Solceller och solenergi

Projektarbete 1201 100p Solceller och solenergi Kristoffer Flygare Joel Hagberg Robin Jonsson André Mattsson 12/4-2011 Björknäsgymnasiet Naturvetenskapsprogrammet Utgångsår: 2011

Rapport...6 Syfte...6 Metod...6 Resultat...6 Historia om solenergi...6 Introduktion solceller...8 Teori...9 Svartkropp...9 Ljus...9 Elektronvolt...9 Halvledare...10 Dopning av halvledare...10 Jon...10 Excitation...11 Bandgap...11 Valensband...11 Ledningsband...11 Kiselceller...11 Material/Uppbyggnad...11 Monokristallint kisel...11 Polykristallint kisel...12 Hur en kiselcell fungerar...12 Grätzelceller...12 Bakgrund...12 Material/uppbyggnad...13 Hur en grätzelcell fungerar...13 Tunnfilmssolceller...14 CIGS/ CIS...14 CdTe...14 Amorft kisel...14 Solcellsbilar...14 Solfångare...15 Plan solfångare...15 Solfångare för pool...15 Solfångare med vakuumrör...15 PV/T...16 Solenergi ur samhällssynpunkt...16 Användningsområden för solenergi...16 Verkningsgrad för solceller och solfångare...17 Solenergi i privata hushåll...17 Kalkyler...17 Solceller kalkyl...18 Solfångare kalkyl...18 Negativa aspekter...19 Solenergi i industri och fastigheter...20 Solenergi i ett miljöperspektiv...20 Diskussion...21 Rapport på byggande av egen grätzelcell...23 Syfte...23 2

Teori...23 Ljus...23 Materialens funktion...23 Joner...23 Excitation...24 Metod...24 Material...27 Resultat...28 Våra värden...28 Mallens värden...28 Värden efter en vecka...28 Diskussion...29 Källförteckning...30 3

Sammanfattning Denna projektrapport behandlar direktverkande solenergi och hur den kan tas omhand av bland annat solceller och solfångare, och hur de är i ett allmänt miljöperspektiv. Den tar även upp hur solenergi har används och utvecklats genom tiderna. I rapporten ingår beräkningar på hur solenergi kan hjälpa till ekonomiskt i samhället och till den enskilda individen. De resultat vi erhöll kan man sammanfatta med att solceller endast är lönsamt i längden, medan solfångare är mer effektiva. Bidrag är ett måste för att dagens solceller ska fungera ekonomiskt. Dock utvecklas tillvaratagandet av solenergin ständigt och vi tror att solceller är en framtida energikälla att räkna med. 4

Förord Idén med projektet var att fördjupa oss inom ämnena solenergi och energiteknik. Dessa ämnen begränsade vi senare till den energi som man kan utvinna från solen. I vår rapport har vi valt att fokusera på solceller och solfångare av olika format och helt uteslutit bland annat våg- och vindkraft, även om dessa kan ses som solenergi. Det är dock bara den direktverkande energi via solens strålar vi var intresserade av, och således vår avgränsning. Vi valde att arbeta om solceller och solfångare för att utröna huruvida det har kapacitet att vara framtidens energiförsörjning, för att på så sätt gå över från kolenergi till ett hållbarare samhälle. Vi som deltagit i projektet är Kristoffer Flygare, Joel Hagberg, André Mattsson och Robin Jonsson, och vi går på Björknäsgymnasiets Naturvetenskapliga linje. Som intern projekthandledare hade vi Rolf Norling och som extern handledare Niklas Lehto. Energi huset i Uppsala med Carla puglia i spetsen var även dem en stor tillgång för vårt projekt eftersom vi fick väldigt fina handledningar om Grätzelceller samt låna en låda som gjorde det möjligt för oss att bygga vår grätzelcell. Vi vill tacka Niklas Lehto och Energihuset i Uppsala för att de ställt upp och tagit sig tid för oss och vårt projekt, och hjälpt oss fortskrida. 5

Rapport Syfte Vi ville lära oss mer om alternativa rena energier och eftersom det är ett så brett ämne begränsade vi oss till direktverkande solenergi, alltså den solenergin som strålar direkt in mot jordytan. Vi ville också bygga en egen solcell och eftersom en grätzelcell var det mer ekonomiska alternativet till en kiselcell valde vi en sådan. Metod Vi har skrivit en rapport och gjort en egen grätzelcell. När vi skrev rapporten så använde vi oss av fakta från Internet, en extern handledare från LTU och diverse böcker. Vi samlade till en början in en mängd fakta som sedan lästes och diskuterades innan vi började skriva på vår rapport. Vi delade även upp rapporten i delar så att vi fick specialisera sig inom ett särskilt område och sen hade vi även en gemensam del som vi alla skrev på. Vi gjorde ju även en egen grätzelcell som vi avsatte en hel dag där hela gruppen kunde delta och byggde cellen. När cellen var färdigbyggd så skrev vi en rapport på byggandet. Resultat Vi har uppnått i princip alla de målen som vi innan vi började satte upp. Det enda målet som vi inte riktigt nådde ända fram på var att våra solceller inte riktigt hade nog med kraft för att kunna driva miniräknaren. Historia om solenergi Ljus och värme från solen är någonting som människan har försökt ta vara på i tusentals år. Människan upptäckte tidigt ett sätt att styra solens strålar och använda dem till en särskild källa. Denna tidiga användning av solenergi sågs först när människor använt förstoringsglas på 600-talet f. Kr. till att bränna myror. Fyrahundra år senare kom romarna och grekerna på att man kunde använda speglar till att bryta solens strålar och tända facklor i sina religiösa tempel. Romarna använde även sin kunskap om att solen var en energikälla och byggde glasfönster för att förvara värmen från solen i deras hus. Dem var så seriös om detta med solenergi att dem byggde glashus för att skapa de rätta förhållandena till att gro frön och plantage, det vi idag kallar växthus. Den energi som kommer ifrån solens ljus kallas solenergi och det är tack vare solenergin som det överhuvudtaget finns nått liv på jorden. Utan värme från solen så skulle jorden vara en kall och obebodd plats och det är solenergin som driver 6

