Kan en ny solcelle med en rekordstor effektivitet på 30.1 % forvandle solpanelernes kommercielle potentiale, spørger James Mckenzie
Solpaneler har eksisteret i årtier - faktisk er de nu en almindeligt syn på huse selv i de stort set overskyede og mørke nationer i Nordeuropa. Billigere og nemmere at installere end nogensinde før, spørgsmålet er, hvorfor er der ikke monteret solpaneler i hvert enkelt hus? For det meste er det ned til omkostningerne. Forbrugerne ønsker simpelthen et hurtigt afkast af investeringen.
Efter at have arbejdet i lysemitterende diode (LED) i mange år, kan jeg huske, hvor svært det var at overbevise folk om at købe noget – LED-belysning – der kostede mere end en gammeldags glødelampe. Hvorfor bruge pengene, når du ikke ville få tilbagebetaling i 10 år eller længere? De nymodens pærer var fine til grønsindede øko-krigere, men ikke til almindelige spillere.
Heldigvis blev effektiviteten, omkostningerne og kvaliteten af LED'er forbedret, og forbrugerne begyndte at indse, at LED-belysningen ville overleve længe nok til at få dækket det oprindelige udlæg. Da tilbagebetalingstiderne faldt til under fem år, begyndte tingene for alvor at køre. Faktisk kan dagens LED-belysning give mere end 100 lumen pr. watt (to gange så meget for avancerede produkter), hvilket betyder, at de er det eneste praktiske valg – med tilbagebetaling på måneder.
Selektiv forbud af ineffektive lyskilder hjalp selvfølgelig, men LED'er lykkedes på grund af tekniske fremskridt kombineret med stordriftsfordele. Så er det samme ved at ske med solpaneler? I Storbritannien kickstartede regeringen tingene i 2010 med feed-in-takster (FiTs). Enhver, der lagde elektricitet produceret af solpaneler ind i nettet, fik tildelt betalinger på 41.3 p/kWh (pence per kilowatttime) - på et tidspunkt, hvor elektriciteten var omkring 10 p/kWh. Taksterne førte til, at mange mennesker monterede solcellepaneler (PV) med installationer stigende fra 140,000 i 2011 til 1.2 mio ved udgangen af sidste år.
Effektivitetsgevinster
Tilbage i 2010 var kommercielle solcellepaneler baseret på silicium med en effektivitet på typisk 15 %. Hvis du købte dem fra en velrenommeret producent, kunne nogle paneler holde i snesevis af år, hvilket var længe nok til at opnå en tilbagebetaling på investeringen. Men som en 2020-rapport fra International Renewable Energy Agency fundet, faldt prisen på solcelleanlæg globalt med 82 % mellem 2010 og 2019, med paneleffektiviteter nu tæt på 22 %.
Faktisk er alle vedvarende energikilder faldet i pris, inklusiv vind på land og hav samt koncentreret solenergi, hvor solenergi faldt med 13 % alene i løbet af 2019 til lidt over 5 p/kWh. På trods af omvæltningen til Storbritanniens solsektor følger afslutningen af FiTs i 2017-2018, Storbritannien vil sandsynligvis installere mere end 1 GW solcelleanlæg inden udgangen af 2022 ifølge fysikeren Finlay Colville, leder af markedsundersøgelser hos Solar medier.
Derudover tyder indikationer på, at Storbritannien kunne have i alt 40 GW solcelleanlæg installeret i 2030 på tagene af boliger og kontorer og i jordmonterede solcellepaneler. Tidligere i år som en del af sin Energisikkerhedsplan, vil den britiske regering også se på at øge Storbritanniens nuværende 14 GW solenergikapacitet, hvilket den anslår kan vokse op til femdobling i 2035.
Omkostninger er nøglen. Verdensrekorden for solcelleeffektivitet er i øjeblikket 47.1 %, som blev opnået i 2019 af ansatte i USA Nationalt laboratorium for vedvarende energi, der byggede seks junction-koncentratorsolceller af forskellige materialer under belysning af 143 sole. Ingen solcelle kan nogensinde være så omkostningseffektiv som godt gammelt silicium, men et nyt "tandem" solpanel, der blev afsløret på det seneste Verdenskonference om fotovoltaisk energikonvertering i Milano, kunne være en game-changer, med en effektivitet på 30.1% under kun én sols belysning.
Den nye celle kunne være en game-changer med en effektivitet på 30.1 % under kun én solbelysning
Udviklet af et team fra forskellige universiteter og institutter i Holland, kombinerer cellen en konventionel siliciumcelle med en fremstillet af perovskit, hvilket giver den mulighed for at udnytte en større del af solspektret. Det er fordi siliciumdelen fungerer godt med synligt og infrarødt lys, mens perovskitten er bedre med ultraviolet og synligt lys. Perovskitten tillader også mere end 93% af nær-infrarødt lys at nå siliciumcellen.
Mange hold rundt om i verden arbejder på tandemceller, herunder det britiske firma Oxford PV. Ved at belægge en almindelig siliciumcelle med en tynd perovskitfilm har den opnåede en effektivitet på 29.52 % i 2020, og virksomheden siger, at dets syntetiske perovskitmateriale er overkommeligt og bæredygtigt. Med en allerede bygget fabrik, Oxford PV har til hensigt at være den første virksomhed til at sælge disse næste generation af solceller. De første produkter, designet til boligtage, vil generere 20 % mere strøm fra det samme antal celler.
Solrig fremtid
Solenergi har masser af potentiale, hvor 87 % af verdens nationer er i stand til at forsyne sig selv med at bruge mindre end 5 % af deres jord. Som Elon Musk har påpeget, kunne USA klare opgaven med blot et par hundrede kilometer solpaneler i et lille hjørne af Utah. Men Storbritannien er ikke et af de heldige lande: 12.5 % af hele nationen skal dækkes med solpaneler for at kunne drive sig selv. Det er meget, da kun 6% af landet er bygget på.
Solar PV vil derfor være en del af blandingen, men ikke hele løsningen. Vi er nødt til at øge effektiviteten af solceller, samtidig med at vi holder låget på produktionsomkostninger, invertere og installationsomkostninger for virkelig at tilskynde til anvendelse. Det gennemsnitlige hus med fire personer i Storbritannien har i øjeblikket brug for omkring 16 solpaneler, der arbejder med en effektivitet på omkring 20 % for at drive sig selv. I betragtning af de lave niveauer af sollys i Storbritannien var tommelfingerreglen indtil for nylig, at det ville tage 11-14 år for solpaneler at betale for sig selv.
Men ifølge nogle skøn er tilbagebetalingen på solpaneler nu så lidt som fire år, og yderligere forbedringer kan forkorte den tid endnu mere. Med voldsomme energipriser og leveomkostningskrisen ser det ud til, at tiden for solcelleanlæg endelig er kommet.
