Hur effektiva är solceller 2019, och hur ser det ut om tio år?

Sen moderna solceller uppfanns i Bell Labs för 65 år sen har tekniken varit ett skolexempel för hur nya innovationer utvecklas och växer fram i samhället. I takt med att industrin växt har priser gått ner samtidigt som solcellerna blivit bättre och — inte minst — effektivare.

Men vad är status för solcellstekniken år 2019? Här går vi igenom vad verkningsgraden på vanliga solpaneler ligger på idag, vilka tekniker det forskas på, och avslutar med en framtidsspaning om hur det ser ut om 10 år.

Hur effektiva är solpaneler idag?

Att på ett effektivt sätt göra om solens energi till el är inte bara en förutsättning för att producera mycket el på en liten yta; högre verkningsgrad leder även till att alla runtomkringkostnader såsom installationsarbete och övriga komponenter blir billigare.

Köper man ett solcellssystem 2019 är det sannolikt att systemet består av solpaneler med en verkningsgrad på mellan 17 och 19%. (Det motsvarar solpaneler med standardformatet 1 x 1,6 m och med effekttal på mellan 270 och 300 Watt.) Om man lägger till en slant kan man få tag på de mer exklusiva solpanelerna på marknaden med en verkningsgrad på strax över 21%. En rätt makalös utveckling från de ca 12% som vanliga solpaneler låg på för tio år sedan.

Att göra om nästan 20% av solenergin till el låter kanske lite för vissa, men för en teknik som kan produceras storskaligt i fabrik, som i princip är underhållsfri under dess livslängd på ca 30 år, samt kan producera el var som helst, är det inte illa. Jämfört med de växter i naturen som är bäst på att ta till vara på solens energi så är solpaneler dessutom åtminstone tre gånger så effektiva!

Så börjar kommersiella solceller nå gränsen för vad som är möjligt? Mycket tyder på att så inte är fallet.

Vad sker i labben?

Vanligtvis brukar utvecklingen av solcellers verkningsgrad visualiseras med hjälp av denna graf, framtagen av det det amerikanska forskningsinstitutet NREL. Den visar verkningsgrader som uppnåtts i laboratorium för en rad olika solcellstekniker.

Utvecklingen av solcellers verkningsgrad över tid. Källa: NREL.

Med tanke på att kisel dominerar solcellsmarknaden — de utgör över 95% av försäljning globalt — är det den solcellstekniken vi fokuserar på här.

I labb har solceller av kristallint kisel uppnått en verkningsgrad på strax under 27%. Detta gäller själva solcellerna; de solpaneler (moduler med många sammansatta solceller) som uppnår högst verkningsgrad i labb ligger på strax över 24%. Anledningen till att de skiljer sig är bl.a. att en solpanel (i dagsläget) har en del yta som inte producerar el — till exempel modulens ram och ytor runt cellerna — samt att elektriska förluster uppstår i kopplingen mellan cellerna.

Den teoretiskt högsta möjliga verkningsgraden för kiselsolceller är faktiskt inte så långt borta, på strax över 30%. Verkningsgrader över det begränsas av att det fundamentala faktum att solljus innehåller många olika våglängder, och där en solcell av ett visst material bara kan bara ta till vara på en begränsad del av ljuset. Andra solcellsmaterial har liknande begränsningar.

De solcellstekniker som når högre än 30% innebär antingen att ljuset koncentreras eller att solcellen består av flera lager av ljusabsorberande skikt som tar upp olika våglängder av ljuset. Som högst når solceller som kombinerar dessa två aspekter i nuläget upp till en verkningsgrad på hela 46%. Flerskiktssolceller är dock ännu ej kommersiellt gångbara (åtminstone inte på jorden, inom specialtillämpningar i t.ex. rymdindustrin används vissa typer av flerskiktssolceller redan).