växternas fotosyntes. Solens ljus kan driva ett antal saker såsom växters fotosyntes och såklart det vi har inriktat oss på, solceller, dessa kan driva en mängd saker. T.ex. bilar, flygplan, miniräknare, båtar och till och med hela hus. Solens energi är även ursprunget till energin i våra fossila bränslen och även bl.a. vattenkraft och biobränslen. Solen har influerat byggdesign så länge arkitektur har funnits. Avancerad solarkitektur och stadsplanerings metoder efter solen användes först av grekerna och kineserna som byggde deras hus mot söder för att förse huset med ljus och värme. Bild 1 Första gången man upptäckte att negativt laddade metallytor utsänder elektroner om dem belyses med kortvågigt ljus var redan 1888. Den som upptäckte detta var den tyske fysikern Wilhelm Hallwach och effekten kallades sedan Hallwach-effekten. Metallen som han använde var en halvledare av polykristallint selen, vilken redan på den tiden kunde framställas tillräckligt rent. Hallwach upptäckt kallas idag för den fotoelektriska effekten. Ett tag senare så förklarade Albert Einstein den fotoelektriska effekten och fick nobelpris. Men det var inte de fotoelektriska egenskaperna i material som selen som gjorde att forskarna blev intresserade. Utan det var dess ledningsförmåga. Faktumet att strömmen som producerades var proportionell med intensiteten i det infallande ljuset, och relaterade till våglängderna i en bestämd väg betydde att fotokonduktiva material var idealiskt för fotografiska ljusmätare. Den fotoelektriska effekten i barriär strukturer var bara en bonus, som betydde att ljusmätare kunde fungera utan strömförsörjning. Det var inte förens på 1950-talet med utvecklandet av bra kiselskivor för användning i den nyaste elektroniken, som 7

potentiellt användbara kvantiteter av energi kunde bli producerade genom fotoelektriska apparater i kristalliserat kisel. Det var många som drog nytta av solen men ingen kunde ta reda på solens energi. Det var inte förens 1767 som den första solfångaren byggdes. Denna solfångare byggdes av Horace de Saussure. Hans solfångare var en såkallad solugn och innan prövade många olika designer innan han kom fram till att en välisolerad box med tre lager glas var bästa sättet att stänga inne den utgående värmen. Hundra år senare så byggde Augustin Mouchote en ångmotor som drevs enbart av solenergi. Detta var en väldigt spännande uppfinning men motorn var så dyr och kunde varken reproduceras eller underhållas så det glömdes snabbt bort. Introduktion solceller Fotovoltaisk cell är vad solceller kallas med ett lite finare och mer vetenskapligt namn. De har fått det här namnet för att fotovoltaik är den del i de förnybara energikällorna som går igenom direkt omvandling av solljus till elektrisk energi. Den energi man kan utvinna från en enda solcell är väldigt liten, därför måste man koppla ihop en mängd solceller till en solpanel för att få högre energimängd. Dagens största grupp solceller är kristallina solceller som kan delas upp i olika grupper, Polykristallina, multikristallina och monokristallina celler. De andra stora solcells/sol panels typerna är Amorf som även är kallad tunnfilmssolcell och Grätzelceller. En solpanel består av flera solceller som är kopplade till varandra för att kunna få en högre spänning. 8

Teori Svartkropp När man värmer ett material t.ex. järn så pass mycket att det börjar glöda så kommer järnet anta en svagt röd/orange färg. Om man däremot värmer upp en svart järnstav så kommer dess färg inte att ändras men dess temperatur kommer vara den samma som järnstaven. När ett mattsvart föremål och ett järnföremål värms upp till samma temperatur i en ugn och tar ut dem för att låta dem svalna så kommer det mattsvarta föremålet att svalna av fortare än järnföremålet. Att det svalnar fortare innebär att mer energi utstrålas. Lämnar man däremot båda föremålen kvar i ugnen så kommer deras temperatur vara den samma vilket då innebär att det mattsvarta föremålet måste absorbera mer energi per tidsenhet då det släpper ut mer men ändå kan hålla samma temperatur. Det råder strålningsjämvikt i ett rum med konstant temperatur. De föremål som kan absorbera all inkommande energi kallas absolut svart. Absolut svartkroppar har en universell utstrålning som är beroende av temperaturen. Denna universella utstrålning kallas Emittans (M). Våglängders fördelning påverkar också emittansen. Emittansen följer Stefan Boltzmanns lag: M = σt 4 Ljus Ljus är elektromagnetisk strålning, och man brukar inkludera synligt ljus, infrarött- och ultraviolett ljus till ljusets våglängder, medans större och mindre våglängder bara är elektromagnetisk strålning. Det synliga ljusets våglängder är cirka 400 till 780 nanometer. Ljus består av fotoner som både har våg- och partikelegenskaper, den så kallade våg - partikel dualiteten. Denna teori förklarades 1900 av Albert Einstein och gick ut på att alla partiklar har både en våg- och en partikelnatur som uttrycks olika vid olika hastigheter och massor. Energiknippen av ljus kallas kvanta och har ingen massa. Därför uttrycks vågnaturen mer än partikelnaturen och ljus sägs ha en våglängd. Hur många våglängder en foton hinner per sekund kallas frekvens, och en fotons energi är proportionell mot frekvensen. Elektronvolt Elektronvolt är en energienhet för väldigt små mängder av energi. Elektronvolt förkortas ev och är inte en SI-enhet. En elektronvolt motsvarar 1.60217653 10-19 Joule (även kallad elementarladdningen). Elektronvolt brukar definieras som den energi som går åt när man flyttar en elektron över en potentialskillnad på en volt. 9

Bild 2 Halvledare Halvledare är ett slags mellanting mellan ledare och isolator. Den leder ström men den leder sämre än vad en ledare gör. Halvledare brukar dopas med små mängder av andra material för att få en bättre ledningsförmåga. Elektronerna i en halvledare befinner sig i olika energiband. De exciterade elektronerna befinner sig i det så kallade ledningsbandet där de tillåts röra sig fritt och kan leda elektricitet. De elektroner som befinner sig i sitt grundtillstånd befinner sig i valensbandet. Den energi som behövs för att excitera en elektron från valensbandet till ledningsbandet kallas bandgapet. Vissa metaller med bra ledningsförmåga har otroligt litet bandgap, och vissa har till och med ett negativt värde på bandgapet. Det råder alltså en jämvikt mellan exciterade elektroner och elektroner i valensbandet. Andra bra ledande ämnen har lediga platser i valensbandet vilket också leder ström. Anledningen till att en isolator inte kan leda ström är att dess bandgap är ganska stort vilket leder till att det behövs mycket energi för att excitera elektroner, och det fulla valensbandet som inte kan fungera som laddningsbärare. En halvledares struktur liknar isolatorn, men har ett litet bandgap, så det är lättare att få exciterade elektroner. Dopning av halvledare När man ska använda sin halvledare av kisel till sina solceller så måste man dopa det för att få effekt. Dopa innebär att man tillför ett annat grundämne i kislets kristallstruktur för att förändra egenskaperna. Det finns två olika dopningsätt, P- och N-dopning. När man har N-dopat sin kisel får man en extra elektron i kristallstrukturen och detta görs ofta med hjälp av fosfor som har 5 valenselektroner. Vid P-dopning så tillsätter man ett ämne med 3 valenselektroner, ofta bor, vilket leder till att man får ett underskott på en elektron, medan i N-dopningen får man ett överskott på en elektron. Jon Joner är positivt eller negativt laddade partiklar. En negativt laddad jon har fler elektroner i sitt elektronskal än det har protoner i atomkärnan och kallas för anjon. En positivt laddad jon har färre elektroner i sitt elektronskal än protoner i kärnan och kallas för katjon. Katjonen attraheras av den negativa katoden om en sådan finns, och anjonen av den positiva anoden och de har därav fått sina respektive namn. Joniserande atomer och molekyler angivs med laddningen i exponenten. T.ex. en vätejon, H +. Joner fungerar ofta som laddningsbärare. Laddningen som jonen har varierar, men följer ett mönster i det periodiska systemet. 10

