På drygt 40 år har priset på solenergi minskat med 99,6 procent, från över 100 dollar per watt 1976 till drygt 30 cent 2017 och priserna fortsätter nedåt. Dessutom accelererar prisfallet. Bara mellan 2009 och 2017 minskade priset med 80 procent.

Priserna går ner samtidigt som effektiviteten och tillgängligheten går upp. Det här leder till att vi är i inledningen av en revolution för solenergi.

Swansons lag

Den här utvecklingen följer något som kallas för Swansons lag. Detta är observationen att priser på fotovoltaiska moduler tenderar att falla med 20 procent för varje dubblering av kumulativ skeppad volym. Lagen är döpt efter Richard Swanson som är grundare av solpanelstillverkaren SunPower Corporation.

Swansons lag har jämförts med Moores lag som förutspår ökande beräkningskraft i processorer.

Solenergi i Sverige

I Sverige stod solenergin för blygsamma 0,2 procent av den totala elproduktionen enligt den senaste statistiken från 2017, men potentialen är mycket stor. Energimyndigheten uppskattar att andelen kan öka till 14 procent år 2040.

Ungefär 20000 av Sveriges två miljoner villor har solceller på sina tak och totalt uppskattas drygt en miljon villor ha bra takförhållanden för solceller. Utöver det är det allt vanligare att kommersiella fastigheter installeras med solpaneler på taken och allt större anläggningar byggs.

2018 installerades Sveriges hittills största solcellsanläggning vid Säve flygfält strax norr om Göteborg. Den har en installerad effekt på 5,5 megawatt och blev med sina 11 hektar, vilket motsvarar ungefär 16 fotbollsplaner, nära nog dubbelt så stor som tidigare rekordinnehavaren Solsidan i Varberg. Anläggningen är beräknad att leverera minst 5,5 megawattimmar per år. Installationen av de 20000 solpanelerna blev klar på tre månader. Det finns inget annat energislag som går så fort att bygga. Göteborgs Energi, som driver anläggningen, har som målsättning att anlägga solcellsparker med en kapacitet på 10 megawatt fram till 2020.

SolTech Energy är ett svenskt företag som bygger solpaneler som "är taket" och alltså är helt integrerade.
SolTech Energy är ett svenskt företag som bygger solpaneler som "är taket" och alltså är helt integrerade.

I Sverige har antalet företag som ägnar sig åt solenergi ökat kraftigt. Senast i raden är Ikea som kommer att börja sälja solceller för installation i första hand på villatak i Sverige. SolTech Energy är ett annat exempel på ett svenskt bolag som växer inom solenergi. De satsar främst på integrerade och estetiskt tilltalande solpaneler som ”är taket” och inte byggs ovanpå det vanliga taket.

Solceller globalt

Solenergi är nu kommersiellt och ekonomiskt gångbart utan någon form av stöd på många marknader runt om i världen. Från att enbart vara en liten nischmarknad i början av 2000-talet är solceller nu den snabbast växande energikällan globalt. Kina och Indien bygger enorma solcellsparker och Kina är numera den klart största producenten av både solenergiteknik och solel i världen.

Utbyggnadspotentialen globalt är enorm. 2018 genererades 453,5 terawattimmar via solenergi och tillväxten var 28,9 procent. Det installeras ungefär hundra gigawatt per år vilket motsvarar cirka 100 stora kärnkraftverk i effekt.

Tre generationer solceller

Utvecklingen av solceller delas i regel in i tre generationer men upptäckten att solen kan generera elektricitet gjordes redan på 1800-talet. Det dröjde dock till 50-talet innan den första solcellen av kisel byggdes och det är sedan dess utvecklingen har skett i tre generationer.

Kristallina kiselsolceller - generation ett

Kristallina kiselsolceller är den vanligaste typen av solceller vi ser idag och tillhör den första generationen. Den har fått sitt namn av strukturen hos solcellernas kiselatomer som är ordnade likt kristaller. Den här typen av solceller påverkas negativt av värme vilket innebär att de ger mindre ström när de blir riktigt varma. Det här är å andra sidan en fördel för vårt svenska klimat där kiselsolceller kan fungera effektivt tack vare den svalare temperaturen.

