Solcelle-teknologien bakser med fire hovedproblemer
Solceller er yderst lovende som alternativ energi, men der er stadig en række væsentlige problemer, som skal løses, før solcelle-teknologien for alvor kan slå igennem, fortæller forskere.
solceller solenergi solskin

Solceller kan potentielt blive endnu mere udbredt, hvis forskerne løser fire overordnede problemer. (Foto: Shutterstock.com)

Solceller kan høste Solens stråler og konvertere dem til strøm. Ifølge en voksende bunke videnskabelige artikler bliver de endda bedre og bedre til det.

Et af de seneste eksempler er et studie, hvor en række amerikansk-kinesiske forskere har fundet ud af at producere en af de nye og lovende typer solceller på en mere miljøvenlig måde.

Solcelle-gennembrud

Flere videnskabelige gennembrud har over årene haft gennembrud, der efter sigende kunne revolutionere solcelleindustrien. For eksempel:

I 2011 beskrev amerikanske forskere, at de havde fundet en metode til at printe solceller på papir, så man kunne male dem fast på tapetet derhjemme, og dermed gøre dem billige og lette at installere. 

I 2015 fandt dansk-svenske forskere en metode, der gjorde det muligt at erstatte en række dyre stoffer i solcellerne med jern. Dermed ville prisen for solceller kunne nedbringes, konkluderede de.

Solcellerne bygger på det sammensatte mineral perovskit, og de er effektive, men temmeligt miljøskadelige. I hvert fald indtil nu.   

Ifølge forskerne selv kan den nye teknik betyde et stort skub fremad for solcelleteknologien. Studiet er publiceret i Journal of American Chemical Society.

Alligevel er der ifølge seniorforsker i solceller hos DTU Suren Gevorgyan en række generelle udfordringer på solcellefronten, der skal ryddes af vejen, før solcellerne for alvor kan få deres gennembrud.  

Fire overordnede problemer

Først og fremmest er de ældre solceller på markedet for dyre, og derfor forsøger forskerne at finde nye løsninger, der kan gøre solcellerne mere alment tilgængelige, forklarer Suren Gevorgyan.  

Meningen er ifølge forskeren, at de nye solceller skal udskifte de ældre, der omtales som henholdsvis generation 1- og 2-solceller, som blandt andet dækker over de udbredte silicium-solceller. 

De nye løsninger kalder forskerne derfor tredje generations-solceller, og de dækker blandt andet over såkaldte organiske solceller og de føromtalte perovskit-baserede solceller.

Begge meget lovende teknologier, men en række udfordringer skal ryddes af vejen, før tredje generations-solcellerne for alvor kan brage igennem, forklarer Suren Gevorgyan.  

Han oplister følgende hovedpunkter, som forskerne arbejder på at løse, men hvor der stadig er et stykke igen:

  1. Levetid for solcellerne
  2. Effektivitet i solcellernes energiomsætning
  3. Økonomi
  4. Produktionens miljøpåvirkning

Hovedproblem 1: levetid

Levetiden er faktisk det største problem lige nu, forklarer Suren Gevorgyan.

Solceller installatør solenergi reparatør håndværker

Levetiden på solceller er vigtigt, fordi det både er dyrt og miljøskadeligt, hvis de skal udskiftes efter et enkelt år. (Foto: Shutterstock.com)

»Det er svært at få cellerne til at holde ret længe. For eksempel med teknikken, hvor man bruger perovskit, kan man kun forvente en levetid pr. panel op til et år. Hvis det er meningen, at solcellerne skal bruges til at producere strøm i større skala, er det ikke særligt praktisk eller økonomisk,« siger han.

De forhold, som en solcelle skal kunne fungere under, som fugtighed og høj lysintensitet, er simpelthen hårde ved materialerne, forklarer forskeren.

Derfor kan man finde materialer til nye solceller, der kan være nok så gode, men som viser sig ikke at kunne holde længe nok til at fungere i praksis, forklarer han.

»Hvis solcellerne for alvor skal bruges til storstilet energiproduktion, skal levetiden for et panel op på i hvert fald 10 år,« siger Suren Gevorgyan. Han mener, at der vil gå i hvert fald tre til fire år, før man kan komme i nærheden af sådan en levetid med de nye typer solceller.

Hovedproblem 2: effektivitet i energiomsætning

Selvom levetiden på panelerne kommer op på de 10 år, er der desværre stadig tre andre udfordringer. For eksempel det faktum, at solceller kun kan udnytte en vis portion af lyset fra Solen.

»Der er nogle helt fundamentale begrænsninger på solpaneler, særligt de organiske, fordi de som udgangspunkt kun kan opfange et specifikt spektrum af Solens lys, alt efter hvilket materiale vi bruger,« forklarer Suren Gevorgyan.

Solceller i rummet rumstation

Solceller monteret på satellitter og rumstationer er de mest effektive. (Shutterstock.com)

De forskellige solcelletyper har derfor varierende energieffektivitet, som Suren Gevorgyan remser op:

  • Inorganisk baserede, multijunction-paneler er de allerbedste, men de bruges kun i rummet. De er oppe på at kunne høste omkring 46 procent af sollyset. Men de er så ekstremt dyre og besværlige at lave, at det absolut kun giver mening til rumforskning, ikke til energiproduktion på Jorden.

