Kan en ny solcell med en rekordstor verkningsgrad på 30.1 % förvandla den kommersiella potentialen för solpaneler, frågar sig James Mckenzie
Solpaneler har funnits i decennier – i själva verket är de nu en vanlig syn på hus även i de till stor del molniga och mörka nationerna i norra Europa. Billigare och enklare att installera än någonsin tidigare, frågan är varför inte solpaneler monteras i varje enskilt hus? För det mesta beror det på kostnaden. Konsumenter vill helt enkelt ha en snabb avkastning på investeringen.
Efter att ha arbetat inom sektorn för lysdioder (LED) i många år, minns jag hur svårt det var att övertyga folk att köpa något – LED-belysning – som kostade mer än en gammaldags glödlampa. Varför spendera pengarna när du inte skulle få någon återbetalning på 10 år eller längre? De nymodiga glödlamporna var bra för grönsinnade ekokrigare men inte för vanliga tippare.
Lyckligtvis förbättrades effektiviteten, kostnaden och kvaliteten på lysdioder och konsumenterna började inse att LED-belysningen skulle överleva tillräckligt länge för att få tillbaka det ursprungliga utgiften. När återbetalningstiderna sjunkit till under fem år började saker och ting verkligen rulla på. Faktum är att dagens LED-belysning kan ge mer än 100 lumen per watt (dubbelt så mycket för avancerade produkter), vilket betyder att de är det enda praktiska valet – med återbetalning på månader.
Selektiv förbud av ineffektiva ljuskällor hjälpte förstås, men lysdioder lyckades på grund av tekniska framsteg i kombination med stordriftsfördelar. Så är samma sak på väg att hända med solpaneler? I Storbritannien kickstartade regeringen saker 2010 med inmatningstullar (Passar). Den som satte el genererad av solpaneler i elnätet fick betalningar på 41.3 p/kWh (pence per kilowattimme) – vid en tidpunkt då elen låg på cirka 10 p/kWh. Tarifferna ledde till att många monterade solcellspaneler (PV) med installationer stigande från 140,000 2011 1.2 till XNUMX miljoner i slutet av förra året.
Effektivitetsvinster
Redan 2010 var kommersiella solcellspaneler kiselbaserade med en effektivitet på typiskt 15 %. Om du köpte dem från en välrenommerad tillverkare kunde vissa paneler hålla i tiotals år, vilket var tillräckligt länge för att få en återbetalning av investeringen. Men som en rapport från 2020 från International Renewable Energy Agency upptäckte att kostnaden för solceller globalt sjönk med 82 % mellan 2010 och 2019, med paneleffektivitet nu nära 22 %.
Faktum är att alla förnybara energikällor har sjunkit i pris, inklusive vindkraft på land och till havs samt koncentrerad solenergi, med solenergi som sjunkit med 13 % bara under 2019 till drygt 5 p/kWh. Trots omvälvningen till Storbritanniens solsektor efter avslutandet av FiTs 2017-2018, Storbritannien kommer sannolikt att installera mer än 1 GW solenergi i slutet av 2022 enligt fysikern Finlay Colville, chef för marknadsundersökningar på Solar media.
Dessutom tyder indikationer på att Storbritannien skulle kunna ha totalt 40 GW solcellscell installerade år 2030 på taken till hem och kontor och i markmonterade solcellspaneler. Tidigare i år som en del av dess Energisäkerhetsplan, kommer den brittiska regeringen också att försöka öka Storbritanniens nuvarande 14 GW solenergikapacitet, vilket den uppskattar skulle kunna växa upp till fem gånger 2035.
Kostnaden är nyckeln. Världsrekordet i solcellseffektivitet är för närvarande 47.1%, vilket uppnåddes 2019 av personal vid USA National Renewable Energy Laboratory, som byggde sex korsningskoncentratorsolceller av olika material under belysningen av 143 solar. Ingen solcell kan någonsin vara så kostnadseffektiv som gammalt gott kisel, men en ny "tandem" solpanel, som presenterades nyligen Världskonferens om fotovoltaisk energiomvandling i Milano, skulle kunna vara en spelomvandlare, med en verkningsgrad på 30.1 % under bara en solbelysning.
Den nya cellen kan vara en spelförändrare, med en verkningsgrad på 30.1 % under bara en solbelysning
Utvecklad av ett team från olika universitet och institut i Nederländerna, kombinerar cellen en konventionell kiselcell med en gjord av perovskit, vilket gör att den kan utnyttja en större del av solspektrumet. Det beror på att kiseldelen fungerar bra med synligt och infrarött ljus, medan perovskiten är bättre med ultraviolett och synligt ljus. Perovskiten tillåter också mer än 93 % av nära infrarött ljus att nå kiselcellen.
Många team runt om i världen arbetar med tandemceller, inklusive det brittiska företaget Oxford PV. Genom att belägga en vanlig kiselcell med en tunn perovskitfilm har den uppnådde en effektivitet på 29.52 % 2020, där företaget säger att dess syntetiska perovskitmaterial är prisvärt och hållbart. Med en redan byggd fabrik, Oxford PV har för avsikt att vara det första företaget att sälja dessa nästa generations solceller. Initiala produkter, designade för bostadstak, kommer att generera 20 % mer kraft från samma antal celler.
Solig framtid
Solenergi har massor av potential, med 87 % av världens nationer som kan driva sig själva med mindre än 5 % av sin mark. Som Elon Musk har påpekat skulle USA kunna göra jobbet med bara några hundra kilometer solpaneler i ett litet hörn av Utah. Men Storbritannien är inte ett av dessa lyckliga länder: 12.5 % av hela nationen skulle behöva täckas med solpaneler för att driva sig själv. Det är mycket med tanke på att bara 6% av landet är bebyggt.
Solceller kommer därför att vara en del av mixen men inte hela lösningen. Vi måste öka effektiviteten hos solceller samtidigt som vi håller locket på produktionskostnader, växelriktare och installationskostnader för att verkligen uppmuntra till användning. Det genomsnittliga huset för fyra personer i Storbritannien behöver för närvarande cirka 16 solpaneler som arbetar med en effektivitet på cirka 20 % för att driva sig själv. Med tanke på de låga nivåerna av solljus i Storbritannien var tumregeln tills nyligen att det skulle ta 11–14 år för solpaneler att betala för sig själva.
Men enligt vissa uppskattningar är återbetalningen på solpaneler nu så lite som fyra år och ytterligare förbättringar kan förkorta den tiden ännu mer. Med rasande energipriser och levnadskostnadskrisen verkar det som att tiden för solceller äntligen har kommit.
