Tekst: Robert Solli | Illustrasjon: NASA/Wikimedia Commons
Okei, jeg løy. Jeg vil ikke anbefale noen å spise solceller som sandwich eller sammen med pastramien. Så da lurer du kanskje på hva man bruker solcelle-sandwichene til? Hemmeligheten er at «sandwichene» er solceller laget av forskjellige materialer stablet oppå hverandre, lag på lag. Disse kalles stacks. Forskjellen fra tradisjonelle solceller, som består av enkeltmaterialer, er hovedsakelig hvor effektive de er. Det er også en betydelig forskjell i prisen på stack og tradisjonelle solceller. Sistnevnte er ofte laget av silisium, og kan utnytte maksimalt 32 prosent av energien fra sollys. Med «stacks» kan man nå opp til hele 86 prosent. Hvor kommer den store forskjellen fra?
Før jeg begynner å bable bør det sies at sammensetningen av solcellen og materialene som inngår i dem er en artikkel for seg selv. Jeg lar det være i denne teksten med å si at man forandrer materialet ved «doping» slik at strømledning blir mulig. Dopingen av et materiale kan gjøres på to måter, og man bruker begge for å konstruere selv de enkle solcellene som ikke er i «stacks». Sånn, nå kan vi hoppe tilbake på sporet:
Lys i enkle kvanta
Sollys som slipper ned gjennom atmosfæren, har energi som spenner over et vidt gap. Dette gapet svarer til det vi ser som farger. Regnbuer er veldig visuelle eksempler på dette spennet. I solcellen gjøres lysets energi om til strøm når lyspartikler dytter elektroner ut av sin hvileposisjon. Elektroner som dyttes på kalles «eksiterte elektroner», og kan brukes til å lede strøm.Forskjellige grunnstoffer og materialer har ulike energi-gap for den minste energien lyset må ha for å eksitere et elektron.
Regnbuer er visuelle eksempler på dette spennet.
Om energien til det lyset er lavere enn barrieren i materialet, får man ikke til dyttet; og om den er for høy. går mye av energien til spille som varme. Ofte vil også lys med for høy energi seile rett gjennom materialet uten noen interaksjon.
14Si det, du
I silisium tilsvarer dette energi-hoppet den lavere enden av energispekteret til sollys, det vi ser som rødt lys. Det er denne begrensningen som gir opphav til den lave utnyttelsesgraden på 32 prosent. Ergo, med en solcelle laget av kun ett materiale begrenser man delen av sollyset man kan benytte seg av (på fagspråket: Schottky-Queisser-grensen).
Nå kan det hende noen av dere spør dere selv – hvorfor bruker han så mye tid på å snakke om enkle solceller og begrensningene der? Vel, kjære leser, jeg prøver å spikre inn en idé om at hvis man kombinerer forskjellige grunnstoffer og materialer er det mulig å utnytte større deler av spekteret. Det hører dog med til historien at grensene på 86 og 32 prosent er teoretiske, og man har i dag ikke nådd helt opp til disse. For å lage stacks som kan utnytte 86 prosent kreves det at man plasserer et uendelig antall lag oppå hverandre og fokuserer lyset på overflaten. Noe av det samme gjelder solceller av silisium, som kun kan utnytte rundt 25 prosent med dagens teknologi.
If I were a rich man
Teknologien for å produsere solceller i «stacks» har eksistert en god stund, så hvorfor ser vi ikke disse på markedet? Svaret er det samme problemet alle høyteknologi-produkter lider av, nemlig pris. Etter oppdagelsen av solcellen har jaget etter billigere produksjon stått i sentrum. I praksis består alle solcelleinstallasjoner i husholdninger av silisium-paneler. Prisen på slike paneler har sunket kraftig, og er 100 ganger lavere nå enn i 1977. En tilsvarende utvikling for tiden fremover er ikke fullstendig usannsynlig for «stack»-teknologien.
På tross av den høye prisen er det områder hvor effektiviteten definitivt er verdt investeringen allerede i dag: «Mars-rover»-prosjektet er et eksempel hvor slike solceller har blitt anvendt.
Sol inne, sol ute, sol i linsen, sol i sinnet
Både med tradisjonelle solceller og med ny teknologi som stacks, øker effekten massivt med bruk av konsentratorer. En konsentrator fokuserer sollys inn mot en solcelle. Dette kan for eksempel være et sett med speil som reflekterer og fokuserer sollyset på en gruppe solceller. Det finnes også linser kalt fresnel-linser, som er en tynn linse med sirkelformede bølger. De ser litt ut som bølgene som brer seg i vann etter at man kaster en stein ut i det.
Mars-rover-prosjektet er et eksempel hvor slike solceller har blitt anvendt.
Slike linser kan konsentrere lys inntil fem hundre ganger sterkere enn det omgivelsene ellers får. En annen fordel er at de er tynne og kan lages av plast som bidrar til å senke produksjonskostnaden på linsen betraktelig.
Bruk av konsentratorer vil nok være nødvendig for å få brukt stacks til strømproduksjon på en lønnsom måte.
Men hva med oss, da?
For Norge vil nok vannkraft antageligvis forbli den absolutt ledende kilden til energi i tiden fremover. Det lave antallet sol-dager i Norge gjør at prisen for å bygge ut store solkraftverk ofte ikke er verdt investeringen. Vindkraft står som også et godt alternativ for den værbitte kysten vår. Et stort problem med vind og solenergi er lagring av den elektriske energien som blir produsert, i og med at dagene vi får mye sol ofte ikke er dagene vi fyrer hardt på panelovnen.
Investere i en bedre lunsj!
Solenergi er et spennende felt som er i konstant utvikling. Selv om Norge antageligvis ikke kommer til å ha så stor direkte nytte av teknologien vil utvinningen av silisium og forskning på området fortsatt være viktig for fremtiden. Både for oss som teknologinasjon og for å skape arbeidsplasser. Så håper jeg at du har kommet helt hit med meg, og at du med klart sinn kan velge pålegg neste gang du står å lurer på hva som virkelig hører hjemme med pastramien.
Denne teksten er skrevet til minne om mitt kjære søskenbarn Anders Solli Sal som gikk bort 11. Aug 2016. Han var naturvitenskaps-redaktør i Argument, og uten han ville ikke hverken denne artikkelen eller den noe begredelige humoren i den eksistert.
Robert studerer fysikk ved UiO og mener at “klimarealistene” pent har å gi tilbake beskrivelsen “realist” til de som har fortjent den.