Excitation För att excitera en elektron behövs energi. Denna energi kan komma från värme, en foton eller ifall en annan partikel krockar med elektronen. Den exciterade elektronen övergår till ett elektronskal längre ifrån kärnan. I detta tillstånd är atomen väldigt instabil och elektronen faller tillbaka efter en liten stund, och avger då energi i form av elektromagnetisk strålning. Bandgap Bandgapet är skillnaden i energinivåer mellan valensband och ledningsband och motsvarar den energi som behövs för att excitera en elektron från valensbandet till ledningsbandet. Valensband En atoms yttre skal med valenselektroner. Ledningsband Är en möjlig energinivå för elektroner. Ämnen vid låga temperaturer har ett tomt ledningsband. Medger att elektroner kan förflyttas. Kiselceller Material/Uppbyggnad En kiselcell består först och främst av en halvledare. Denna halvledare är kisel. Kisel har 4st valenselektroner, kisel atomen kan då dela sina elektroner med 4 stycken andra kiselatomer och bilda en kompakt kiselkristall. Kislet kallas halvledare eftersom det har en ganska dålig ledningsförmåga då dess elektroner sitter fast bundna till sina atomer. Kislet är indelat i två skikt, det N-dopade och det P-dopade, med ett gränsområde mellan. Solcellens översta lager består av ett material som ska skydda cellen mot påfrestningar från väder och vind men den ska släppa igenom så mycket solstrålning som möjligt. Ju mindre solstrålning som kommer in ju lägre blir cellens verkningsgrad. Man brukar ofta använda järnfritt glas till övre lagret på sin kiselcell. Bottenplattan i solcellerna kan bestå av bland annat plast och metall mest vanligt är aluminium. Ca 90 % av alla kiselceller består av kristallint kisel och de har en lång livstid, ofta runt 25 år. De finns 2 olika typer av kristallint kisel, monokristallint och polykristallint. Monokristallint kisel Monokristallina celler är den typ av solceller som har högst effektivitet. Atomerna i monokristallina celler är strukturerade i en perfekt symmetri. 11

Polykristallint kisel Polykristallina celler har kiselatomer som är mindre symmetriskt ordnade än monokristallina celler vilket leder till billigare tillverkning men leder även till att verkningsgraden sjunker något. Hur en kiselcell fungerar När en foton med en viss mängd energi träffar en elektron så kommer all fotonens energi att överföras till den träffade elektronen. Om fotonens energi är större än elektronens excitations energi så resulterar det i att elektronen kommer att exciteras och flyttas från valensbandet till ledningsbandet. Då är de exciterade elektronerna lättrörliga i kiselkristallen. Energin som krävs för att elektronerna ska kunna exciteras från valensbandet till ledningsbandet är 1,1 ev för kisel, vilket motsvarar 1100 Nm ljuskvanta, vilket ca 23 % av ljuset från solen överstiger. Elektronerna som har blivit exciterade i ledningsbandet kommer att samlas i det N- dopade kislet. Elektronhålen kommer att bildas i det P-dopade kislet. Elektronerna som samlats i N-skiktet kommer med hjälp av en yttre ledning att vandra från N- skiktet mot P-skiktet där ett underskott på elektroner råder. Väl i P-skiktet så kommer elektronerna att excitera tillbaka till N-skiktet men det är endast de elektroner som har tillräckligt mycket energi som lyckas. Om elektronen inte har tillräckligt med energi så kommer den bara att falla tillbaka och inte ta sig upp till N-skiktet. Elektronerna kommer också med hjälp av solljusets energi att excitera och vandra från N-skiktet via gränsområdet till P-skiktet. Via en yttre ledning vandrar sedan elektronerna tillbaka till det N-dopade skiktet och man erhåller en elektrisk krets. Grätzelceller Bakgrund Grätzelsolceller är en väldigt ny typ av solceller och har därför knappt någon historia bakom sig, men den anses som den tredje generationens solceller. Färgen som användes när experimenteringen av grätzelsolceller var i sitt tidiga stadium kring 1995, var känsligt endast i den högfrekventa delen av solens spektrum. Nya versioner introducerades 4 år senare som hade mycket vidare frekvensmottagning. Den stora frekvensmottagningen resulterade i att färgen fick en mörk svart-brun färg och den kallas endast svart färg. 2003 Så rapporterade en grupp forskare vid det Schweiziska federala Teknologi Institutet att dem har lyckats äta temperaturstabiliteten genom att använda amfifilia rutenium sensibiliserande i samband med kvasi-solid-state gelelektrolyt. Stabiliteten matchar den hos en vanlig kiselbaserad solcell. 2006 den första lyckade solid-hybrid grätzelcellen rapporterades. För att förbättra elektrontransporten i dessa solceller medan man behöll den stora ytan som behövdes för färgabsorption så designade två forskare olika alternativa halvledare, som att t.ex. ställa upp nanotrådar och en kombination av nanotrådar och nanopartiklar för att skapa en direkt väg till elektroden via det halvledande ledningsbandet. 12

