Hvordan virker en solcelle i en lampe? Vi giver dig svarer herunder

Hvordan virker en solcelle i en lampe?

En grundig guide til solcelleteknik og solcellelamper

En solcelle omdanner sollys direkte til elektricitet. Ingen bevægelige dele, intet brændstof, ingen støj. Det er det samme princip, der driver store taganlæg på parcelhuse, og det er præcis det, der sidder inde i en moderne solcellelampe til haven eller terrassen. Forstår du, hvordan solcellen virker, er det meget lettere at vælge den rigtige lampe og placere den optimalt.

Denne artikel forklarer trin for trin, hvad der sker inde i en solcelle fra det øjeblik lyset rammer overfladen, til lampen tænder om aftenen. Du får konkrete tal, en forklaring af de forskellige celletyper og praktiske råd til solcellelamper til udendørs brug.

Se vores solcelle lamper her

Det grundlæggende princip: den fotovoltaiske effekt

Den fysiske proces bag solceller hedder den fotovoltaiske effekt. Den franske fysiker Edmond Becquerel opdagede den i 1839, da han observerede, at visse materialer producerede en lille elektrisk spænding, når de blev udsat for lys. Det tog over 100 år, før opdagelsen blev praktisk anvendelig. Bell Laboratories fremstillede den første brugbare siliciumsolcelle i 1954.

Lys består af fotoner, altså små energipakker. Når en foton rammer et halvledermateriale som silicium, kan den overføre sin energi til et elektron i materialet. Elektronen frigøres fra sin plads i atomgitteret og kan nu bevæge sig frit. Den bevægelse er elektrisk strøm.

Silicium er det mest brugte materiale i solceller.

Det er det næst mest almindelige grundstof i jordskorpen og har præcis de halvlederegenskaber, der gør det muligt at frigøre elektroner med synligt og nærinfrarødt lys. Monokrystallinske siliciumceller udnytter lys bedst i bølgelængdeområdet 700-950 nm, som ligger i det nærinfrarøde område. Fotoner med bølgelængde over 1.200 nm har for lidt energi til at frigøre elektroner og kan ikke udnyttes direkte.

Hvordan virker en solcelle trin for trin: P-N overgangen

En enkelt siliciumsolcelle er ikke bare et stykke rent silicium. Den er opbygget af to lag med forskellig kemisk sammensætning, og grænsen mellem disse to lag er det, der gør frigjorte elektroner til brugbar strøm.

Det øverste lag er n-type silicium, dopet med fosfor. Fosfor har en elektron mere end silicium, så laget får et overskud af frie elektroner. Det nederste lag er p-type silicium, dopet med bor. Bor har en elektron færre end silicium, så laget får et underskud af elektroner, kaldet positive huller.

Når de to lag mødes, dannes P-N overgangen.

Elektroner fra n-laget vandrer spontant over til p-laget og fylder huller, indtil det elektriske felt er stærkt nok til at stoppe yderligere vandring. Det felt fungerer som en envejsventil. Det tvinger frigjorte elektroner til at bevæge sig i én bestemt retning, fra p-laget mod n-laget og ud i det ydre kredsløb som jævnstrøm (DC). Det er det hele. Resten er fysik.

Uden P-N overgangen ville de frigjorte elektroner bevæge sig tilfældigt. Ingen nyttig strøm. Overgangen er det, der gør solcellen til en generator frem for blot et stykke halvleder.

En enkelt solcelle producerer typisk kun 0,48-0,6 volt under drift.

Det er langt fra nok til at drive en lampe. Derfor kobles mange celler i serie i et solpanel, så spændingerne lægges sammen. Et panel med 36 celler i serie har typisk en driftsspænding (Vmpp) på ca. 18 volt og en tomgangsspænding (Voc) på ca. 22 volt. Seriekobling øger spændingen men ikke strømstyrken. Parallelkobling gør det modsatte.

Fra solcelle til lys: sådan fungerer en solcellelampe

I en solcellelampe til haven sidder hele systemet samlet i ét produkt. Solpanelet, typisk monteret på toppen af lampen, opsamler sollys i løbet af dagen og lader et genopladeligt batteri. Når det bliver mørkt, registrerer en lysføler faldet i omgivende lys, og lampen tænder automatisk ved at trække strøm fra batteriet.

Processen beskrevet i korte trin:

1. Fotoner fra sollyset rammer solpanelets siliciumceller.
2. Elektroner frigøres og drives af P-N overgangen i én retning.
3. Jævnstrøm (DC) ledes til et genopladeligt batteri, typisk lithium eller NiMH.
4. En lysføler registrerer mørke og aktiverer lampen.
5. Batteriet leverer strøm til en LED-lyskilde, som omsætter elektriciteten til lys.

Solcellelamper til udendørs brug kræver ingen elinstallation og ingen ledninger. Du behøver ikke trække kabler til stien eller terrassen. Hos Nielsen Light finder du et udvalg af solcellelamper til netop dette formål.

