela den täcka världens energibehov i ett helt år. Dessvärre kommer en ytterst liten andel av elenergin från solkraft. Globalt var den 2007 cirka 0,15 procent. I Sverige kom 0,006 procent av elenergin från solceller under 2010. Att siffrorna är så låga beror på att tekniken är både dyr och ineffektiv. Dessutom krävs bättre sätt att lagra energi som produceras i solceller när solen inte skiner.

Förnybar energi

Solkraften är en förnybar energikälla. Satsningar på solkraften kan på sikt minska skadorna på miljön orsakade av fossila bränslen. Solkraft innebär att vi tar vara på solens energi med hjälp av en solfångare eller solceller. Solfångaren omvandlar solens energi till värme medan solceller omvandlar den till elektricitet.

En slump som blev drivmedel för rymdfarkoster

Den första fungerande solmaskinen konstruerades på 1860-talet av fransmannen Augustin Mouchot (1825-1912). Moderna kiselsolceller som kunde omvandla solljus till elektricitet upptäcktes av en slump när forskaren Russel Ohl (1898-1987) lyste på en bit kisel med en ficklampa och såg en voltmeter ge utslag. Den första fungerande solcellen konstruerades vid Bells laboratorier i USA 1954. Fram till 1970-talet användes solceller främst på rymdfarkoster och satelliter, men i samband med oljekrisen och i takt med klimatförändringarna orsakade av fossila bränslen började intresset för solkraft växa.

Många celler små ...

Idag görs de flesta solceller fortfarande av kisel, ett ämne som kan leda elektrisk ström. En solcell är en mycket tunn skiva, ungefär lika stor som en CD-skiva, med ett mönstrat metallskikt på den sidan som solen skiner på. Den andra sidan har ett heltäckande metallskikt. Solljuset ger kiselatomerna energi som frigör deras elektroner. Tack vare solcellens konstruktion rör sig elektronerna enbart åt ett håll och då skapas en elektrisk spänning mellan metallskikten. En enskild solcell producerar väldigt lite ström. Solceller kopplas ihop till moduler och en mängd moduler kopplas sedan ihop till solkraftverk.

Tunnfilmssolceller

Kisel är dyr att tillverka och kiselsolcellerna är inte heller särskilt effektiva. De omvandlar endast 12 -18 procent av solens energi till el. Tunnfilmssolceller kan vara ett alternativ, idag används sådana solceller i miniräknare som drivs av ljus. De består av väldigt tunna lager strömledande ämnen på en glasskiva, vars storlekt kan ändras efter behov. Solcellerna blir då också billigare att tillverka, eftersom mindre material behövs. I Sverige utvecklas tunnfilmssolceller på Ångström Solcenter i Uppsala.

Kan växterna kan vi

Grätzelsolceller, eller nanosolceller använder principen bakom fotosyntesen, växternas sätt att omvandla solljuset till energi. Uppfinnaren heter professor Michael Grätzel. År 2010 fick han Milleniumpriset för sin uppfinning. Grätzelsolceller består av nanopartiklar av titandioxid som är dränkta i ett ljusabsorberande färgämne. När färgämnet får energi från solljuset börjar dess elektroner röra på sig och en elektrisk ström skapas mellan grätzelsolcellens två elektroder. Färgämnen i grätzelsolceller kan göras mer ljuskänsliga, så att de producerar energi även när det är molnigt.

Mer effektiva solceller i teori och praktik

Om vi täcker en procent av jordens yta med solceller kan vi få så mycket energi att det räcker till alla på jorden, men det är viktigt att ta fram effektiva solceller för att solkraftens teknik ska kunna utvecklas vidare. År 2007 lyckades Allen Barnett och hans forskarlag vid Delaware-universitetet i USA konstruera solceller som omvandlade 42,9 procent av solens energi till el. I teorin kan solceller vara hela 86 procent effektiva.

Låt oss tävla i forskning!

Det soldrivna flygplanet Solar Impulse har 12 000 solceller. Projektet leds av Bertrand Piccard och André Borschberg och flygplanet var färdigt 2009. Tanken är att det ska flyga jorden runt 2012. World Solar Challenge är en biltävling för soldrivna bilar. Tävlingen går i Australien och tekniska högskolor och universitet från hela världen deltar. Målet är att köra 3000 kilometer enbart på solenergi.