Antirefleksbehandling af solcellepaneler – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Antirefleksbehandling ...

26. marts 2013

Antirefleksbehandling af solcellepaneler

Hej Spørg om Fysik
Hvordan virker Anti-refleksion belægninger på solceller? Og hvilken betydning har belægningen? 

Med venlig hilsen
D S

I dag anvender man antirefleksiv coating på næsten al optik, kikkerter, fotoapparaters linser, briller osv. Man kan se, når man f.eks. kikker på den store linse på en kikkert, at der er et tyndt brunblåt lag ovenpå linsen, som giver noget der minder om farvede rande.

Briller uden og med antirefleksbehandling

Det man gør, er at fordampe et tyndt lag stof, ofte kryolit og/eller magnesiumfluorid på linsens yderside i en lagtykkelse på ¼ bølgelængde i den lysbølgelængde, man ønsker at få mest muligt lys igennem linsen (eller ulige multipla af ¼ l, altså ¼, ¾ 5/4 osv., hvor l er den normale betegnelse for lysets bølgelængde). På normale optiske instrumenter er det ofte i en gulgrøn farve, hvor øjet er mest følsomt, og hvor der kommer mest lys fra solen, det betyder at laget er omkring 0,145 mikrometer.

På solceller vil det antageligt være i den bølgelængde, hvor de har bedst nyttevirkning, det afhænger af solcelletype. Man kan på den måde reducere det reflekterede lys som falder vinkelret på fladen fra ca. 4% til ca. 1%, hvilket er ikke så lidt. Imidlertid afhænger det en del af lysets vinkel med fladen, så gevinsten bliver mindre og slet ikke så stor på døgnbasis. Det optimale ville være at afpasse lagtykkelsen efter skråt indfald fra siderne (morgen og aften), men det er næppe gjort, for det betyder at solcellerne skal monteres på en bestemt måde, idet op og ned og side til så ikke er ens. Desuden skal laget være optimeret i forhold til den hældning, man giver solcellerne (det er jo også skråt indfald), og da tage ikke hælder ens, anser jeg det for tvivlsomt, at nyttevirkningen bliver påvirket ret meget. Det er ikke klart, at der opnås en egentlig fordel, som kommer igen, hvis der er tale om merpris.

Før og efter rengøring

Det har større betydning for nyttevirkningen, om fladerne holdes rene, skidt på fladerne formindsker effektiviteten drastisk. I foråret kan flader på tage blive dækket af pollen i betydelig grad, et fænomen der kendes vældigt godt fra solfangere, om vinteren ud over sne, kan der (som hele året) blæse skidt op på fladerne og nedsætte belysningen, der når frem til cellerne betydeligt. Erfaringerne her i landet med solfangere har vist, at rengøring af disse er nødvendig, idet skidtet ikke normalt bare regner af. Hvis man skal nærme sig til de værdier, der oplyses teoretisk for solcellerne, skal de altså rengøres ofte, og hvis man vil have virkeligt højt udbytte, skal de drejes efter solen.

Rengøringskost til solceller

Normalt lægges solceller på tagflader, der vender nogenlunde imod syd med tagets hældning, det er næsten aldrig optimalt. Det optimale er, at solstrålerne står vinkelret på fladerne, desværre bevæger solen sig dagligt, og yderligere får den højere og højere bane i løbet af foråret og omvendt om efteråret, så i de fleste tilfælde er anbringelsen på forhånd sådan, at maksimalt resultat ikke kan forventes. Denne ændring af solvinkel betyder yderligere at coatning ikke når optimal virkning.

Normalt dækker solcelledelen af paneler mindre end 0,7 gange arealet, for billige celler ned til 0,4. Man nærmer sig i dag effektiviteter på dyre solceller på 33 %, men de kommercielle i dag ligger omkring 15-20 %, effektiviteter dog op til 25 % findes dog på markedet. Det hænger nøje sammen med hvilke stoffer, cellerne er fremstillet af og design. Et problem er, at de ofte er forbundet i en række serieforbindelser, hen over panelets flade. Går en solcelle i stykker, mister man energien for serien som helhed dvs i hele fladens bredde, man kan dog i forbindelsesmåden mindske dette problem. Desuden skygges dele af et panel øges modstanden i kæden, så effektiviteten falder drastisk, så hele den pågældende solcellerække kun giver noget ud svarende til at hele rækken er i skygge eller endog mindre. Det er derfor vigtigt, at der ikke falder skygge fra træer mm. på panelerne. Det vil normalt kunne betale sig at få en overvågningsmåler, som kan opdage, om dele af solpaneler er ude af drift eller skygges, så det kan rettes.

Hus med solpaneler

Cellerne kan have forskellige grundsubstanser, krystalformer og tykkelser. Den almindeligste solcelle er nok siliciumcellen, som findes i flere udgaver, men der findes cadmium tellurid celler, gallium arsenid celler, kobber indium, celler og organiske polymer celler samt flere andre. Hver har deres fordele og bestemt også pris. Det er klart, at en coatning også må forventes at give en højere pris for i øvrigt samme produkt.

Efter min vurdering skal denne pris i høj grad sammenholdes med hvor ofte, man ønsker at rengøre sine solceller, hvor optimal anbringelsesretningen er, skygger osv.

Forventningerne i dag er at de kan holde 20 år eller mere måske 35 år, men der er med mange af fabrikaterne kun begrænset praktisk erfaring under vores vejrforhold. På den anden side forventer firmaerne, at de kan afskrives på omkring 10 år (dvs. at de har sparet el-energi svarende til deres pris i den periode.). På de 10 år forventes effektiviteten at være faldet med mindst 10 % og ca. 15 % på 20 år for de fleste mærker af solceller. De fleste anlæg købes svarende til optimal økonomi (med det nuværende afregningssystem), dvs. lidt mindre end man selv skal bruge pr. år, mange anlæg ligger omkring 6 kW (for mange typer omkring 40 m2) eller 5500 kWh om året og de ligger så i toppen af de angivne priser, som er samlede omkostninger imellem 60 og 150 000 kr. monteret på et hus.

I princip kan man også montere på bukke i haven i den optimale vinkel, som ligger omkring 40˚ -45˚ her i landet (så ingen fodbold i haven) eller på flade tage. Dermed kan man opnå optimal hældning og retning, hvis man kan holde sig fri af skygger fra træer og hække.

God fornøjelse med det. Jeg håberat det ender med det bedste køb, hvis I anskaffer solcellepaneler.

Med venlig hilsen
Malte Olsen