Vil du have en solcellelampe, der kan bruges indendørs og udendørs, er Breeze Solcelle Bordlampe i sort og Breeze Solcelle Bordlampe i hvid gode valg. De oplades i dagslys og kan flyttes frit uden ledninger, ligesom vores øvrige trådlose bordlamper.

Se vores solcelle lamper her

De tre typer solceller og deres virkningsgrad

Ikke alle solceller er ens. Der findes tre hovedtyper, og de adskiller sig på virkningsgrad, pris og anvendelse.

Monokrystallinske celler fremstilles af ét enkelt siliciumkrystal og har den mest ordnede atomstruktur. Det giver den højeste virkningsgrad. De mest effektive kommercielle solceller ligger på 17-22%, og laboratorieceller har overskredet 47% under kontrollerede forhold. Den hidtil højeste certificerede effektivitet for en monokrystallinsk siliciumcelle er 25,7%. Polykrystallinske celler er fremstillet af smeltet silicium med mange krystaller. De er billigere men lidt mindre effektive. Amorfe celler, også kaldet tyndfilmceller, har ingen krystalstruktur. Enkelt-junction varianter ligger typisk på 5-10%, mens multi-junction design kan nå 10-14%. De fungerer bedre end de andre typer ved diffust lys og høje temperaturer.

I solcellelamper til haven bruges der oftest amorfe eller polykrystallinske celler, fordi prisen er lavere og kravene til effektivitet er mere beskedne end ved store taganlæg. Det vigtige er, at panelet er stort nok til at lade batteriet fuldt op på en gennemsnitlig sommerdag.

Virker solcellelamper på overskyede dage?

Solceller producerer også strøm på overskyede dage, fordi de udnytter diffust lys fra hele himlen, ikke kun direkte sollys. Effekten er reduceret, men batteriet lades stadig delvist op i løbet af dagen. Som nrgi.dk beskriver det: solceller kræver lys for at producere strøm, ikke direkte sol.

Danmark har i gennemsnit 1.600 til 1.800 solskinstimer om året. Det er nok til, at solcellelamper til udendørs brug fungerer tilfredsstillende fra foråret til efteråret. Om vinteren er dagene korte og solvinkel lav, så batteriet lades langsommere og lampen kan have kortere lysetid. Det er et naturligt resultat af Danmarks geografiske placering.

Temperaturen påvirker også solcellernes ydeevne.

Mange solceller leverer faktisk lidt mindre energi ved høje temperaturer. Virkningsgraden falder med ca. 0,44% for hver grad over 25 grader Celsius. En varm sommerdag giver altså ikke nødvendigvis den bedste produktion, selvom solen skinner kraftigt. Effektiviteten måles og angives typisk ved 25 grader Celsius som referencetemperatur.

Optimal placering af solcellelamper

Placeringen af solcellelampen har stor betydning for, hvor godt den virker. Solpanelet skal have adgang til så meget lys som muligt i løbet af dagen.

1: Retning og vinkel

Solceller bør vende mod syd og have en hældning på 30-45 grader for at fange mest muligt sollys over året. De fleste havelamper er konstrueret med et fast panel, så du ikke kan justere vinklen, men du kan vælge placering med omhu. Undgå skygge fra træer, hegn og bygninger, særligt i de timer, hvor solen står lavest.

2: Skygge og snavs

Selv delvis skygge på solpanelet reducerer produktionen markant. Snavs, blade og fugleekskrementer på panelet har samme effekt. Tør panelet af med en fugtig klud et par gange om sæsonen for at holde effektiviteten oppe. Det er alt, hvad panelet kræver.

3: Afstand fra lyskilder om natten

Solcellelampens lysføler kan blive forvirret, hvis den står tæt på en anden lyskilde, for eksempel en udendørs væglampe eller en gadelygte. Det kan føre til, at lampen ikke tænder, fordi føleren opfatter det som dagslys. Placer lampen et sted, hvor den kun påvirkes af naturligt lys.

Vil du se, hvad vi har af udendørslamper, herunder modeller med og uden solcelle, finder du hele udvalget på vores side for udendørslamper.

Se alle solcelle lamper her

Solcelle, solcellemodul og solcelleanlæg: tre forskellige ting

Solceller, solcellemoduler og solcelleanlæg er tre forskellige ting, der ofte blandes sammen:

• En solcelle er den mindste enhed: et enkelt halvlederelement der producerer 0,48-0,6 volt under drift.
• Et solcellemodul (eller solpanel) er mange solceller koblet i serie og parallel i en ramme, typisk 60-72 celler, og producerer 18-40 volt DC.
• Et solcelleanlæg er det komplette system: paneler, inverter, kabler, eventuelt batteri og en tovejsmåler til registrering af overskudsproduktion.

I et husstandsanlæg konverterer en inverter jævnstrøm (DC) fra panelerne til vekselstrøm (AC) ved 50 Hz, som er den frekvens det europæiske elnet bruger. Et nettilsluttet anlæg producerer typisk 900-1.100 kWh om året pr. installeret kW solcellemodul ved korrekt placering. Det faktiske tal afhænger af placering, orientering, hældning og skyggeforhold. Omtrentlige intervaller for danske anlæg:

I en solcellelampe er hele systemet miniaturiseret. Der er intet behov for en inverter, fordi LED-lyskilder kan drives direkte på jævnstrøm fra batteriet. Det er en af grundene til, at solcellelamper er så enkle og driftssikre.

