Solcelleanlæg nu og i fremtiden

Transkript

1 Solcelleanlæg nu og i fremtiden Søren Poulsen Seniorkonsulent Teknologisk Institut [email protected] Fra idé til virkelighed Widex

2 Solceller er sexede nu også i Danmark! Udvikling fra 1995 til 2012

3 Teknologisk Institut og Solenergi n Non-profit, godkendt teknologisk service institut, etableret i 1906 n n n Formål: At imødekomme behovene i den industrielle sektor og samfundet som helhed gennem udvikling og udbredelse af teknologisk innovation 900 medarbejdere i 8 divisioner Solenergiaktiviteter under Energi og Klima divisionen n Solvarme test laboratorium siden 1981 n Solcelle test laboratorium siden 1995 Solar test lab, Taastrup

4 Solceller Services & Klienter Educational centres Investors Manufacturers Architects / Engineers Advising Training DTI Analyses Measurements Calculations Research Authorities Installers NGO s Owners

5 Solcellens princip En solcelle konverterer energien i lys direkte til elektrisk energi ved hjælp af den fotovoltaiske effekt (på engelsk forkortet PV) Nul bevægelige dele, nul støj, nul omsætning af stoffer under drift Enhed for elektrisk ydelse: WattPeak Sollysets fotoner får elektronerne til at bevæge sig mod overfladen, og der opstår en spænding

6 Solenergiens potentiale Energien i en times sollys globalt årligt energiforbrug

7 Solindstråling, årlig Danmark: 1000 kwh/m 2 /år på en vandret flade (lidt under det halve af Sahara) og lidt mere, hvis fladen hælder 40 mod syd

8 Solindstråling årsvariation i Dk

9 Årlig solindstråling vs. elforbrug i Dk Totalt areal: km 2 Totalt elforbrug: GWh Hvis genereret af store solfarme på jorden => Ca km 2 landareal påkrævet Elforbrug i en husholdning ca.: kwh => 40 m 2 PV moduler påkrævet

10 Historie n 1839 Den fotovoltaiske effekt opdages af Bequerel n 1905 Einstein udvikler teorien (=> Nobel-prisen) n 1954 Produktion i lab af første celle med "nyttige" effektivitet,η: 4% n 1958 Første satellit med PV, η: 9% n 1960 Rumkapløbet skubber udviklingen, η: 14% n 1963 Sharp begynder industriel produkion af moduler n 1977 Global produkion 0,5 MWp. Rumrejser, batteriopladning, mikro-elektronik n 2011 Global produktion >20 GWp. Nettilsluttede anlæg. MW-farme. η: % (kommercielle moduler)

11 Modularitet celle modul Fra lommeregner til kraftværk felt

12 Anvendelser af PV

13 IEA-PVPS Installeret effekt: Nettilsluttet vs. Ikke-nettilsluttet

14 Der er mange PV-teknologier & -materialer Types of Crystalline Silicon Cells (wafers) Mono (or single) Poly (or multi) Ribbon EFG Sliver 4. Types of Thin-film PV Cells 4.1. Silicon PV Cells Amorphous silicon Nanocrystalline silicon Protocrystalline silicon Monocrystalline silicon Spheral crystalline silicon 4.2. Non-Silicon PV Cells Cadmium telluride Copper indium gallium diselenide Copper indium diselenide Chalcopyrite thin-film 4.3. Semiconductor PV Cells Dye-sensitized thin-film cells 4.4. Organic PV Cells Conducting polymer Semiconducting organic materials Transparent conducting materials Hybrid organic/inorganic semiconductors 4.5. Nanomaterial based PV Cells Carbon Nanotubes Nanowires Quantum Dots 4.6. Flexible substrates based PV Cells 4.7. UV Light PV Cells 4.8. Infra-red PV Cells TOC in business report from ASDReports, Dec. 2009

15 men få kommercielle arbejdsheste Cell types crystalline silicon cells thin layer cells Monocrystalline cells polycrystalline cells amorphous silicon cells polycrystalline POWER cells copper-indium-diselenide (CIS) polycrystalline band cells (EFG, string ribbon, dendritic web) Cadmium-teluride (CdTe) polycrystalline thin-line cells (Apex) dye cells microcrystalline and micromorphous hybrid HIT cells

16 Celleteknologi, globale andele (%). Udvikling fra 1999 til 2010

17 Solcelletyper n 1. Generation: Hovedsageligt baseret på silicium n 2. Generation: Nye tyndfilm materialer (CIGS,CdTe) n 3. Generation: Polymer og organiske solceller n?. Nano? Solcellemaling? Solcelletekstiler?

