Under de senaste åren har världen bevittnat en anmärkningsvärd förändring mot förnybara energikällor, med solenergi som framträder som en föregångare inom ren energirevolutionen.
Solpaneler, som utnyttjar solens rikliga energi, har genomgått betydande framsteg sedan starten, och de årliga PV-kapacitetstillskotten ökar varje år, med planer på att överträffa naturgas 2026 och kol 2027. Frågan är dock om solpaneler kommer att bli bättre på att fånga solljus, eftersom de kiselbaserade solpanelernas effektivitet för närvarande sträcker sig från cirka 15 % till 20 % av solenergin som omvandlas till användbar energi.
Den här artikeln fördjupar sig i världen av förnybar energi, i synnerhet solpanelsteknik, och utforskar de spännande utsikterna för att förbättra effektiviteten för infångning av solljus.
Solenergi och andra förnybara energikällor
Solenergi är den vanligaste och mest tillgängliga källan till förnybar energi. Enligt uppgifter från International Energy Agency (IEA) genererades nästan 1 300 TWh solcellsenergi 2022, en rekordstor ökning med 270 TWh (upp 26 %). 2022 gick också solenergin över vindproduktionen för första gången i historien och visade den högsta absoluta generationstillväxten av alla förnybara teknologier. Denna generationstillväxt är i linje med vad scenariot för nettonollutsläpp till 2050 förväntar sig för åren 2023 till 2030.
Det nuvarande tillståndet för solpanelseffektivitet
Solpaneler, även kända som fotovoltaiska (PV) paneler, har gjort betydande framsteg i effektivitet under de senaste decennierna. Traditionella kiselbaserade solpaneler har nått en punkt av kommersiell lönsamhet, med många installationer som redan prickar tak och landskap runt om i världen. Effektiviteten hos dessa paneler, som nämndes i inledningen, mätt med deras förmåga att omvandla solljus till elektricitet, varierar vanligtvis från 15 % till 20 %.
Även om dessa siffror är imponerande, fortsätter strävan efter förbättrad effektivitet att vara pågående. Forskare och ingenjörer utforskar kontinuerligt innovativa tekniker för att göra solpaneler ännu mer effektiva, prisvärda och miljövänliga.
Banbrytande solpanelsteknik
Ny design och lager möjliggör högre effektivitet och skörd av mer energi. Medan solceller gjorda av kisel bara omvandlar ett smalt frekvensband av solljus, möjliggör användningen av nyare material bättre absorption av ljuset.
Perovskitsolceller
Perovskit, en kristall av titan och kalcium, är effektivare på att absorbera ljus som ligger närmare infraröd spektrum. Dessa lätta och flexibla celler kan tillverkas med kostnadseffektiva processer, vilket gör dem till ett attraktivt alternativ för framtida solpaneldesigner.
Perovskitsolceller har potentialen att producera högre effektivitet än solceller baserade på kisel. Forskare förbättrar kontinuerligt perovskit-formuleringar för att öka stabilitet och prestanda, vilket potentiellt kan driva effektivitetsnivåerna bortom nuvarande standarder. Bevis för detta återfinns i Schweiz, där forskare vid det schweiziska federala tekniska universitetet (EPFL) och det schweiziska centret för elektronik och mikroteknik (CSEM) framgångsrikt överskred effektivitetsgränsen på 30 % för perovskit-på-kisel tandem-solceller för första gången.
Dessa högeffektiva resultat kommer nu att kräva ytterligare forskning och utveckling för att möjliggöra uppskalning till större ytor och säkerställa att dessa nya celler kan upprätthålla en stabil effektutgång på våra tak och andra platser under en normal livslängd.
– Quentin Jeangros från CSEM
Läs mer om perovskitsolceller i vår artikel om de 5 bästa innovativa solteknologierna.
Tandemsolceller
En lovande väg för att öka solcellers effektivitet involverar utvecklingen av tandemsolceller. Dessa celler staplar två eller flera skikt av olika halvledarmaterial för att fånga in en bredare spektrum av solljus. Det kan inkludera en blandning av för närvarande tillgängliga solceller tillverkade av perovskiter, Si, GaAs, CIGS, osv.
Till exempel, i Tyskland presenterade team från Helmholtz Center Berlin (HZB) och Institutet för solforskning i Hameln (ISFH) PERC (Passiverad Emitter och Bakre Kontakt) fotovoltaiska celler som anses vara de mest effektiva på marknaden, med en maximal verkningsgrad på 23 %. Dock är tyska forskare övertygade om att de nya tandem PERC/POLO-cellerna skulle kunna uppnå 29,5 %.
Utanför Europa har forskare i Saudiarabien utvecklat en ny typ av solcell som slagit rekordet för högsta verkningsgrad med en oöverträffad nivå på 33,7 %. Det är en tandemsolcell baserad på kombinationen av kisel och perovskit. Medan kisel-skiktet absorberar och omvandlar mestadels infrarött ljus till elektricitet, absorberar perovskit-skiktet synligt ljus, vilket gör det mer effektivt än konventionella celler.
”Vi hoppas att vårt nya resultat kommer att bidra till att accelerera övergången till grön energi.”
– Erkan Aydin, forskningsvetare vid King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)
Bifaciala solpaneler
Fotovoltaiska solceller med förmågan att generera elektricitet när de bestrålas på båda sina ytor kallas bifaciala solpaneler. Med andra ord har bifaciala solpaneler förmågan att fånga solljus från båda sidor och utnyttja effektivt solljus som reflekteras från ytor som tak eller mark (observera: de fungerar bäst när de installeras på marknivå). Vissa bifaciala paneler har kapacitet att öka energiproduktionen med upp till 30 %. Den exakta mängden beror på de omgivande miljöförhållandena.
Kvantprick solceller
Forskare utforskar nanoteknikens värld genom att använda halvledarnanostrukturer för solenergi, skapar högeffektiva solpaneler med komplexa nanostrukturer och kvantprickar. En kvantprick solcell är en solcell som använder kvantprickar för att absorbera fotovoltaiskt material.
Enligt National Renewable Energy Laboratory har kvantprickar potentialen att dramatiskt öka (eventuellt till och med fördubbla det i vissa enheter) effektiviteten i att omvandla solljus till elektrisk kraft. Dessa strukturer kan manipulera ljus på nanoskalan, vilket möjliggör bättre absorption och ökad energiomvandlingseffektivitet. När forskningen inom detta område framskrider, kan vi bevittna solpaneler som är kapabla att utnyttja solljus på ett effektivare sätt än någonsin tidigare.
Sammanfattning
Med nya avancerade teknologier och olika typer av solceller kommer solenergi och solpaneler att bli allt mer populära. Utvecklingen av nya solpaneler har förmågan att inte bara förbättra effektiviteten i att fånga solljus, utan också omforma kraftindustrin. Medan världen fortsätter sin övergång mot rena energikällor kommer utvecklingen av solpaneler att vara en del av övergången mot en hållbar och energirik framtid.
