Ny rekord for solcelle-effektivitet

24. juni 2013

Et forskerteam ved Sharp Corporation har netop sat ny verdensrekord for solcelle-effektivitet med en solcelle, som er i stand til at omdanne 44,4% af den indstrålede solenergi til elektricitet, hvilket er en bedrift, som ingen rigtig forestillede sig mulig for blot få år siden.

Men det som virkelig greb mig derved, var nedenstående diagram fra NREL (National Renewable Energy Lab, USA), som dels giver et tankevækkende billede af, hvor mange forskellige solcelleteknologier, som der i disse år udvikles på, dels viser hvordan den rivende teknologiske udvikling på solcelleområdet gør, at der til stadighed sættes nye rekorder i solcellernes effektivitet – dvs. hvor meget af det lys, som rammer en given solcelle, som omdannes til elektricitet.

Sharps nye rekord på 44,4% for en Multijunction-solcelle (de violette nedadvendte trekanter) er ikke nået at komme med i diagrammet, men den slår den hidtidige rekord på 44,0% sat med NRELs III-V Multijunction Solcelle. Det er en global kappestrid med mange deltagere, og som man kan se af diagrammet, har det igennem fire årtier skullet gentegnes flere gange om året. Således har NREL netop i dag udsendt en pressemeddelelse, hvor de meddeler, at de har lavet en two-junction cell meden effektivitet på 31.1% (de ikke-fyldte opadvendte violette trekanter), hvor den tidligere rekord var 30.8%. NREL har som målsætning for udviklingen af denne type at øge effektiviteten fra 25% til 48%.

Sådanne effektivitetsgrader er markant højere end de solceller, som i disse år i stor stil sættes op på tage og bygninger. Her betyder effektiviteten mindre end fremstillingsprisen og den installerede pris pr. kWh, og den typiske kommercielle solcelle har i dag en effektivitet på 15-18%. Men det stærkt konkurrenceprægede udviklingsarbejde smitter også af på de masseproducerede solcelletyper, hvis effektivitet også er gradvist voksende.

I særlige situationer kan effektiviteten være vigtig – den type solceller, som Sharp netop har slået ny rekord med, bliver således i dag primært brugt i rumfarten, til satellitternes energiproduktion. Men den dag, man ikke behøver at genoplade sin mobiltelefon i tide og utide, fordi hele chassiet har solceller indbygget i fladen, er meget vundet. Her vil det ikke betyde ret meget for den endelige pris, at det er nogle få kroner dyrere at fremstille. Og selvom en særlig gruppe af solcelle-teknologier lige nu ligger og roder i bunden af diagrammet – de brune ‘Emerging PVs’ – så er det interessant, at man overhovedet kan skabe organiske solceller, som på sigt vil kunne indbygges i overfladebehandlinger, tekstiler osv. Og den dag nærmer sig, hvor man har strøm til sin walkman, sit høreapparat osv. fra sin beklædning.

Man kunne have lavet et andet diagram, som viste, hvordan prisen pr. installeret kWh solcelleanlæg igennem hele perioden har været faldende. Derfor er solcellerne i fuld gang med at blive billigere end de fossile brændstoffer – selv uden indregning af de nu mange eksternaliserede miljøudgifter. Og hvor for eksempel atomkraftværkerne bliver stadig dyrere at opføre og stort set ingen har råd til at gøre det i dag, så er solcellerne inde i en rivende udvikling, hvor prisernes faldende tendens ser ud til at kunne fortsætte langt frem. Og modsat kulkraftværkerne og atomkraftværkerne, så er de miljømæssige bivirkninger ved solcellerne små og håndterbare. Jeremy Leggett skriver på The Guardian i dag, at hvor prisen for installeret solcelleanlæg i England i løbet af de seneste tre år er faldet med 60%, så er prisen for installeret atomkraft steget med 70%.

Når man i dag ser stadig større solcelleanlæg, hvor kvadratkilometre er dækket af solceller opstillet med militær præcision, så er det som om, vi kun næsten har lært af naturens organiseringsstrategier. Det er måske forståeligt i ørkenen, hvor det ikke skygger for nogen vegetation. Men på ellers frodig madjord virker det helt forkert. Man må kunne dyrke i halvskyggen eller lige hæve solfangerne, så der er græsning på arealet.

Faktisk er det fine ved solfangerne, at de fungerer perfekt selv i helt små anlæg. Ideelt set er produktionen ikke samlet i store kraftværk-agtige anlæg, men er spredt rundt langs hele nettet og producerer over alt, lige som der produceres over alt. Hvor vi nu søger at løse overgangen til en energiforsyning på vedvarende energi gennem at udbygge transmissionsnettet og gøre det intelligent, så er det min klare fornemmelse, at vi blot få årtier fremme vil have et langt mindre behov for dette voldsomme volumen i transmissionsnettet i takt med, at vi lærer at producere og lagre decentralt og i det hele taget lærer at gøre det vi gør med langt mindre energiforbrug end i dag. Vi er nok ved at være kommet dertil, at den vigtiste forskningsindsats for det vedvarende energiområde ikke er yderligere raffinering af vindteknologien eller solcelleteknologien, men at få udviklet den vifte af simple hensigtsmæssige lagringsmuligheder, som gør, at vi har adgang til den energi, vi har brug for uden store “intelligente” netstrukturer. Hvad er elnettets fedtdepoter?

Og … solcelleudviklingen stopper ikke foreløbig. En solcelle installeret på et dansk tag i dag har i løbet af de første to år produceret den energi, der gik til at lave solcellen. Men der er tale om en højteknologisk proces og brug af en række materialer, som der ikke bare er uanede forekomster af. Hvis man sammenligner med naturens egne solfangeranlæg, fotosyntesen i bladenes grønkorn, som de langsomt er udviklet i naturen igennem millioner af år, så kan de produceres decentralt i et utal af former specialiseret til særlige voksevilkår, af materialer, som er tilgængelige i rigelige mængder over alt i biosfæren. De er selv-regenererende, og materialet går fuldt ud i kredsløb uden giftige dele eller komponenter, som ikke “af sig selv” (takket være naturens raffinerede nedbrydningsprocesser) kommer godt videre i biosfærens kredsløb.

Derfor er de organiske solceller i diagrammets nederste højre hjørne måske de allermest spændende. Ligesom der findes elektriske ål har vi måske en dag elproducerende facadeplanter, som sørger for belysningen i den bygning, de beskytter mod overopvarmning og nedkøling. Solfangeren er da ikke noget, som kræver avancerede fabriksanlæg og bliver sendt jorden rundt for at skulle monteres af specialister, men noget der starter med et frø og kræver cirka samme pleje som en tomatplante.