En ny type solcelle sætter rekord for solcellers effektivitet

Solcellepaneler på hustage og i store solcelleanlæg i landskabet er blevet et almindeligt syn i mange regioner rundt om i verden.

Danmark er med i helt fremme når talen falder på store solcelleanlæg – både når det gælder store tagmonterede anlæg og især de store solcelleanlæg på jorden.

Ifølge Wikipedia er Gedmose Solcellepark ved Holstebro verdens største solcelleanlæg med en årlig effekt på 203 GWh.

Solcelleanlæg står for ca. 6 procent af den samlede elproduktion i Danmark.

Udnyttelsen af solenergi bliver mere og mere effektiv som resultat af især to faktorer:

• Fremstillingen af solceller effektiveres hele tiden, så solceller kan produceres stadigt billigere og bedre.

• Samtidig øges solcellers effektomdannelseseffektivitet hele tiden.
  Effektomdannelseseffektivitet er et mål for, hvor meget sollys, der kan omdannes til elektricitet.

Jo højere effektiviteten af ​​solpaneler er, desto billigere er elektriciteten.

Men hvor effektive kan solceller og solpaneler blive?

De nuværende kommercielt tilgængelige solcellepaneler omdanner omkring 20-22% af sollyset til elektrisk strøm.

Tandem solceller

Et nyt studie offentliggjort i Nature har vist, at solceller kan nå en effektivitet på helt op til 34% ved at udnytte en ny teknologi kaldet tandem-solceller.

Nogle vil måske mene at hverken 20-22% eller 34% for den sags skyld er nogen særlig god effektomdannelseseffektivitet.

Det er imidlertid det niveau vore nuværende teknologiske niveau indenfor solcelle teknologi befinder sig på.

Traditionelle solceller er lavet ved hjælp af Silicium til at absorbere sollys.

Næsten alle solpaneler fremstilles i dag af Silicium, som er det samme materiale, der bruges til at fremstille mikrochips.

Silicium-baserede solceller giver normalt en effektomdannelseseffektivitet på 15 – 20 procent.

Nyt konstruktionsprincip og nyt materiale

Ved at kombinere Silicium med et andet lysfølsomt materiale, Perovskit, i en slags sandwich konstruktion, hvor de to materialer stables ovenpå hinanden, kan omdannelseseffektiviteten forøges med op til 20 procent.

Et forskerhold hos energigiganten LONGi har udviklet en ny tandem-solcelle, der kombinerer silicium- og perovskitmaterialer.

Det er lykkedes forskerholdet at opnå en omdannelseseffektivitet på 33,89 med en nyudviklet Perovskit-Silicium tandem solcelle.

Perovskit

Perovskit blev fundet og beskrevet i 1839 af den tyske mineralog Gustav Rose in 1839 og er opkaldt efter den russiske mineralog Lev Perovski.

Perovskit solceller

Det var først i 2009 at Perovskit blev beskrevet som et materiale til solceller af et japansk forskerhold i Journal of the American Chemical Society.

Perovskit kan indfange højenergisk blåt lys mere effektivt end silicium.

Desuden kan Perovskits lysfølsomhed justeres, ved hjælp af for eksempel fotoelektriske teknikker, så det kan optimeres til absorption af bestemte bølgelængder af lys.

Når et lag bestående af Perovskit lægges (stables) oven på et Siliciumlag i en tandem solcelle, vil Perovskitlaget omdanne høj-energi lys i de blå og grønne dele af lysspektret, mens Siliciumlaget nedenunder omdanner lav-energi lys i de røde og infrarøde dele af lysspektret.

Det medfører en højere samlet omdannelseseffektivitet end silicium alene.

Der er lagt en enorm videnskabelig indsats i udvikling af Perovskit-solceller.

Indsatsen har resulteret i et fænomenalt udviklingstempo, hvor der er registreret effektivitetsstigninger for en enkelt solcelle i laboratorie forsøg fra 14 % til 26 % på 10 år.

Omkostninger ved solenergi

De nye tandem solceller udviser et stort potentiale for at øge effekten ved brug af solceller til produktion af elektricitet.

Det vil alt andet lige betyde yderligere fordele ved solenergi.

Den samlede omkostning ved opsætning og drift af især de store solcelleanlæg vil blive billigere.

Der vil være behov for færre paneler for at producere den samme energi, hvilket vil reducere installationsomkostningerne og det jordareal (eller tagareal), der kræves til solcelleanlæg.

Det er ikke sikkert at forbrugerne vil opleve en forskel i deres elregninger på strøm fra de store solcelle anlæg.

Derimod kan solcelleanlæg på taget, hvor området er begrænset, og pladsen skal udnyttes effektivt, gøres mere rentable med mere effektive solceller.

Hvis solcellepanelers effektivitet kan øges markant uden at øge installationsomkostningerne, vil besparelserne være markante.

Bæredygtighed

Solenergi betragtes generelt som en ‘ren’ energiform.

Solenergien i sig selv er muligvis ren, men det er de fremstillings- og produktionsformer, der skaber solenergien ikke altid.

Udvinding og forarbejdning af nogle af mineralerne i solpaneler er meget energikrævende.

Udover silicium indgår der bly, kulstof, jod og brom som komponenter i Perovskit solceller.

Alle disse forhold påvirker naturligvis det samlede miljøregnskab – også ved de ‘rene’ energikilder.