Levetid og holdbarhed for solceller i lamper

Solceller er holdbare komponenter. Typisk levetid er 25-30 år, og mange producenter garanterer holdbarhed i op til 40 år afhængig af type og indpakning. I praksis er det ofte batteriet i en solcellelampe, der udskiftes først.

Lithium-batterier i solcellelamper holder generelt 2-10 år afhængigt af batteriets kemiske type, antal opladningscyklusser og temperaturpåvirkninger. Standard lithium-ion batterier falder typisk inden for 2-5 år, mens premium LiFePO4 batterier kan holde 5-15 år. NiMH-batterier er lidt mere robuste over for kulde men har lavere energitæthed. Når lysetiden falder markant, er det et tegn på, at batteriet trænger til udskiftning.

Solpanelet selv behøver du kun at tørre af et par gange om sæsonen. Undgå at ridse overfladen, da mange paneler har en antirefleksbelægning, et tyndt lag der reducerer tilbagekastning af lys og hjælper cellen med at absorbere mere energi. Beskadigelse af dette lag kan reducere effektiviteten.

Vil du have lamper, der ikke er afhængige af sollys men stadig er trådløse, kan vores genopladelige lamper være et godt alternativ. De har indbygget batteri og oplades via USB, så de virker uanset vejret.

Solcellelamper som en del af dit udendørs lysdesign

Solcellelamper er ikke længere kun funktionelle produkter med et plastikagtig udseende. De seneste års design har bragt dem tættere på de æstetiske standarder, vi kender fra indendørs belysning. Materialer som metal og kvalitetsplast, kombineret med LED-lyskilder med varm farvetemperatur, giver et lys, der passer til en hyggelig haveatmosfære.

Når du vælger solcellelampe, er der fire ting, der er værd at tjekke:

• Panelstørrelse: et større panel lader batteriet hurtigere og mere fuldstændigt.
• Batterikapacitet angives i mAh. Højere kapacitet giver længere lysetid.
• Lysstyrke angives i lumen. 10-50 lumen er typisk til stemningslys, 100+ lumen til funktionslys på stier.
• IP-klassificering angiver vandtæthed. IP44 er et almindeligt udgangspunkt for udendørs brug, men den konkrete kapslingsklasse afhænger af placering og vejrpåvirkninger.

Se vores solcelle lamper her

Ofte stillede spørgsmål om solceller i lamper

Virker solcellelamper om vinteren i Danmark?
Ja, men med reduceret effekt. Kortere dage og lav solvinkel betyder, at panelet lades langsommere. Mange solcellelamper vil kun lyse et par timer om vinteren frem for hele natten. Placer lampen så frit som muligt for skygge for at få mest ud af de korte vinterdage.

Skal solcellelampen stå i direkte sol for at virke?
Nej. Solceller udnytter også diffust lys fra en overskyet himmel. Effekten er reduceret, men batteriet lades stadig delvist op. Direkte sol giver den hurtigste og mest komplette opladning.

Hvorfor tænder min solcellelampe ikke om aftenen?
De mest almindelige årsager er: panelet har været i skygge det meste af dagen og batteriet er ikke ladet tilstrækkeligt op, lysføleren er påvirket af en nærliggende kunstig lyskilde, eller batteriet er udtjent og skal udskiftes.

Kan jeg bruge en solcellelampe indendørs?
Kun hvis panelet kan placeres i et vindue med tilstrækkeligt lys. Kunstigt indendørs lys er normalt ikke intenst nok til at lade batteriet. Vil du have en trådløs lampe til indendørs brug, er en USB-genopladelig lampe et bedre valg.

Hvad er forskellen på en solcellelampe og en genopladelig lampe?
En solcellelampe oplades af sollys via et integreret panel. En genopladelig lampe oplades via USB fra en stikkontakt eller powerbank. Solcellelampen er mere selvforsynende udendørs, mens den USB-genopladelige er mere fleksibel og vejruafhængig.

Hvor længe holder batteriet i en solcellelampe?
Standard lithium-ion batterier holder typisk 2-5 år. Premium LiFePO4 batterier kan holde 5-15 år. Kolde vintre og mange opladningscyklusser slider på batteriet. Når lysetiden falder markant, er det et tegn på, at batteriet trænger til udskiftning.

Forstår du, hvordan en solcelle virker, fra fotonens ankomst til P-N overgangen og videre til batteriet og LED-lyskilden, er du også bedre rustet til at vælge og placere dine solcellelamper rigtigt. Tjek panelstørrelse og batterikapacitet, når du vælger: et panel med god eksponering og et batteri på mindst 1.200 mAh giver typisk 6-8 timers lys på en fuldt opladet sommerdag.

Se vores fulde udvalg af solcellelamper og find den model, der passer til din have eller terrasse.