Kraftværker af plastsolceller skal udskiftes hvert andet år

Store kraftværker er noget, som kun bliver skiftet ud med årtiers mellemrum. Sådan tænker de fleste sikkert, når det gælder vindmøller, biomasse-, kul-, vand- eller atomkraftværker. Men med solceller af plast vil DTU’s forskere på Risø gerne udfordre den opfattelse. For plastsolcellers holdbarhed er begrænset til 2-5 år, og effektiviteten ligger på under en tredjedel af, hvad kommercielle solceller baseret på silicium kan præstere.

Men hvorfor overhovedet satse på en teknologi, der ikke holder særlig længe, og som ikke er særlig effektiv?

Professor Frederik C. Krebs fra DTU på Risø Campus ved Institut for Energikonvertering og -lagring har i en årrække forsket i plastsolceller, og han er overbevist om, at plastsolceller inden længe vil slå de konventionelle siliciumbase­rede solceller, når det gælder energi­balancen. Det vil sige, hvor lang tid det tager at producere den energi, som bruges til fremstilling, opsætning, drift, nedtagning og gen­anvendelse af cellerne. Det skyldes to afgørende ting, som kompenserer for den lave effektivitet og korte holdbarhed:

»Da der er tale om plast, er energi­forbruget ved fremstilling og genanvendelse meget lavere end for silicium, som skal smeltes ved me­get høje temperaturer, og som i sin installerede form indeholder meget materiale. Samtidig er vi i stand til at installere solcellerne fem gange så hurtigt som for silicium, og afmonteringen kan ske endnu hurtigere,« siger Frederik C. Krebs.

Netop de to ting kan i det lange løb kompensere for en effektivitet, som i dag ikke overstiger fem procent for massefremstillede plastsolceller.

Teknologiske udfordringer

Frederik C. Krebs erkender dog, at der udestår løsninger på en del udfordringer når det gælder et rent kommercielt anlæg. Siden 2009 har forskerne testet forskellige versioner af solcellerne på udendørs­arealer ved Risø, og i den nyeste version har solceller i 9.360 timer (ca. 1,07 år) produceret el udendørs.

I næste version, som er en del af et projekt kaldet Megawatt (se grafik), skal der installeres celler, som i en rå version – altså før montering – har en tre gange højere arealeffektivitet. Til sammenligning ligger effektiviteten for siliciumceller på mellem 20 og 25 procent.

Lav effektivitet er dog ikke den eneste udfordring ved plastsolceller:

»Vi har blandt andet set, at solcellerne har en tendens til at tiltrække lyn og har også observeret udfordringer med overslag i tynde folier. Det skyldes, at vi kører med 10 kV spænding, hvilket er langt højere end i parker med siliciumsolceller,« siger han.

Den høje spænding bruges, fordi polymer-solceller bliver serieforbundet. I modsætning til siliciumsolceller mister de kun lidt ef­fekt, hvis en del af cellerne bliver overskygget. Derfor kan man serieforbinde dem og dermed holde en høj spænding. Det giver færre elektriske tab, hurtig og nem installation samt billigere og meget færre kabler.

Nyheder om solceller i din indbakke – abonnér på Ingeniørens nyhedsbrev

Dette er også et af kritikpunkterne fra en af verdens førende forskere inden for solceller, australske Martin Green fra universitetet i New South Wales:

»Så høje spændinger er dødbringende, og derfor skal anlægget indhegnes, ikke bare i nogle dage efter installation, men i hele anlæggets levetid,« siger han og pointerer, at problemet er 5-10 gange højere for plastsolceller end for konventionelle solceller. Som andre kritikere af ideen om plastsolceller til kraftvær­ker peger han på, at den type solceller vil være langt bedre egnet i simple forbrugsprodukter, hvor spændingen er lav, og holdbarheden begrænset.

Nye forretningmodeller

På grund af den lave effektivitet kræver polymersolceller også mere plads. På Risø har man beregnet, at en park på 100 MW med dagens teknologi vil fylde fem kvadratkilometer:

»Men jeg tror, at vi kan komme helt ned på under to kvadratkilometer, og så er arealbehovet mindre end for vindmøller,« siger han, men understreger samtidig, at ydelsen for vindmøller er noget højere, da de også producerer om natten.

I det hele taget vil polymersolceller gerne udfordre vores opfattelse af, hvordan et kraftværk ser ud og fungerer – også kommercielt.

For med behovet for en løbende udskiftning af solcellerne skal en investor vænne sig til, at startomkostningen måske ikke er så stor som for et traditionelt kraftværk – men hvad er de faste udgifter under drift, hvor stort skal lageret være, og hvor mange MW skal parken være på?

»Det er nogle af de spørgsmål, vi gerne vil have svar på under Megawatt-projektet,« siger Frederik C. Krebs.