2009 En grupp forskare på Georgia Tech gjorde ytan på grätzelsolcellerna mer effektiv genom att linda in dem i kvarts optisk fiber 2010 Forskare vid ett kanadensiskt och ett schweiziskt påstår att dem har lyckats ta sig förbi två av grätzelsolcellens stora problem. 1. nya molekyler skapades för elektrolysen vilket resulterade i en vätska eller gel som är genomskinlig och inte frätande, vilket kan öka fotoelektriciteten och förbättra cellens effekt och stabilitet. 2. Vid katoden så ersattes platina med kobolt sulfat som är mycket billigare, effektivare, stabilare och lättare att producera i laboratorium. Material/uppbyggnad Grätzelceller består av arbetselektrod, motelektrod, elektrolyt, färgämne och titandioxid (TiO 2 ) Arbetselektroden fungerar som cellens minuspol och motelektroden är solcellens pluspol. Elektrolyten är en jonlösning som leder ström och det är färgämnet som absorberar solljus. Hur en grätzelcell fungerar Grätzelceller är inte allt för olik en vanlig solcell och jobbar precis som vanliga solceller med att separera elektroner och elektronhål för att en ström eller en spänning ska bildas. Grätzelceller består av ett ledande glasskikt, en motelektrod, en arbetselektrod, där den ena beläggs med titandioxid och den andra beläggs med grafit. Mellan dessa två elektroder kommer det att ligga en blandning mellan färgämne och elektrolyt. Färgämnet kommer att vara kemiskt bundet till ett poröst material skiktet får inte vara för tjockt om man ska få ut bra effekt ur sin grätzelcell. Detta beror på att alla molekyler måste komma i kontakt med titandioxiden. När solljuset strålar in på grätzelcellen kommer färgämnet att absorbera en foton och en liten del av det inkommande ljusets energi kommer att förflyttas till endast en elektron i färgämnets molekyl. Denna nyvunna energi kommer leda till att elektronen exciterar till en mer energirik energinivå. Från den nya energinivån kommer elektronen förflyttas till titandioxiden i cellen. Elektronen kommer att transporteras genom titandioxiden till det ledande glasskiktet och vidare ut i anordningen. När elektronen är på väg tillbaka in i cellen tas den upp av elektrolyten och bildar en negativ jon med hjälp av en katalysator (grafit) och den laddade jonen kommer att föras genom cellens titandioxid i jakt på en elektron saknande färgmolekyl. Färgämnet kommer att ta upp en elektron och samma procedur kommer att återupprepas. 13

Tunnfilmssolceller Tunnfilmssolceller har mycket tunt aktivt material som absorberar ljus på otroligt mycket mindre djup jämfört med vanliga kiselsolceller. Tunnfilmssolcellerna är ca 3 mikrometer tjocka medan kiselceller i allmänhet är 100 gånger tjockare. Vanliga tunnfilmssolceller är bl.a. CIGS (Koppar, Indium, Gallium, Selen), CIS (Koppar, Indium, Selen), CdTe (Kadmium, Tellurium), amorft kisel och Grätzelceller. Generellt sett är tunnfilmssolceller billigare tack vare den låga materialåtgången och de mindre energikrävande produktionsmetoderna. Därav kan tunnfilmssolceller massproduceras mycket lättare. Tunnfilmssolceller kan också användas på flexibla material och kan då integreras med byggnader. På minussidan däremot är den lägre verkningsgraden. CIGS/ CIS Tunnfilmssolceller gjorda av Koppar, Indium, Gallium och Selen har potential att bli ganska billiga och effektiva och Uppsala universitet har fått ett stöd på ca 10 miljoner kronor för att kunna tillverka en Kadmium fri CIGS-cell med en verkningsgrad på 20 %. CIGS Innhåller kadmium som är dåligt för miljön, vilket dock kan lösas med en strikt återvinning. CdTe CdTe är en förkortning för Kadmium-Tellurid. Som vi nämnde ovan så är kadmium ett giftigt ämne. Telluriden är ett sällsynt ämne på jorden, och begränsar därför tillverkningen. Amorft kisel Amorft kisel fungerar som halvledare i vissa tunnfilmssolceller. Amorft kisel har till skillnad från kristallintkisel inte någon kristallstruktur. Amorfa kiselceller tillverkas vid lägre temperatur än vanligt och kiselåtgången är väldigt mycket lägre än vid tillverkning av vanliga kiselceller, upp emot flera hundra gånger mindre. Nackdelar med amorfa kiselceller är den relativt låga verkningsgraden, att den tappar 15-20% av sin effekt de första driftmånaderna och vid tillverkningen av amorft kisel uppkommer en del farliga/giftiga gaser. Solcellsbilar En solcellsdriven bil är ett elektriskt fordon som drivs av solpaneler ovanpå fordonet. Solcellerna omvandlar solens energi direkt till elektrisk energi. Designen på en solcellsdriven bil är starkt begränsad av mängden energi som bilen kan ta emot. Anledningen till varför inte en vanlig bil som drivs av enbart solceller har byggts än är pga. förlusten i effektivitet hos solcellerna. Det nuvarande mest avancerade solcellerna kan omvända mindre än 30 % av den mottagna energin till elektricitet för att driva hjulen. Detta betyder att för samma prestation så behövs dubbelt så mycket upptagningsarea, eller tvärtom, att fordonet bara får väga totalt en tredjedel så 14

mycket. Detta begränsar solcellsbilarna till ett enda säte utan lastutrymme. Detta betyder att så länge solceller har så låg effektivitet så är dem inte praktiska nog, eller prisvärda för vanliga Svenssons. Solfångare Vi använder inte bara solens strålar genom att omvandla den till elektricitet i en solcell. Solens strålar kan också omvandlas till värme genom en termisk process. Svarta material absorberar näst intill all den strålning som infaller mot dess yta, medan andra material reflekterar eller släpper igenom en del av solens strålar. Därför använder man en absorbator som fungerar som en svartkropp. Värmen är sedan tänkt att ledas dit man vill med hjälp av något vettigt medium, en så kallad värmebärare, ofta en vatten/glykol blandning för att i möjligaste mån undvika frostskador. Plan solfångare Dessa tre material används alla i en plan solfångare: Glas som släpper igenom strålningen, svart material som absorberar strålningen som glaset släppt in, och man har ett reflekterande material för att hindra strålningen från att smita ut igen. Strålarna som absorberas i det svarta materialet kommer att värma upp en slinga med en värmebärare som leder värmen genom ett rörsystem till en ackumulator som innehåller och fördelar ut det varma vattnet i huset. Solfångare för pool Poolsolfångare är en av de mer primitiva solfångarna och består endast av en svart slang. Slangen värms upp av solen och den värmer i sin tur vatten inuti slangen som senare leds in i poolen eller stugan där det kan används som varmvatten. Solfångare med vakuumrör Som man kan förstå av namnet så består vakuumrörs-solfångare av en mängd vakuumrör. Dessa vakuumrör fungerar på samma vis som en termos. Två rör med vakuum mellan och ett inre rör fungerar som isolation medan det yttre röret är transparent. Luften man har i det inre röret kommer att bli mycket varm och värmen transporteras vidare genom U rör eller genom en Heat pipe. U rör innebär att man har ett U-format kopparrör med en värmebärare som går ner i vakuumröret och leder värmen dit man vill. Om man använder Heat pipe rör för man ner en kopparpistong som innehåller en vätska ner i vakuumröret där toppen på denna pistong kommer att föras in i en värmeväxlare. Temperaturen i vakuumröret kommer att få vätskan i kopparpistongen att förångas och transporteras upp till värmeväxlaren och på så sätt utvinns energi. I värmeväxlaren kommer temperaturen sänkas så att ångan återgår till vätskeform och kan återupphettas ännu en gång. 15