Trender inom solcellsutveckling: PERC, perovskit och högre verkningsgrader

Solcellsproducenter och forskare världen över utvecklar febrilt teknik och produktionsprocesser för att möjliggöra att även kommersiella solpaneler ska uppnå (och överträffa) de verkningsgrader som man i dagsläget uppnår i labb. Förbättringar sker på en rad områden, bl.a. genom att öka solcellers förmåga att absorbera ljus, minska andelen “död” yta i paneler samt minimera elektriska förluster.

De tekniker som i dagsläget finns i de mest högpresterande och exklusiva panelerna håller dessutom på att bli mainstream. Ett exempel är “PERC” (Passivated Emitter and Rear Cell), en teknik som i stort sett alla stora modultillverkare använder i vissa av sina paneler. Jämfört med konventionella kiselsolceller har PERC-paneler en annan cellstruktur som gör att de bl.a. är bättre på att ta tillvara på fotonerna i solljuset samtidigt som de underlättar för elektroner att röra sig inom solcellerna.

Det finns även bubblare inom utvecklingen. “Perovskit” är förmodligen det mest hajpade materialet (eller rättare sagt, det är ett samlingsnamn för flera olika material med samma struktur). Potentialen med perovskit utgår framförallt från att materialen som används är billigare att ta fram jämfört med kisel. Det finns även möjlighet till höga verkningsgrader, inte minst genom att kombinera med andra material. Genom att kombinera kiselsolceller med perovskit (dvs en typ av flerskiktssolcell bestående av två skikt) har man till exempel i labb redan lyckats uppnå en verkningsgrad på 28%, alltså högre än den högst uppmätta verkningsgraden för en kiselsolcell. Den stora nackdelen med perovskitsolceller är dock att de i nuläget håller mycket kortare tid än andra typer av solceller.

Solceller som sätts ihop till solpaneler i modulfabriken i värmländska Glava.

Så till frågan: var ligger solpanelers verkningsgrad om tio år?

När ITRPV, en bred samling industriföreträdare och forskningsinstitut, i höstas publicerade en rapport så förutspådde de att verkningsgraden för kommersiella kiselsolpaneler i den lägre prisklassen ligger på strax över 20% år 2027 (alltså om 8 år), jämfört med ca 17% där de ligger idag. Solpaneler i det övre prisskiktet hamnar enligt samma rapport på runt 26% (upp från ca 21%).

Dessa uppskattningar delas av andra med insyn. I det senaste avsnittet av Solcellskollens podcast uppskattade solcellsprofessorn Marika Edoff att verkningsgrader inom tio år ligger runt 21% för de allra vanligaste solpanelerna. De mest effektiva panelerna trodde Marika skulle ligga mellan 25% och 28% — visserligen med antagandet att flerskiktssolceller bestående av perovskit och kisel kommersialiseras.

Så vad ska man göra av denna information? Är det rentav bättre att vänta på ny bättre solcellsteknik innan man går i land med sitt solcellsprojekt?

Tveklöst är det så att solpaneler blir mer och mer effektiva samtidigt som priser går ner. En konkurrensutsatt, allt större, global solcellsindustri gör allt för att förbättra och effektivisera solcellstekniken. Och täcker man taket med solpaneler om tio år så kommer det säkerligen bli mer el till en mindre peng.

Med det sagt är solceller i grund och botten en mogen teknik. De flesta förbättringar som sker är inkrementella förbättringar av befintlig teknik. I form och funktion har en solpanel varit densamma under lång tid, och lär förbli så även framöver. Förmodligen kommer det vara större skillnad på tekniken i den tv man kan köpa om några år jämfört med de som säljs idag!

Att det fortfarande finns relativt stort utrymme att förbättra solcellstekniken är dock goda nyheter, framförallt för alla oss som ser fram emot att solceller fortsätter att utvecklas så att de på kommersiella grunder konkurrerar ut fossila bränslen överallt. Och då räknas varje % i verkningsgrad.