Den här typen av solceller finns i två varianter: monokristallina och polykristallina där den förstnämnda är den vanligast förekommande. En stor fördel med den här typen av solceller är att det finns gott om kisel på jorden medan nackdelen är att det krävs mycket energi vid tillverkningen. Kristallina kiselsolceller har något högre verkningsgrad än tunnfilmssolceller, andra generationen solceller, men är också dyrare.

Tunnfilmssolceller - generation två

Tunnfilmssolceller tillhör den andra generationen solceller och har en lägre materialkostnad än kristallina kiselsolceller. De påverkas inte lika negativt av värme som generation ett och fungerar något bättre än kristallina kiselsolceller vid diffust ljus, som exempelvis när solen skyms av molndis.

Den här typen av solceller har fått sitt namn från den tunna film, som placeras på ett bärande material som glas eller plast, som absorberar ljuset. Ett exempel på tunnfilmssolceller är CIGS, som tillverkas av koppar, indium, gallium och selen. De för närvarande bästa tunnfilmssolcellerna tillverkas av galliumarsenid och har en verkningsgrad på cirka 28 procent. De är komplexa och dyra att tillverka och används därför främst i solpaneler i rymden.

Ett 50-tal forskare vid Uppsala universitet och Ångströmlaboratoriet arbetar för att slå två olika världsrekord i verkningsgrad för solceller.

Forskargruppen deltar i EU-projektet Arcigs som samlar 13 olika parter från näringsliv och akademi från fem olika länder. Projektet har beviljats 4,5 miljoner euro på tre år och ska pågå fram till 2019.

Det ena målet är att nå en verkningsgrad på 23 procent med CIGS-solceller. Världsrekordet ligger i dagsläget på 22,6 procent. Forskargruppen ska försöka nå målet genom att göra det ljusabsorberande CIGS-skiktet mycket tunnare. Detta skikt brukar vara mellan 1,5 och två mikrometer tjockt, men forskarna vill få ned tjockleken till ungefär en fjärdedel, det vill säga 500 nanometer. Det här skulle göra det möjligt att tillverka solceller både fortare och billigare.

Perovskit- och Grätzelsolceller - generation tre

Det andra målet för Ångströmlaboratoriet handlar om att använda sig av perovskit, en solcellstyp som än så länge befinner sig på experimentstadiet men har utvecklats enormt fort på kort tid. På bara fem år har verkningsgraden i den här typen av solceller ökat med ungefär 20 procentenheter. Den här snabba utvecklingen beror främst på att det är billigt och enkelt att tillverka små perovskitsolceller. Något renrum med strikta krav på städning, luftfilter och skyddskläder behövs inte.

Perovskit har ett antal mycket lämpliga egenskaper för solceller. Materialet absorberar ljuset effektivt vilket gör det möjligt att ha hundra gånger tunnare skikt än i kiselsolceller. Utöver det leder det elektroner och positiva laddningar på ett bra sätt, samtidigt som det inte är känsligt för defekter. Världsrekordet i verkningsgrad för den här typen av solceller ligger på 22,1.

Så denna typ av solceller är både billigare och effektivare medan nackdelen varit en kortare livslängd. Men forskare har nu upptäkt metoder som ger solcellerna tre gånger så långt liv.

Grätzelsolceller är en annan teknik som bygger på tre delar: titanoxid, ett ljusabsorberande färgämne och en elektrolyt. Processen för att generera elektricitet påminner en del om naturens sätt att skapa energi via fotosyntes. Produktionen av Grätzelsolceller kan liknas vid ett vanligt screentryck i ett tryckeri vilket gör att en av de största fördelarna med den här tekniken är att de troligen kan tillverkas till en bråkdel av priset på dagens kiselsolceller. Det handlar om att komma ner i en tillverkningskostnad på några kronor per watt vilket är tillräckligt billigt för att kunna klä in hela hus, fordon eller elektronisk utrustning av olika slag med solceller. Ytterligare en fördel är att de fungerar minst lika bra när ljuset är svagt, molnigt, dimmigt eller när solen kommer in snett mot solcellen vilket kiselsolceller är känsliga mot.

Många exempel på hög innovationstakt inom solenergiteknik

Svenska Exeger ligger långt fram i utvecklingen av den här tekniken och kan bygga solceller där exempelvis logotyper och annan design kan vara en del av solcellen. Formen och dimensionerna av solcellen kan modifieras och förändras efter vad kunden eller produkten har för specifikationer. Cellerna är böjbara och kan exempelvis integreras i höglurar eller surfplattor.