PV/T PV/T är en hybrid mellan solcell och solfångare. Den använder både solceller och solfångares två olika funktioner för att alstra energi, alltså både värme och solljus, och har därför en avsevärt högre verkningsgrad. Energimyndigheten har beviljat stöd på ca 5 miljoner kronor för att fortsätta forskning inom PV/T. Solenergi ur samhällssynpunkt Idag är förnybara energikällor ett väldigt populärt ämne. Industrin kring dessa sätt att alstra energi och värme är den industrin som växer mest och det är inte så konstigt. Dagens miljötänk och ansvarstagande gör att det enda riktiga alternativet är förnybara energikällor. Den kanske bästa energikällan är nog solen, det är oerhörda energimängder som strålar in mot jorden varje dag och man jobbar hårt på bättre sätt att ta till vara på dem. Men hur mycket skulle det egentligen gagna oss att spendera pengar på denna energikälla då så många andra redan finns, varför ska vi satsa på solenergi om vi kan förlora pengar? Hur vanlig är användningen av solenergi? Dessa frågor och liknande är det vi har försökt svara på i denna del av rapporten. Användningsområden för solenergi Solenergi kan användas på många olika apparater, t.ex. miniräknare, men också utanpå hushåll för att få värme, el eller för att värma upp pooler. De solceller som byggs på ett tak eller en vägg kan se ut på olika sätt. Det finns de som är integrerade. Det finns också de som är utanpåliggande och de som är infogade. Ibland så bygger företag eller myndigheter stora solparker som består av ett gäng solceller eller solfångare. Dessa ger el eller värme och i mycket större mängd än enskilda gör. De kan då hjälpa att driva t.ex. ett fjärrvärmeverk. Solenergi är en energikälla som är mycket mer effektiv ju närmare ekvatorn man kommer. Detta är därför att ekvatorn har mer och starkare solljus än vad andra delar av världen har. T.ex. människor i afrikanska länder kan ha mycket att hämta från solenergi. Om man bor på ett ställe utan elnät så är det en energikälla som är väldigt användbar. Den behöver inget stort värmeverk eller liknande, en familj kan ha sin egen solcellsmodul som kan driva alla elartiklar de behöver. En orsak till att det här kan fungera är att värmebehovet i sådana länder är så lågt, det är ju oftast riktigt varmt. Det finns vissa planer på att bygga solparker i ökenområden, t.ex. Sahara. Det finns dem som tror att med solparker stora som ett mindre europeiskt land kan man tillgodose Europa med 80 % av dess energikonsumtion. Sedan finns det också siffror på att om man täcker mindre än 1 % av Saharas yta med solceller som har en verkningsgrad på 10 % så kan hela världens energibehov tillgodoses. Solenergi kan också användas i rymden. Solen lyser mycket starkare där och detta beror på att jordens atmosfär absorberar en del av energin som strålar in mot ytan. 16

P.g.a. det så är det väldigt vanligt att driva satelliter med solceller, det finns ju heller inte många mer alternativ. Det är så stor skillnad mellan mängden energi som strålar i rymden och som strålar i jordens atmosfär att man har funderat på att sätta upp stora solparker av solceller i rymden. Dessa ska förse stora städer med energi och vissa tror att upp till en fjärdedel av jordens energibehov kommer att förses på detta sätt. Verkningsgrad för solceller och solfångare Solfångare har en verkningsgrad på upp till 80 %. Mer går inte eftersom glaset m.m. absorberar ljuset. För att uppnå denna verkningsgrad måste man vara noga med var man placerar solfångaren. Den ideala platsen är på ett tak med en lutning på 42 och som vetter mot söder, självklart utan något träd eller liknande som ger skugga. Ju varmare det är i luften runt solfångaren ju bättre, för den förlorar då mindre värme till omgivningen. För solceller har man uppnått verkningsgrader på 40 %. Men de kommersiella ligger runt 10-16 %. Solceller fungerar bäst vid söderläge och 30-50 lutning. Solenergi i privata hushåll Att använda solenergi, i form av det strålande solljuset, är inte så populärt i Sverige idag. Det ökar dock i popularitet allt eftersom solceller och solfångare blir billigare och mer effektiva, men ofta blir det väldigt dyrt för en privatperson att driva sitt hushåll med enbart solcellspaneler eller solfångarsystem. Som tidigare nämnts finns det ofta sedan tidigare tillgängliga energikällor som kostar mindre. Solenergi används bäst som en långsiktig investering och som ett sätt att komplettera andra värme- och elkällor. Solenergi kan ses som en hög engångsavgift för energi till skillnad från el och värme som är köpt per kwh från ett bolag vilket kan ses som en mindre avgift vid givet tillfälle men en som man måste betala in kontinuerligt. Alltså så bör man inte utrusta sitt hem med solceller eller solfångare om man inte planerar att bo länge. Då man använder solenergi kan det ofta vara bra att ha någon sorts energidepå. T.ex. batterier som laddas upp då solen lyser på riktigt mycket och man inte klarar av att använda all el. Om man är ansluten till elnätet så behöver man dock inte ha batterier, då kan man sälja den överblivna elen ut till nätet. Det samma gäller självklart för solfångare, om man en solig sommardag inte använder all varmt vatten som produceras förlorar man ju pengar. Kalkyler Här följer kalkyler på vad det kan kosta med solel och solvärme i ett hus. Eftersom varje hus har speciella värmekostnader och elkostnader blir det många generaliseringar som görs. Men meningen är att man skall få en idé om vad kostnaderna kan komma upp i och om man verkligen tjänar på att spendera dessa pengar på solenergi. Vi har räknat med en slutlig verkningsgrad på 12 % för solceller. Orsaken till detta är att kopplingsanordningar m.m. gör att verkningsgraden sjunker. På solfångare har vi använt specifika solfångare som, just i det här exemplet, hade en verkningsgrad på ca 45 %. 17

