I kommentarer till ett par inlägg på senare tid har synpunkter kommit om förträffligheten hos färgämnessensiterade solceller (Grätzelsolceller). Eftersom mitt svar blir så långt lägger jag in det som ett inlägg denna gång. Detta är som svar på kommentarer till gårdagens inlägg, man kanske bör läsa dessa kommentarer för att man ska förstå sammanhanget.
Långtidsstabilitet. Den gamla SWEREA-referensen ”Long-term stability of low-power dye sensitised solar cells prepared by industrial methods” från 2001 handlar om ”… low-power indoor applications…” och man har använt UV-filter för att få dem stabila enligt “abstract”. Jag diskuterar moduler som används utomhus. Har inte hela artikeln så jag vet inte vad de menar med ”long-term”, men för utomhusbruk ger man 20-25 års effektgarantier på minst 80% av märkeffekten för dagens kommersiella kiselbaserade moduler.
Verkningsgrad. Såg NREL:s diagram på 14,1% labcellverkningsgrad som nytt rekord för “dye-sensitized cells” men hittade inte någon referens i Solar cell efficiency tables (version 41), som håller ordning på olika teknikers verkningsgrad. Jag skulle gärna vilja se källan till dessa 14,1% eftersom det var så stort steg från det tidigare rekordet på ca 12%. Man får komma ihåg att när man producerar en modul blir verkningsgraden alltid lägre än för de små labsolcellerna och det kan ta lång tid innan resultat i forskningsfronten omsätts i kommersiella solcellsprodukter.
Det är ett vanligt misstag att tro att verkningsgraden inte är så viktig, även bland dem som borde veta bättre. Verkningsgraden är mycket viktig för elproduktionskostnaden per kWh, som är det jämförelsetal man bör använda (LCOE = Levelised Cost Of Electricity). Om man installerar en viss yta med två olika tekniker och den ena har låt säga dubbelt så hög verkningsgrad blir elproduktionskostnaden per kWh halverad. Det finns nog ingen solcellsteknik som idag slår kiselbaserade moduler när det gäller elproduktionskostnad per kWh för “normala” tillämpningar. Därför är kiselbaserade solcellsmoduler helt dominerade med en marknadsandel på 89% under 2012 och GTM Research förutspår en fortsatt minskning av marknadsandelen för tunnfilmsteknologierna under 2013. Kiselsolceller kommer därför att vara fortsatt kung på tronen en tid framöver.
Installationskostnad. Modulkostnaden är idag bara 30-40% av systemkostnaden i ett kiselbaserat solcellssystem, därför blir det allt viktigare att minska kostnaderna för det övriga. Om man har en teknik med låt säga halva verkningsgraden jämfört med kiselbaserade moduler blir kostnaden för installationsmaterial fördubblad (fastsättning, kablar), kostnaden för installationsarbetet nästan fördubblad och även frakten påverkas eftersom det behövs dubbelt så stor modulyta för en given installerad effekt. Dessutom kräver systemet dubbelt så stor tak- eller markyta, som kan vara en viktig faktor om man har begränsad takyta och är det på mark kan markytan ha ett pris.
Elproduktion. Om man sätter upp 1 kW kiselbaserade moduler och 1 kW Grätzelmoduler behöver båda systemen dimensioneras för 1 kW toppeffekt. Grätzelsystemet kommer då att producera något mer energi på grund av högre verkningsgrad vid låg solinstrålning, men skillnaden borde inte bli så stor eftersom merparten av energin får man vid hög solinstrålning.
Om man sätter upp system med lika stor ytor kommer det kiselbaserade systemet att producera mera energi vid alla solinstrålningsnivåer av betydelse utomhus på grund av den överlägsna verkningsgraden. Detta baserar jag på mätningar redovisade i det danska examensarbetet “Performance Comparison of a Dye-Sensitized and a Silicon Solar Cell under Idealized and Outdoor Conditions” från 2008, där man jämfört Grätzelsolceller med kiselbaserade, se speciellt diagram 5-53. Där kan se att Grätzelsolcellerna har, jämfört med kiselsolceller, i storleksordningen upp till 30-35% bättre relativ verkningsgrad vid låg solinstrålning. Lägg dock märke till att man normerat mot verkningsgraden vid full solinstrålning, där båda teknikerna är satta till 1. Om kiselsolcellerna börjar på en låt säga 50% (modulverkningsgrad 15% är rätt typisk idag) högre nivå kommer kiselsolcellerna ändå att prestera bättre än Grätzelsolcellerna vid alla relevanta instrålningsnivåer utomhus (>100 W/m2). Därför stämmer inte antagandet i kommentaren: ”Förutsatt då att strömproduktionen i molnig väder uppväger den lägre toppeffekten vid maximalt soligt väder sett på årsbasis”.
När det gäller Exegers (fd NLAB) pilotproduktion av är de väldigt förtegna, hittar inga prestandadata på deras hemsida. Jag skulle vilja se data för
- Moduleffekt
- Modulstorlek
- Modulvikt
- Verkningsgrad för en färdig modul som funktion av solinstrålning och celltemperatur
- Degradering för en modul över tiden vid utomhusbruk
- Modulpris per kW
De enda data jag kunnat hitta är att man i sin pilotfabrik ska kunna producera 20 MW/år med start under 2014. I en artikel i Elektronik-tidningen står
”En av de stora fördelarna med Grätzelsolceller är att de förväntas kunna tillverkas till en bråkdel av priset på dagens kiselsolceller. Nlab Solar räknar med att komma ner i en tillverkningskostnad på några kronor per watt”.
Detta är ingen överdrivet låg kostnad. De bästa kiselbaserade modultillverkarna har idag en tillverkningskostnad för moduler runt 0,5 USD/W = ca 3,3 kr/W med dagens växlingskurs, se nedanstående diagram. Med betydligt lägre verkningsgrad och snabbare degradering är det svårt för dagens Grätzelsolceller att slå kiselbaserade moduler i elproduktionskostnad per kWh. Man får därför sikta på nischer där lägsta elproduktionskostnad och bästa livslängd inte är det viktigaste utan där andra värden, som färg och transparens, är viktigare.
När det gäller Wikipedia-referenserna är de inga absoluta sanningar som ska läsas okritiskt. Fundera på när de skrevs och av vem? Försök hitta källorna till de påståenden som görs. Länken till ”European Union Photovoltaic Roadmap” hänvisar till ”Solar energy in the European Union”, där man bland referenserna ser att roadmap:en är från 2002. Denna är färdig för Antikrundan med tanke på hur mycket som hänt sedan dess i solcellsbranschen och idag helt oanvändbar när det gäller exempelvis prognoser om marknader och priser.