  • Perovskit-baserede solceller er oppe på omkring 22 procent effektiv sollys-høst. Har til gengæld kort levetid på under et år.   

  • Silicium-baserede solceller, som er langt de mest udbredte, kan udnytte op til 20 procent. Har en lang levetid på over 20 år, men er dyre i forhold til de nye udgaver.  

  • Organiske solceller ligger på omkring 10 procent. Derimod er de miljøvenlige og billige i forhold til de andre solcelleteknologier.

Ifølge Suren Gevorgyan er det dog ikke sandsynligt, at man kan komme meget højere op end at omdanne 20 procent af lyset, da det simpelthen ikke vil kunne betale sig i forhold til produktionsomkostninger.  

Hovedproblem 3: økonomi

Og det leder til næste problem, som netop er økonomien bag det hele. Muligvis det mest grundlæggende af alle parametrene, mener Suren Gevorgyan.

»Det hele kommer ned til én ting - om det kan betale sig. Selvom perovskit-solcellerne måske er blevet mere miljøvenlige, er de stadig dyrere end siliciumcellerne, blandt andet fordi de har så relativt kort levetid. Hvis perovskit-cellerne skal slå igennem, er de nødt til at blive billigere at producere og holde længere,« fortæller han.

Han forklarer, at det hele i bund og grund drejer sig om, hvorvidt prisen på energi fra solceller kan komme ned under prisen på energi fra kul og olie.

»At opnå sådan en pris vil være det ultimative mål for alle solcelleforskere,« siger han.

Hovedproblem 4: miljøpåvirkning

Derudover kæmper solcellerne med bæredygtigheden, hvilket studiet i perovskit-solceller som nævnt var et forsøg på at imødegå.

Perovskit-solceller produceres nemlig typisk med relativt store mængder bly, som er skadeligt både for mennesker, dyr og miljø, forklarer Suren Gevorgyan. Forskerne bag studiet har formået at nedsætte mængden af bly, der er nødvendigt for at få solcellerne til at fungere.  

Dermed er problemerne dog ikke nødvendigvis løst, fortæller Suren Gevorgyan.

»Generelt kan det både kræve store mængder energi at fremstille solcellerne, og så kan der være skadelige stoffer indblandet, som både miljø og de ansatte på solcellefabrikker tager skade af,« forklarer han.

Det faktum er samtidig med til at gøre solcellerne dyrere, fordi der går ressourcer til sikkerhedsforanstaltninger. Hvilket selvfølgelig er positivt, men bidrager yderligere til at gøre solceller dyre, forklarer forskeren.

Kun et spørgsmål om forskning

De fire udfordringer kuer dog ikke Suren Gevorgyans optimisme. Han mener, at solcellerne nok skal få deres gennembrud inden længe. 

»Det er jo, som så meget andet, et spørgsmål om forskning. Vi opdager hele tiden noget nyt og bliver hele tiden bedre til at forstå de forskellige komponenters begrænsninger og muligheder. Det handler bare om at blive ved,« siger han.

Herunder kan du se et live kort over forskellige europæiske landes fordeling af energikilder, herunder solenergi. Hold musen hen over et land og se, hvor meget sol, vind, kul og så videre landet kører på lige nu.

Du kan også åbne grafikken i et nyt vindue her (Illustration: Tomorrow Labs)

Solceller har stort potentiale, hvis energilagringen følger med
solceller og vindmøller

Solceller har stort teoretisk potentiale i Danmark, men vindenergi skal muligvis supplere. (Foto: Shutterstock.com)

Udover de fire hovedproblemer er der også et par andre områder, som skal udvikles i takt med hovedudfordringerne, hvis en større procentdel af vores energiforbrug skal kunne komme fra solceller. Det mener en anden solcelleforsker, adjunkt Dezso Sera fra Aalborg Universitet.

»Solcellernes fremtid vil også være afhængig af udviklingen af lagringsmuligheder som for eksempel batterier, der kan lagre den energi, solcellerne producerer,« siger han.

»Du kan have en nok så god solcelle, men det kan være lige meget, hvis ikke du kan gemme den energi, den laver, og du ikke har andre energikilder. Vi skal jo også bruge energi om aftenen og om natten, når Solen ikke skinner,« forklarer han.

Det gælder især for solceller til private hjem, fortæller han, hvor solceller på industriskala nemmere vil kunne udvikles uden nødvendigvis at have tilhørende lagringskapacitet, fordi de bare sender strømmen ud, når den er der.

I princippet kunne Danmark køre på 100 procent solenergi

Forskerne er ifølge Dezso Sera i fuld gang med at udvikle løsninger på lagringsområdet. En af hovedudfordringerne er også her at gøre produktionen af batterierne billige nok til, at det hele kan løbe rundt, fortæller han.   

Hvis det lykkes for forskerne at få enderne til at mødes med både lagring og solceller, så er der på et teoretisk plan mulighed for, at Danmark kunne køre på solenergi, fortæller Dezso Sera.

»Danmark kunne i teorien godt få dækket vores elektricitetsbehov 100 procent af energi fra solceller placeret på dansk jord. Det er dog meget teoretisk, fordi det ville kræve en virkelig stor lagringskapacitet, og sandsynligvis ville det være nødvendigt at supplere med vindenergi,« siger han.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.