Solceller kalkyl Ungefärlig elförbrukning för ett hushåll i Sverige ligger kring 129 kwh/m 2 då hushållet har en boyta på ca 150m 2 och har direktverkande el som uppvärmningssystem (1). Säg då att man har en takyta på 20m 2 full med solceller gjorda med kristallint kisel. Taket vetter mor söder och har en lutning på 30-50, ett optimalt energiupptag sker (5). Då solinstrålningen i Sverige ligger kring 1000 kwh/m 2 per år och den slutliga verkningsgraden på solcellerna är runt 12 % (7) kommer man producera ca 2400 kwh/år (2). Den totala årsförbrukningen av elström ligger runt 19 400 kwh för det tidigare nämnda hushållet, vilket betyder att ca 12 % av elbehovet kan tillgodoses av solel. Om man nu tittar till ett genomsnittligt elpris (vi väljer ett rörligt avtal) ser man att det kostar 71,6 öre/kwh (3). Detta är dock exklusive skatt. Om man räknar in energiskatten och momsen så kommer priset upp i 123,3 öre/kwh (4). Om man nu, m.h.a. solcellerna, producerar 2400 kwh/år betyder det att man sparar in 2600*123,3 öre = 295 920 öre vilket blir ca 3 000 kr per år. Man måste dock också ta med kostnaderna för installationen av solcellerna samt kostnaden av de materiell man använder sig av för att få en helhetsbild. Enligt en rapport utgiven av Stockholms kommun (6) kostar solceller av kristallint kisel ca 54 kr/w. Det priset är inklusive kablar, stativ, växelriktare och själva solcellsmodulen. Våra solceller genererade 2400 kwh per år, vilket är 3 kw. Alltså kommer det att kosta 3250*54=162 000 kr att köpa själva materialet för energisystemet. Om man säger att man installerar hela systemet själv, eller i alla fall med en så liten utgift att den är försumbar, så kommer det att ta 162 000/3000= 54 år för solcellerna att bli en tjänande affär. Så här dyrt är det turligt nog inte. Om det hade varit hade nog ingen människa någonsin velat satsa på solenergi. Staten har nämligen, genom stöd och bidrag, gjort det mycket billigare för både privatpersoner och industrier att använda solel. Det finns ett stöd som omfattar 60 % av den totala kostnaden för systemet. Det betyder att vårt system som kostade 162 000 kr kommer då att gå på 65 000. Nu kommer det bara att ta 65000/3000 22 år. Utan stödet från staten kan man se att solceller skulle bli mycket svåra att göra en tjänande affär av. Även med det så tar det en lång tid. Om man nu bor i huset i 30 år och solcellen håller så länge (den uppskattade livslängden för solceller är kring 30 år) kommer man till sist att spara in 3000*(30-22)= 24000 kr. Det låter verkligen inte som mycket pengar. Men man har nu en stabil elkälla som heller inte kan prishöjas som el köpt från elbolag kan. Om man nu kombinera solelen med andra sätt att få energi så att man får en mycket miljövänlig, stabil och kanske billig lösning som håller länge. Solfångare kalkyl Hur mycket skulle då en solfångare kosta att installera? Solfångare har en högre verkningsgrad än solceller och det är på grund av den orsaken som de är mer populära. Det bästa då man skaffar sig solfångare är att göra det då man ändå håller på att byta värmesystem. T.ex. om ackumulatortanken ändå ska bytas kostar det inte lika mycket extra att köpa en som stödjer solfångare som att köpa en helt ny ackumulatortank enkom för solfångarna. 18

SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut AB gör tester på solfångare, s.k. P-märkta solfångare. Dessa kvalitetkontrolleras kontinuerligt och på så vis har dem listor på alla solfångare och ur dem här listorna är det vi hittar den solfångaren som vi har valt för denna kalkyl. Solfångaren heter Aquasol Big AR och är skapad utav Aquasol. Denna solfångare är 17,66 m 2 stor och ger ett årsutbyte på ca 8 000 kwh (8). Att solfångaren kan producera så mycket beror på att verkningsgraden hos en solfångare ligger mycket högre än för en solcell. Därför är det också mer populärt att använda sig av solfångare. Enligt Statistiska centralbyrån (9) kommer ett hus med vattenburen el att använda ca 13 500 kwh av sin totala energikonsumtion till uppvärmning. Det betyder att Aquasol Big AR kommer att minska husets uppvärmningskostnad med ca 59 %. 8000 kwh sparad energi blir en sparad peng på ca 10 000 kr om året. Denna solfångare kostar, inklusive monteringsanordningar och rör, 50 000 kr (10). Detta är dock inte inklusive vattentanken. Den kan kosta ca 30 000 kr (11). Man behöver dock någon som installerar solfångaren, den är nämligen mycket tung och alla rör måste byggas in i huset m.m. Detta har vi dock inte räknat med så det måste tas i beräkning då man ser till den slutliga uppskattningen. Alltså kostar det 80 000 kr för solfångaren och ackumulatortanken. Vilket betyder att på 8 år (80 000/10 000) kommer solfångaren att börja betala för sig. Men precis som för solceller så kan man få bidrag då man skaffar solfångare. Enligt Boverket kan detta bidrag för ett liknande projekt komma upp i 20 000 kr (12). Det betyder att solfångaren kommer att betala för sig efter endast 60 000/10 000 = 6 år. Solfångare kan hålla upp till 40 år, vilket betyder att man kommer att spara in ca 340000 kr totalt. Negativa aspekter Ett problem som solceller och solfångare har är att de är väldigt beroende av vädret och tiden på året. T.ex. så blir de mycket mindre effektiva på vintern, speciellt om de är lokaliserade i Sverige eller länder på liknande breddgrader. Då det är kallt och solen lyser under färre timmer blir solceller och solfångare mindre effektiva. Därför är det oftast en mycket bra idé att kombinera solenergin med en annan energiform. För det första kan solenergin oftast inte försörja hela hushållet med el och värme (om det nu inte är ett fritidshus, i vilket fall det ibland kan räcka). Sedan så är solenergi inte en energikälla som är konstant tillgänglig i samma kvantitet. Då solen går i moln sänks effektiviteten och om man förlitar sig helt på solenergi för t.ex. matlagning så kan det uppstå problem. För små fritidshus kan, eftersom elkonsumtionen är mycket mindre, ofta solceller förse hushållet med all elenergi till elartiklar det behöver. Energin till uppvärmningen kan fås till stor del av solfångare och på det sättet får man en billig, pålitlig elkälla och värmekälla som inte behöver underhållas för mycket pengar. Faktum är att kostnaden för underhållet är så låg att den är försumbar. Man kan behöva komplettera uppvärmningen av fritidshuset om det används på vintern, men då kan det räcka med en liten elpatron i ackumulatortanken som hjälper till att värma upp vattnet till önskad temperatur. 19

