Göm menyn

Vad är solceller och effektelektronik och hur hänger dessa ihop?

Solcellen är den fantastiska uppfinning som omvandlar solens strålar till energi, och dessutom direkt till den mest eftertraktade formen – elektrisk energi. Dessutom saknar solcellen helt mekaniska delar vilket ger den en otrolig livslängd – från 30 upp till kanske 100 år.

För att sedan kunna distribuera och använda denna energi krävs det elektriska komponenter, så kallad effektelektronik. Effektelektronik används i alla sammanhang där man använder elenergi, exempelvis i motorer, och vårt samhälle skulle idag inte fungera utan dessa komponenter. Så gott som alla transporter av varor och människor kräver elmotorer och styrning.

 


Apples 20 MW solcellspark för strömförsörjning av deras molntjänster.


Två solpaneler förser en svensk sommarstuga med nödvändig elektricitet

Hur hänger solceller ihop med effektelektronik?

Solceller producerar likström medan de flesta apparater och maskiner i vår omvärld är gjorda för växelström. Det är där effektelektroniken kommer in. Det förklarar vi med några exempel nedan.

Elektronik indelas i olika kategorier beroende på  tillämpningen. I kommunikationselektronik för t.ex. internet, mobiltelefoni, satellitkommunikation är snabbhet och mängden data som skickas viktig. Här görs elektroniken för mycket höga frekvenser för att klara kriterierna, medan strömmarna oftast är mycket låga. Effektelektronik å andra sidan hanterar stora energimängder.

För att få en uppfattning om vad som krävs inom effektelektroniken tittar vi på en elbil, Nissan Leaf. Det är en ganska liten elbil: Elmotor på 80 kW, batterikapacitet 24 kWh, batterispänning 393 V (96 litiumceller seriekopplade) samt räckvidd med en laddning 175km (källa).

 


Nissan Leaf elbil, bild: Daniel.Cardenas

Tänk nu på siffrorna och omsätt dessa i ström och spänning. Bilen kan utveckla 80 kW (som mest). Med en spänning på 393V blir det cirka 200 A strömuttag från batterierna. Vad är det för elektronik som klarar 200 A? Batteriet är förstås för DC (likspänning). Bilen drivs av en AC-motor (växelspänning/växelström), Hur omvandlas DC till AC?  AC-motorn är en synkronmotor, hur fungerar en synkronmotor? Bilen ska laddas på kvällen hemma i 230 V-uttag. Hur går det till att ladda 393 V-batteri från 230 VAC?

Infrastruktur: Att ladda en 24 kWh batteribank över natten (8 timmar), kräver 3 kW effekt (cirka 13A i 230 V-uttag). Normalt har man 16 A i en villa så tänk om alla grannar ska ladda bilar på kvällen samtidigt! Klarar elnätet detta? Svaret på dessa och många fler frågor handlar om effektelektronik.

Finns det lösningar till alla problem idag? Svar nej. Lösningar måste hittas, infrastrukturen ska byggas. Därför behövs det civilingenjörer som kan effektelektronik.

Exemplet med elbilar är bara ett exempel. Effektelektronik är inte enbart för elbilar och transporter utan är mycket större än så. Inom elkraft, jordbruk, industri, samhällsservice såsom vatten, avlopp och många många fler områden finns effektelektronik. Effektelektronik är en väsentlig del av det mesta runt omkring oss.

En persontåg väger cirka 1000 kg per passagerarplats. Tänk vilka krafter och strömmar som behövs att sätta ett tåg med 300 passagerare i rörelse till en fart av över 300 km/h.

Passagerartåg, bild: Sebastian Terfloth


Sidansvarig: amir.baranzahi@liu.se
Senast uppdaterad: 2016-04-04