Gå till innehållet. Gå till navigation

Miljöportalen

Sektioner
Solceller

Ljus blir el

Solljus är livets drivkraft, och är jordens överlägset viktigaste energikälla. Det finns många sätt att omvandla energin till elektricitet. Men det enda sättet att göra el direkt av solljus är med hjälp av solceller.

Energin som finns i vind, vatten och vågor är egentligen omvandlad värmeenergi från solen. Det är solen som värmer jordens atmosfär så att luftmassorna börjar röra sig och det blir vind. Solen och vinden hjälper till att sätta haven i rörelse, och det är solen som driver vattnets kretslopp från moln via regn och vattendrag till hav. Vi kan utvinna el ur alla dessa energiformer, som alltså indirekt kommer från solen. I en solcell däremot omvandlas solljuset direkt till el.

I den enklaste och vanligaste typen av solceller går det teoretiskt att utvinna drygt 30 procent av solljusets energi i form av el. För att nå maximal verkningsgrad är det bra om materialet är så tunt som möjligt och alldeles rent och fritt från hinder. Elektronerna ska inte behöva transporteras för lång väg och förlora sin energi på vägen. Samtidigt måste solcellen vara tillräckligt tjock för att kunna fånga in (det vill säga absorbera) det mesta av ljuset. Kisel är det vanligaste materialet i solceller, men eftersom det inte är så bra material för ljusabsorption, måste kiselkristaller göras ganska tjocka och elektronerna får resa en lång väg. I tunnfilmssolceller används ofta blandningar av olika material. De är en hundradel så tjocka och dessutom billigare eftersom det går åt mindre material och tillverkningsprocesserna blir billigare.

Nanokristallina solceller eller grätzelceller försöker istället härma fotosyntesen i gröna blad. Här är det färg som fångar upp ljuset och solcellen är våt med en elektriskt ledande vätska mellan två glasskivor.

I solfattiga Sverige kan en fast monterad solcell som är en kvadratmeter stor ge omkring 100 kWh om året. Ungefär samma gäller för Tyskland som numera är världsledande då det gäller att installera solceller. I mer solrika områden, till exempel i Spanien, kan man få ut upp till dubbelt så mycket energi. Jämför man el som producerats på traditionellt sätt med el från solceller kostar solcellselen än så länge runt fem till tio gånger mer. Det är beroende på om man har en soltillgång som i Spanien eller Sverige, men allt eftersom tekniken utvecklas och tillverkarna kan producera större volymer sjunker priset.

I Sverige finns det i första hand forskning inriktad mot tunnfilms- och grätzelsolceller, med en koncentration till Uppsala och Ångströmslaboratoriet. Det bedrivs även forskning, bland annat vid Linköpings Universitet och på Chalmers, kring organiska ”plast-solceller”, som längre fram kan bli ett billigare alternativ än de kiselbaserade solcellerna. På Chalmers finns också forskning med fokus på hur metall-nanopartiklar och de så kallade plasmonresonanser som uppstår i dessa kan användas för att förbättra de ljusabsorberande egenskaperna i solcellsskikt.

På företagssidan har ett antal företag i första hand riktat in sig på sammansättning av solceller till större så kallade moduler, däribland REC Scanmodule, PV Enterprise, N67 Solar, Arctic Solar och Gällivare Photovoltaic. Tillverkare av själva solcellerna i sig är färre, men här kan Midsummer nämnas, som med egen teknik tillverkar CIGS-baserade tunnfilmssolceller. Absolicon har utvecklat ett kombinerat solcells- och solvärmesystem som utnyttjar koncentrerat solljus. El och värme genereras där på samma gång.

Elenergin man får ut av en solcell är ojämnt fördelad över tiden, eftersom solens instrålning varierar med väder, tid på dygnet och årstid – man kan tala om ett intermittensproblem. Om solceller ska kunna användas i stor skala behöver man se till att tillgången och efterfrågan på elen matchar varandra, antingen på så vis att elen kan användas direkt, eller lagras. För att lagra elenergi kan man exempelvis använda elen till att utvinna vätgas ur vatten. Vätgasen lagras och kan sedan användas som bränsle i till exempel bränsleceller. Då blir vatten den enda ”avgasen”, och man får ett slutet och hållbart kretslopp baserat på solljus istället för fossila bränslen. Man kan också utnyttja elen för att tillverka andra bränslen, lagra den i batterier, eller lagra energin genom att pumpa upp vatten i högt belägna dammar. En annan lösning på intermittensproblemet är att skapa ett effektivt och geografiskt utbrett elnät. Ju större område solenergin kan distribueras och användas över, desto mer jämnar variationerna i både tillgång och efterfrågan ut sig. Den el som skapas där solen skiner för tillfället, kan användas direkt på någon annan plats och behöver inte lagras. Drar man det till sin spets skulle ett globaliserat elnät kunna jämna ut variationer över både dagar och årstider.

Artikeln är skriven i samarbete med Carl Hägglund, forkare vid Avdelningen för kemisk fysik, Institutionen för teknisk fysik, Chalmers tekniska högskola.

Carl Hägglund, Chalmers tekniska högskola

Foto: Kentaroo Tryman
Text: Malin Wahlstedt

Publicerad: 2003-08-20
Senast uppdaterad: 2010-04-29

Navigering