Användningen av solceller och solfångare i Sverige blir naturligt mindre effektivt eftersom våra vintrar är långa och eftersom de är så kalla. Men på sommaren kan solfångarna stå för mer än halva tappvattenkonsumtionen eller cirka 20-30 % av hela värmekonsumtionen, om huset är nybyggt kan solfångarna stå för ännu mer. Solenergi i industri och fastigheter Att använda sig av solenergi i fastigheter, t.ex. hyreshus, är inte en vanlig sak. De gånger det används är det ofta i arkitektoniskt syfte, alltså att förhärliga byggnadens utseende samtidigt som de är praktiska genom att ge ström eller värme åt huset. Stora fastigheter har ofta stora tak och fasader, vilka kan fungera ypperligt till ett solvärmesystem eller ett solcellssystem. Solenergi i industrier kan ibland vara effektivt, t.ex. för att hjälpa att driva ett fjärrvärmeverk. Däremot så kan solenergi vara en källa till energi som inte alltid tänks på då industrier med höga energibehov ska välja energikälla. Säg att ett smältverk ska se över vilka alternativ som finns. Solenergi, eftersom den är så ineffektiv i nuläget, blir ofta översedd. Industrin kräver ju sådana oerhörda energimängder. Solenergi i ett miljöperspektiv Den mest belysta positiva aspekten med solenergi är att den är så ofarlig mot miljön. Det släpps inte ut några ämnen alls vid användningen, men det existerar negativa aspekter och dessa är de som finns vid produktionen. Bl.a. används många ovanliga ämnen i vissa sorters solceller, indium som ingår i CIS-cellerna kräver kadmium vid tillverkningen och eftersom kadmium är ett mycket giftigt ämne skapar detta påfrestningar på naturen. Det faktum att ämnen med begränsad tillgång används vid tillverkningen gör att det i framtiden kommer att bli dyrare att framställa dagens solceller. Då solceller skapas går det åt mycket energi och den energin kan då ses som en negativ effekt. Så länge inte energin uteslutande kommer från energikällor liknande solceller så blir ju detta påfrestande på miljön. Då solceller används på ställen utan tillgång till elnätet måste batterier användas för att lagra energin och dessa innehåller ofta giftiga ämnen i sig. De kostar också miljön att framställa. Alla de här negativa sidorna av solceller gör att de blir mer opopulära än vad de kunnat vara. Man arbetar mycket på att motverka de här delarna men än så länge har ingen ny metod visat sig vara mycket bättre än de föregående, endast små förbättringar har forskats fram. Man kan dock säga att i det stora hela så är solenergi en av de renaste energikällorna. 20

Diskussion När vi till en början valde att arbeta om solenergi så ville vi bygga en solcell med kisel som halvledare. Men vi upptäckte väldigt snabbt att kisel var alldeles för dyrt så vi bestämde oss för att göra en grätzelcell. Till skillnad från kiselcellen så kostade det oss väldigt lite att bygga en grätzelcell eftersom vi hade turen att få låna en experiment låda från energi huset i Uppsala. Det ända som kostade oss pengar var bären och spenaten vi fick inhandla för att kunna bygga cellen. Vissa solceller sorters solceller är relativt nya och sker mycket forskning och stora framsteg främst inom tunnfilmssolceller. Detta har lett till svårigheter när vi letat information om detta ämne. Vissa källor som vi hittat har visat sig vara raka motsatsen till varandra. Det svåraste var att hitta fakta om Grätzelceller som just nu är den aktuella typen av solcell. Vi fick en del väldigt fina papper från energi huset i Uppsala som hjälpte oss att säkra de källor vi hittat på Internet. I och med att vi hade en källa som kan anses säker kunde vi använda den som referens för att säkerställa säkerheten på källorna vi hittat på Internet. Att skriva en projektrapport är inte något som går i en handvändning och de är väldigt tidskrävande. Det som vi spenderare mest tid på var att leta säkra källor samt gå igenom dessa. Gå igenom källorna tog väldigt förstå vad som egentligen stod i texterna. När vi sedan hade läst och förstått källorna så gick tiden till att formulera sig förståeligt. Vi hade en gång i tiden en tidsplan men denna tidsplan försvann väldigt snabbt och följdes knappt alls. Vi följde den de första veckorna men sedan glömdes den bort och vårt projekt tog en liten paus. Eftersom vi inte följde vår tidsplan så har vi nu på senare dagar fått arbeta groteskt mycket. Om vi fick chansen att göra detta projekt igen så skulle vi nog börja tidigare och vi skulle nog följa den tidsplan som vi lagt upp till punkt och pricka. Om man ser till de resultat våra kalkyler gav så kan man få uppfattningen att solfångare är mycket, mycket bra. Jämfört med solceller måste de ju faktiskt vara det, dem har ju mer än 30 % högre verkningsgrad. Men vi har ju faktiskt räknat med direktverkande el som uppvärmning eller vattenburen. Det finns t.ex. bergvärme som ju bör likna solfångare i producerad energi. Det som gör att bergvärme vinner över solfångare måste vara dess pålitlighet. Solfångare blir ju så ineffektiva på vintern och natten. Hur kan man då tävla med bergvärme och fjärrvärme. Det känns som att solenergi har en bit kvar innan den är i höjd med dem värmekällorna. Vad gäller solceller så är dem ju så himla ineffektiva att vi tror att dem inte kommer bli populära under den närmaste tiden. En sak som dock verkar vara ett krav idag är att staten måste ge bidrag och stöd för dem som installerar olika moduler som utnyttjar solenergin. Om man ser till vilken grad man använder solenergi i olika länder idag ser man att bidrag och liknande spelar stor roll. I Tyskland, som är ett av de största solenergianvändarna i världen ser man att staten ger väldigt mycket liknande hjälpmedel. Solenergi är ju, bevisligen, en bra energikälla på isolerade platser. Så på sådana platser kan man använda sig till fördel av solenergi. Sedan har vi ju sett att på mycket små areor så kan man utvinna mycket stora energimängder. Detta måste ju vara den ljusaste punkten i solenergins framtid. Att sådana mängder kan fås tror vi kan vara 21

