Kan en ny solcelle med en rekordeffektiv effektivitet på 30.1 % forvandle det kommersielle potensialet til solcellepaneler, spør James Mckenzie
Solcellepaneler har eksistert i flere tiår – faktisk er de nå en vanlig syn på hus selv i de stort sett overskyede og mørke nasjonene i Nord-Europa. Billigere og enklere å installere enn noen gang før, spørsmålet er hvorfor det ikke er montert solcellepaneler i hvert eneste hus? Stort sett er det ned til kostnad. Forbrukere ønsker ganske enkelt rask avkastning på investeringen.
Etter å ha jobbet i lysemitterende diode (LED) i mange år, husker jeg hvor vanskelig det var å overbevise folk om å kjøpe noe – LED-belysning – som koster mer enn en gammeldags glødelampe. Hvorfor bruke pengene når du ikke får tilbakebetaling på 10 år eller lenger? De nymotens lyspærer var fine for grønnsinnede øko-krigere, men ikke for vanlige tippere.
Heldigvis ble effektiviteten, kostnadene og kvaliteten til LED forbedret, og forbrukerne begynte å innse at LED-belysningen ville overleve lenge nok til å tjene tilbake det opprinnelige utlegget. Når tilbakebetalingstidene falt under fem år, begynte ting virkelig å gå. Faktisk kan dagens LED-belysning gi mer enn 100 lumen per watt (dobbelt så mye for avanserte produkter), noe som betyr at de er det eneste praktiske valget – med tilbakebetaling på måneder.
Selektiv forbud ineffektive lyskilder hjalp selvfølgelig, men LED lyktes på grunn av teknisk fremgang kombinert med stordriftsfordeler. Så er det samme i ferd med å skje med solcellepaneler? I Storbritannia kickstartet regjeringen ting i 2010 med innmatingstariffer (Passer inn). Alle som la elektrisitet generert av solcellepaneler inn i nettet, ble tildelt betalinger på 41.3 p/kWh (pence per kilowattime) – på et tidspunkt da strømmen var rundt 10 p/kWh. Tariffene førte til at mange monterte solcellepaneler (PV) med installasjoner økende fra 140,000 2011 i 1.2 til XNUMX millioner innen utgangen av fjoråret.
Effektivitetsgevinster
Tilbake i 2010 var kommersielle solcellepaneler basert på silisium med en effektivitet på typisk 15 %. Hvis du kjøpte dem fra en anerkjent produsent, kunne noen paneler vare i flere titalls år, noe som var lenge nok til å oppnå tilbakebetaling på investeringen. Men som en 2020-rapport fra International Renewable Energy Agency funnet, falt kostnadene for solenergi globalt med 82 % mellom 2010 og 2019, med paneleffektivitet nå nær 22 %.
Faktisk har all fornybar energi falt i pris, inkludert vindkraft på land og offshore samt konsentrert solenergi, med solenergi som falt med 13 % i løpet av 2019 alene til litt over 5 p/kWh. Til tross for omveltningen til Storbritannias solsektor følger avslutningen av FiTs i 2017-2018, Storbritannia vil sannsynligvis installere mer enn 1 GW solenergi innen utgangen av 2022 ifølge fysikeren Finlay Colville, leder for markedsundersøkelser ved Solar Media.
I tillegg tyder indikasjoner på at Storbritannia kan ha totalt 40 GW solcellepanel installert innen 2030 på takene til boliger og kontorer og i bakkemonterte solcellepaneler. Tidligere i år som en del av sin Energisikkerhetsplan, vil den britiske regjeringen også se etter å øke Storbritannias nåværende 14 GW solenergikapasitet, som den anslår kan vokse opp til femdobling innen 2035.
Kostnad er nøkkelen. Verdensrekorden for solcelleeffektivitet er for tiden 47.1 %, som ble oppnådd i 2019 av ansatte ved USA National Renewable Energy Laboratory, som bygde seks junction konsentrator solceller av forskjellige materialer under belysning av 143 soler. Ingen solcelle kan noen gang være så kostnadseffektiv som gammelt silisium, men et nytt «tandem» solcellepanel, avduket nylig Verdenskonferanse om fotovoltaisk energikonvertering i Milano, kan være en game-changer, med en effektivitet på 30.1 % under bare én solbelysning.
Den nye cellen kan være en spillskifter, med en effektivitet på 30.1 % under bare én solbelysning
Utviklet av et team fra ulike universiteter og institutter i Nederland, kombinerer cellen en konvensjonell silisiumcelle med en laget av perovskitt, slik at den kan utnytte en større del av solspekteret. Det er fordi silisiumdelen fungerer godt med synlig og infrarødt lys, mens perovskitten er bedre med ultrafiolett og synlig lys. Perovskitten lar også mer enn 93 % av nær infrarødt lys nå silisiumcellen.
Mange team rundt om i verden jobber med tandemceller, inkludert det britiske firmaet Oxford PV. Ved å belegge en vanlig silisiumcelle med en tynn perovskittfilm har den oppnådde en effektivitet på 29.52 % i 2020, og selskapet sier at det syntetiske perovskittmaterialet er rimelig og bærekraftig. Med en fabrikk som allerede er bygget, Oxford PV har til hensikt å være det første selskapet som selger disse neste generasjons solceller. Startprodukter, designet for boligtak, vil generere 20 % mer kraft fra samme antall celler.
Solrik fremtid
Solenergi har mye potensial, med 87 % av verdens nasjoner som kan drive seg selv med mindre enn 5 % av landet sitt. Som Elon Musk har påpekt, kan USA gjøre jobben med bare noen få hundre kilometer med solcellepaneler i et lite hjørne av Utah. Men Storbritannia er ikke et av de heldige landene: 12.5 % av hele nasjonen må dekkes med solcellepaneler for å drive seg selv. Det er mye gitt at bare 6% av landet er bygget på.
Solar PV vil derfor være en del av blandingen, men ikke hele løsningen. Vi må øke effektiviteten til solceller samtidig som vi holder lokk på produksjonskostnader, omformere og installasjonskostnader for å virkelig oppmuntre til bruk. Gjennomsnittlig firemannsbolig i Storbritannia trenger for tiden rundt 16 solcellepaneler som opererer med en effektivitet på rundt 20 % for å drive seg selv. Gitt de lave nivåene av sollys i Storbritannia, var tommelfingerregelen inntil nylig at det ville ta 11–14 år for solcellepaneler å betale for seg selv.
Men ifølge noen estimater er tilbakebetalingen på solcellepaneler nå så lite som fire år, og ytterligere forbedringer kan forkorte den tiden enda mer. Med høye energipriser og levekostnadskrisen ser det ut til at tiden for solenergi endelig er inne.
