Tosidige solcellepaneler – en snarvei til økt virkningsgrad

Solcellepanel som er i stand til å nyttiggjøre seg sollys som treffer begge sider av panelet har vært en av de viktigere teknologiske endringene i solbransjen de siste årene.

Tekst: Erik Stensrud Marstein

Det er full fart i solbransjen! Også i Norge går det fort: nye tall fra Elhub viser at det innen utgangen av mai i år ble installert like mange solcelleanlegg her til lands som i hele fjor.

Veksten fortsetter, og potensialet for videre utbygging er stort, både på bygg og bakke. Teknologisk utvikling har vært en svært viktig bidragsyter for å gjøre solkraft så konkurransedyktig som den er i dag.

Virkningsgraden til solcellepanelene er en spesielt viktig faktor. Den er med på å bestemme prisen på den produserte solkraften og arealet som må til for å produsere den.

En rask innfasing av tosidige solcellepaneler har vært en av de viktigere teknologiske endringene i solbransjen de siste årene. I denne artikkelen beskriver vi hvordan disse solcellepanelene fungerer, og hva som gjør dem såpass interessante.

Fra Al-BSF til PERC

For å ta det første først: et tosidig solcellepanel er et solcellepanel som er i stand til å nyttiggjøre seg sollys som treffer begge sider av panelet.

Selv om konseptet er gammelt, fikk ikke slike solcellepaneler særlig kommersiell betydning før i de siste få årene. Det hele begynte med en utvikling av solcellearkitekturer med stadig høyere virkningsgrader.

Gjennom store deler av totusentallet var såkalte Aluminum Back Surface Field (Al-BSF)- solceller nærmest enerådende i markedet. Slike solceller var lette å skalere opp til masseproduksjon, relativt billige å fremstille og nådde relativt høye virkningsgrader opp mot 20 % i industriell produksjon.

Navnet til arkitekturen ble gitt på grunn av kontakten på baksiden. Denne var som oftest en heldekkende, trykket kontakt av aluminium som både sikret effektiv oppsamling av den produserte strømmen og reduserte elektroniske tap på baksiden.

I tillegg speilet den stor andel av det ikke-utnyttede sollyset tilbake inn i solcellen. I forhold til tidligere arkitekturer var denne svært vellykket.

Al-BSF-arkitekturen har faktisk en svært stor del av æren for at solcelleanlegg ble konkurransedyktige og nådde store produksjonsvolumer.

Al-BSF-solcellen hadde imidlertid en god del svakheter som gjorde det svært vanskelig å passere grensen for virkningsgrad på 20 % i industriell produksjon.

Så fort en mer lovende arkitektur, såkalte Passivated Emitter Rear Contact (PERC)-solceller, nådde industriell produksjon ble solbransjen vitne til en revolusjon.

Al-BSF-solcellen hadde en markedsandel på 75% så sent som i 2017. I dag er det stort sett bare PERC-solceller som produseres.

Blant de viktigste grunnene til dette var en bedre balanse mellom kostnad og virkningsgrad, samt at man kunne legge om produksjonslinjene i solcellefabrikkene som allerede eksisterte til PERC-produksjon.

To revolusjoner

PERC-solcellen ledet til ikke mindre enn to parallelle revolusjoner. Én er knyttet til materialet som brukes til fremstilling av solcellene: silisiumwaferen.

Mens man tidligere hadde to typer wafere i bruk, såkalt monokrystallinske og multikrystallinske silisiumwafere, er det i dag stort sett bare monokrystallinsk silisiumproduksjon som har overlevd.

PERC-arkitekturen stiller høye krav til materialkvalitet. Samtidig gir den solcelleprodusentene en motivasjon for å betale mer for wafere av høy kvalitet. Dette har vært viktig for de norske produsentene av silisiummaterialer.

Det tosidige solcellepanelet

Den andre revolusjonen kom for mange som en uventet bonus av PERC-arkitekturen.

Al-BSF-solcellen hadde, som nevnt, en heldekkende baksidekontakt av aluminium som var ugjennomtrengelig for sollys. PERC- solcellen kunne imidlertid lages med tynne mønstre av fingerkontakter på begge sider.

Dermed ble det plutselig enkelt å fange sollyset mellom fingerkontaktene fra begge sider. Når det i tillegg var lett å erstatte en ofte hvit, ugjennomsiktig baksidefolie med et gjennomsiktig materiale, ofte glass, var jobben gjort. Billige og effektive tosidige solcellepaneler kunne rulles ut i markedet i stor skala.

Konsekvensene av dette ble fort store. Selv om det aller meste av strømmen i en solcelle tross alt produseres av lys som treffer forsiden, kan baksiden bidra med en ikke ubetydelig boost.

Dersom bakken er lys, eller har høy albedo, vil mer av sollyset som treffer bakken rundt solcellepanelet kunne reflekteres til solcellepanelets bakside.

Denne økte produksjonen gjør tosidige solcellepaneler attraktive i mange prosjekter.

Selv om tosidige solcellepaneler også er relativt nye i markedet, er de allerede i ferd med å bli mainstream. Det er ikke lenge før minst halvparten av verdens solcellepaneler er av denne typen. De aller fleste vil brukes i større solkraftverk.

For oss i Norge er de spesielt interessante om vinteren. Snø har en svært høy albedoverdi.

Tosidige solcellepaneler i bygg

Allikevel er også slike solcellepaneler i ferd med å bli viktige både på og i bygg.

For det første åpner produksjonsteknologien til tosidige solcellepaneler opp for å lage gjennomsiktige paneler til glassfasader og glasstak på en billigere måte enn tidligere, noe som kan gi nye generasjoner av bygningsintegrerte solcellepaneler.

Den samme konstruksjonen kan også brukes til å produsere blant annet rekkverk som også fungerer som solcellepaneler, noe vi ser i produksjon i Norge hos Sagstuen.

I Norge har vi også fremoverlente produsenter som har vist at tosidige solcellepaneler kan brukes på tak.

Enten kan de plasseres over lyse takmaterialer som sikrer høy albedo og derfor høy produksjon hele året, slik Isola har demonstrert. Eller man kan lage solcellepaneler som kan monteres vertikalt, slik Over Easy gjør, og kombinere disse med for eksempel grønne tak.

Tosidige solcellepaneler har tatt solbransjen med storm. Selv om de aller fleste finner veien til større solparker, finner vi flere innovative løsninger som er tilpasset bruk i bygninger.

Om forfatteren

  • Erik Stensrud Marstein er Forskningssjef i solenergi ved Institutt for Energi- teknikk (IFE), Professor II i solcelle-teknologi ved Universitetet i Oslo og Direktør i forskningssenteret FME SUSOLTECH (Research Center for Sustainable Solar Cell Technology).
  • FME SUSOLTECH er et forskningssenter som samler mange av de viktigste aktørene innen solcelleteknologi i Norge fra forskning og næring.

Siste innlegg

Foto av Wergeland hageby

Wergeland hageby vant Bergen kommunes arkitektur- og byformingspris 2021

Juryen skriver: “et eksempel på et svært vellykket fortettingsprosjekt i et sentralt etablert boligområde i nær tilknytning til bybanestoppet og lokalsenteret”. Det er ellevte gang...