den faktor som kommer att ge denna energikälla den potential som den behöver för att man skall fortsätta att investera i utvecklingen av den. Ut miljösynpunkt är solenergi en källa av energi som är en av de renaste. I dagens och framtidens fokusering på miljön så blir det naturligt att mer och mer pengar läggs på solenergi. Solceller och solfångare tror vi kommer att visa sig vara en utav de viktigaste uppfinningarna i energitekniken på lång tid. Här har man en energikälla som kan förse hela världen med all energi den behöver med så minimala ekonomiska förluster och näst intill ingen miljöförstöring som helst. Vi är i det stora hela ganska så nöjda med resultatet som vi har uppnåt med det här projektarbetet eftersom vi har uppnått alla de mål vi innan satt upp. 22

Rapport på byggande av egen grätzelcell Syfte Vi ville praktiskt genomföra ett byggande av solcell i vårt projekt för att utvidga våra vyer och ge oss erfarenhet av praktiskt solcellsbyggande. Vårt mål med grätzelcellen var att driva en miniräknare. Teori Ljus Solljus består av fotoner i så kallade ljuskvanta och dessa har energi som är proportionell mot frekvensen. Det är denna energi som är tänkt att excitera elektronerna i färgämnet som skall föras vidare via elektrontransport i en yttre ledning för att åstadkomma en elektrisk ström. Materialens funktion Alla de olika materialen har olika funktioner och för att grätzelcellen ska funka så behövs de alla. Vår cell bestod av bland annat två olika elektroder. En arbetselektrod och en motelektrod. Dessa två elektroder fungerade i vår cell både som ett skydd som höll ihop cellen och ledare av elektroner. Mellan de båda elektroderna så förekom ämnen som t.ex. grafit, en hinna, färgämne, titandioxid och elektrolyt. Grafitens uppgift i den här cellen var att fungera som katalysator då elektronerna kommer tillbaka in i cellen och bildar negativa joner. Hinnan i vår cell bestod av en liten bit av ett kleenex ark som ska kunna släppa igenom elektroner men den ska även kunna hindra övriga ämnen från att transporteras till andra sidan av hinnan. Färgämnet i en grätzelcell är ganska lik fotosyntesen. Färgämnet absorberar solljusets energi som består av fotoner. En foton avger sin energi till en elektron i färgämnets molekyl. Denna elektron kommer med sin nyvunna energi tvingas att excitera vidare till en högre energinivå där den kommer gå via titandioxiden vidare till ena elektroden och ut i apparaturen. Om förflyttningen till titandioxiden går för söligt kommer den att falla tillbaka till sitt ordinarie tillstånd. Cellens elektrontransport sker genom titandioxid vidare till cellens ledande elektroder. Joner Joner är elektriskt laddade partiklar i form av molekyler eller atomer som har tappat eller tagit upp elektroner. Dessa fungerar som laddningsbärare. 23

Excitation Elektroner som har fått extra energi ifrån t.ex. fotoner eller värme kan excitera till ett skal längre ifrån kärnan. I detta tillstånd är elektronen instabil och kan enkelt ramla ner till sitt grundtillstånd igen. Metod Vi började med att bereda TiO 2 pastan med hjälp av ättiksyra och TiO 2 pulver. Vi blandade pulvret och syran i en plastpåse som vi sedan knådade till en fin smet. Sedan kontrollerade vi vilken sida av arbetselektroderna som var ledande och vände den sidan uppåt. Denna tejpades fast vid bordet med tejp endast i kanterna för att verka som maskering då vi enbart ville ha TiO 2 pasta i mitten av arbetselektroden. Pastan smetades ut med hjälp av en glasstav till en jämn yta som sedan sintrades (omkristallation med hjälp av värme) med en trefot och brännare. Därefter förberedes färgämnena var för sig. Bären mosades till en smet, spenaten klipptes i bitar och lades i etanol, och teet kokades med hög koncentration teblad. Vi lät de förberedda arbetselektroderna ligga med TiO 2 filmen nedåt i färdigframställda färgämnena i ca 30 minuter för spenat, för bären endast ett par minuter och en kvart för teet. Överflödig färg och kladd sköljdes av med avjonat vatten. Sedan mätte vi vilken sida av motelektroderna som var ledande på samma vis som med arbetselektroderna och försåg två tredjedelar av den ledande sidan med en beläggning av grafit. Efter det klippte vi av kleenex bitar som var lika stora som grafitbeläggningen och som fungerade som mellanlager och absorbent till elektrolyten. Kleenexbitarna lades på de infärgade arbetselektroderna varpå elektrolyt droppades på dessa. När de var klart satte vi ihop arbetselektroden mot motelektroden och lät en bit av vardera elektroden sticka ut som kontaktyta. Nu var vi klar och redo att testa Grätzelcellen med OH-projektor och voltmeter. 24

Bild 3 Här smetade vi ut titandioxid på ena elektroden. Bild 4 Här sintrade vi titandioxiden över en brännare. Bild 5 Här är alla färdigextraherade färgämnen. Med dessa ska titandioxiden infärgas. 25

Bild 6 Här infärgas en elektrod med spenat. Bild 7 Här är en infärgad hallonelektrod. Bild 8 Bär är en färdig grätzelcell redo att fånga in solljuset! 26

Material TiO 2 pasta Elektrolyt (I 3 /I 3 -) Organiskt färgämne från hallon, blåbär, spenat och hibiskus te Arbetselektrod Motelektrod Grafitpenna Etanol Ättiksyra Spatel Pincett Urglas Bägare Trefotigt stativ Bunsenbrännare Kleenex (pappersnäsdukar) Sax Kopparsladdar Krokodilklämmor Stark ljuskälla (OH-projektor, UV-lampa och solen) Glasstav Ombyggd miniräknare för kontroll av spänning Voltmeter Tejp Pappersklämmor Dragskåp 27

Resultat Våra värden Färgämne Spänning Hallon 0,43 Blåbär 0,47 Hibiskus te 0,41 Spenat 0,29 Mallens värden Färgämne Spänning Hallon 0,46 Blåbär 0,44 Hibiskus te - Spenat 0,44 Värden efter en vecka Färgämne Spänning Hallon Ca 0,1 Blåbär Ca 0,1 Hibiskus te Ca 0,1 Spenat Ca 0,05 28