Formel 1, eller Volvo? Vad betyder verkningsgrad?

Som forskare och ”solcellsprofessor” får jag ofta frågan om när det stora genombrottet för solceller kommer att ske. Mitt svar är att vi befinner oss mitt i det! Forskningen och utvecklingen går fort och i flera länder är solceller det billigaste alternativet för ny el-produktion redan idag räknat i elkostnad/kWh. Över 1 % av jordens el kommer idag från solceller och det ökar snabbt.

En annan vanlig fråga är den om de fantastiska verkningsgrader som man läser om i populärvetenskapliga tidningar, över 40 % har man kommit upp i. Wow! Kanske bäst att vänta några år på att dessa solceller når marknaden? Mitt svar är Nja, så höga verkningsgrader kommer vi inte att se i vanliga produkter.

Vad är då verkningsgrad? Jo, det är kvoten mellan den elektriska effekt som kommer ut ur solcellsmodulen (när man kopplar in den på det mest optimala sättet) och effekten i allt det ljus som träffar ytan. Man använder ett standardiserat ljusspektrum och man mäter när solcellerna är 25 °C. Allt ljus räknas, även det som solcellen inte kan tillgodogöra sig. Det är viktigt. I en stor solcellsmodul skiljer man på apertur-area (eng. aperture area) där man räknar bort kanter, ramar och kontakter och total area, där all yta räknas. För produkter som går att köpa på marknaden, som produceras i stora volymer – likt Volvobilar – är verkningsgraden kvoten mellan den elektriska effekten från solcellsmodulen och effekten från solljuset som träffar hela ytan, även de döda ytor som kanter och kontakter utgör.

När vi forskare jämför verkningsgrader mellan varandra använder vi solcellens yta, men inte kontakter som ligger utanför cellen. Solceller som tas fram i forskning kan liknas vid Formel 1 bilar, de produceras i liten skala, med stort fokus på prestanda och utan någon större hänsyn till kostnader. Formel 1-cellerna är ofta små, 1 kvadratcentimeter, eller till och med mindre än så. Vi brukar också ”pimpa” dem med diverse antireflexskikt och vi optimerar dem med (ibland) komplicerade kontaktstrukturer, som skuggar den aktiva ytan så lite som möjligt. Dessa lab-celler visar hur långt tekniken kan gå och är vettigt ur forskningssynpunkt, eftersom vi kan jämföra resultat med varandra. Vi skickar cellerna till ackrediterade mätinstitut, som gör mätningarna åt oss. Därefter kan vi publicera våra rekord.

Vissa av oss går så långt att de koncentrerar solljuset upp till 500 ggr för att få till de riktigt höga verkningsgraderna. Fysikens lagar säger att ju högre koncentration av solljus, desto högre verkningsgrad. Man kan diskutera om detta är vettigt ur praktisk användarsynpunkt, eftersom koncentration bara fungerar för en del av solljuset och inte alls fungerar molniga dagar. Det blir svårt att jämföra med verklighetens moduler!

Summa summarum: När de lab-solceller som utvecklas idag går in i serieproduktion kan man inte förvänta sig att de når samma verkningsgrad som i labbet. Skillnaden från labbet till serieproduktion är ungefär 3-4 % i absolut verkningsgrad. Det är vad man bör förvänta sig för de tekniker, som är relativt nya, som tunnfilmsteknikerna CdTe och CIGS. Den snabbaste utvecklingen och genombrotten där sker just nu på fabriksgolvet! Multikristallina kiselsolceller från nya fabriker ligger idag över 15 % verkningsgrad räknat i total area och mono-kristallina upp till 20 %. Detta är resultatet av uppskalning och produktionsmognad.

Vänster: Frodeparken i Uppsala, Nordens största solcellsfasad, klädd med tunnfilmssolcellsmoduler. Höger, en 5x5 cm2 stor bit med 16 lab-solceller.

Vänster: Frodeparken i Uppsala, Nordens största solcellsfasad, klädd med tunnfilmssolcellsmoduler. Höger, en 5×5 cm2 stor bit med 16 lab-solceller.

Marika Edoff – Professor i fasta tillståndets elektronik vid Uppsala Universitet

(Redaktionens kommentar: Marika är även en av fyra grundare av solcellsföretaget Solibro som tillhandahållit solcellerna till bland annat Frodeparken)

Läs de andra gästkrönikorna här!

 

Gästkrönika på Solelmässan.se