Exeger, med huvudkontor i Stockholm, bygger solceller som bland annat kan integreras i och ladda hörlurar med hjälp av det omgivande ljuset.
Exeger, med huvudkontor i Stockholm, bygger solceller som bland annat kan integreras i och ladda hörlurar med hjälp av det omgivande ljuset.

Nanotrådar, med en diameter av en tusendels diameter på ett hårstrå är ett annat område det forskas på för att skapa bättre solceller. Högskolan i Halmstad har lyckats skapa högkvalitativa skiktstrukturer på nanonivå. Den här tekniken kan göra det möjligt att utvecklas solceller som är långt mer energieffektiva än dagens.

Ny teknik gör det även möjligt att bygga helt transparenta solpaneler, som kan integrerats i vanliga fönster men också i mobila enheter och bilar. Michigan State University forskar på den här tekniken som absorberar våglängder som inte är synliga för det mänskliga ögat, som infrarött och ultraviolett ljus.

Utöver att generera energi i, till synes, vanliga fönster, utvecklas också teknik som gör det möjligt att lagra den där. Molecular Solar Thermal, eller MOST, är ett system som utvecklas på Chalmers och som gör det möjligt att lagra solenergi i ett flytande medium där energin senare kan frigöras som värme. Tekniken kan appliceras i en transparent film vilket skulle göra det möjligt att exempelvis använda den på insidan av fönster.

Epishine är ett svenskt företag som tillverkar organiska solceller. I fas ett handlar det om små solceller optimerade för att ersätta batterier i uppkopplade enheter som används inom fastighetssektorn. Efter det är steget att integrera solceller i byggnader.

Swedish Algae Factory utvecklar en process och teknik för att odla kiselalger och utvinna dess nanoporösa skal. De har en pilotanläggning för odling av kiselalger på plats i Kungshamn och har börjat sälja det nanoporösa skalet. En fullskalig algodling är planerad till 2020. På lite längre sikt ska skalet bidra till effektivare solceller. Idag används det som rengörare och fuktgivare i hudvårdsbranschen. Tidig forskning visar också att det här materialet kan spela roll inom batteritillämpning. En algkiselskalbaserad anod har potential att öka kapaciteten hos anoden i ett batteri och därmed laddningskapaciteten.

Forskare har också tagit fram en lösning som slår två flugor i en smäll, där en solcellsanläggning både genererar elektricitet och renar vatten samtidigt. Samtidigt som solcellerna skördar solljus och omvandlar det till elektricitet så används värmen från solpanelerna för att förånga vatten. Det förångade vattnet passerar membran som filtrerar ut salt och andra föroreningar och de rena vattnet kondenseras på andra sidan. Enligt forskarna påverkar det inte produktionen av elektricitet.

Sammanfattningsvis pågår intensiv forskning inom solceller och mycket pekar på att kostnadsminskningarna kommer att fortsätta, men också att helt nya typer av celler gör det möjligt att integrera solceller i väldigt många material och ytor och i helt nya lösningar.

Concentrated Solar Power

CSP, eller Concentrated Solar Power, är en effektiv metod för att både fånga in och lagra solenergi. Den här typen av anläggningar, som Noor 3 i Marocko, består av tusentals heliostater, eller speglar, som reflekterar solljus mot ett torn i anläggningens mitt. I tornet hettas en saltblandning upp av den samlade solenergin till drygt 550 grader. Saltblandingen pumpas sedan vidare till en ångturbin som driver en generator. Men saltblandningen kan kan också förvaras i en isolerad tank som gör att solenergin kan lagras i 7-8 timmar och på så sätt användas när solen gått ned.

CSP-anläggningen Noor 3 i Marocko.
CSP-anläggningen Noor 3 i Marocko.

Denna så kallade termiska solkraft skiljer sig från vanliga solceller. Den kräver mycket stora mängder direktverkande sol och passar därför särskilt bra i öknen. Lagringsförmågan gör den här tekniken extra intressant.

Sammanfattningsvis sker en enorm mängd, och tillika ökande mängd, forskning och innovation inom solenergi. Mycket pekar på att en stor del av vårt framtida energibehov kommer att täckas av vår närmaste stjärna.