18 Solcelletyper Wafers (skiver) Typisk 0,3 mm tykke Mono-Si Polyi-Si Poly-Si (string-ribbon) Poly-Si (EfG) Tyndfilm Aktivt lag typisk 0,003 0,008 mm tykke Amorft silicium CI(G)S CdTe + andre typer (GaAs, µsi, PEC/DSC, plastik, )

19 Krystallinsk Si Mono Poly (eller multi) Gennemprøvet teknologi (>50 år) Mest effektive kommercielle teknologi (13 21 %) Dokumenteret meget lang holdbarhed og høj pålidelighed Indeholder kun meget gængse materialer Mange procestrin og højt energiforbrug til fremstilling (For) stort indhold af aktivt materiale (højrent Si), som er meget dyrt Høj temperaturfølsomhed

20 Amorf Si Først udviklede tyndfilms-teknologi Gode lavlysegenskaber Lavt forbrug af aktive materialer (1 % ift. x-si) Lav temperaturfølsomhed Kan laves fleksible Rigelige materiale ressourcer Mindst effektive tyndfilms-teknologi (5 8 %) Degraderer voldsomt de første måneder

21 CI(G)S Copper-Indium-(Gallium)-diSelenide. Lang tid undervejs, men nu flere producenter. Lavt forbrug af aktive materialer (1 % sammenlignet med krystallinsk silicium) (Sandsynligvis) lang levetid P.t. den tynd-film-teknologi med den højeste effektivitet (10-13 %) Kan laves fleksible Flot sort homogent udseende Relativ høj temperaturfølsomhed Indium et relativt sjældent grundstof

22 CdTe (tynd-film) Cadmium-Telluride. Adskillige år under vejs. P.t. én meget stor producent, men flere nye klar til at komme ind på markedet P.t. betragtet som den PV teknologi med de laveste omkostninger Lavt forbrug af aktive materialer (1 % sammenlignet med krystallinsk silicium) (Sandsynligvis) lang levetid Tynd-film teknologi med medium virkningsgrad (10-12%) Homogent mørkt udseende Rimelig lav temperaturfølsomhed Kontroversiel pga. cadmium indhold. Sælges mest til store solfarme, hvor hvert modul trackes Tellurium et relativt sjældent grundstof

23 Polymer solceller (tynd-film) På forskningsstadiet (Risø) Potentiale for meget lave fremstillingsomkostninger (billige materialer, kendte trykketeknikker, lavt energiinput). Er født fleksible og kan nemt skæres til i forskellige former og mønstre Meget lav vægt Meget kort energitilbagebetalingstid Meget lav virkningsgrad (dog potentiale for væsentlig forbedring) Meget kort levetid sammenlignet med dagens arbejdsheste (dog potentiale for væsentlig forbedring)

24 Best Research-Cell

25 Virkningsgrader for kommercielle moduler

26 Energitilbagebetalingstid for PV-moduler Tiderne skal ganges med ca. 1,7 for danske forhold Kilde: IEA-PVPS

27 Kvalitet & garantier for moderne PV-moduler n Design kvalifikation og typegodkendelse, standarder: IEC61215 & IEC61646 n Materiale- og fabrikationsfejl garanti typisk 2 til 5 år (op til 12 år) n Ydelsesgaranti på 90% af den nominelle udgangseffekt i de første til 10 år og 80% i løbet af 25 år... eller endnu bedre =>

28 Global årlig produktion af solceller, MW

29 Global kumulativ installeret solcelle-effekt, MW

30 IEA-PVPS Grid-connected and Off-grid PV-power

31 World-wide cumulative installed capacity

32 PV-moduler, læringskurve for pris

33 Udvikling i detailpris for et solcellemodul

34 PV module, cost-of-goods-sold, forecast Jan. 2011

35 Solar Cell Production & PV Installations (Deutsche Bank Jan. 2011)

36 Crystalline Si-Module cost/wp (Deutsche Bank Jan. 2011)

37 Installation w. Cryst. Si-Module, cost/wp (Deutsche Bank Jan. 2011)

38 Grid parity Source: McKinsey Global Institute

39 Verden ifølge Sarasin Bank (jan. 2012)

40 Konklusioner & perspektiver (globalt) n n n n n n n n PV markedet vil fortsætte med meget stor vækst i en overskuelig fremtid: - Krav til energiforsyningssikkerhed samt klima & miljø - Fordi de er det eneste eller billigste alternativ til elproduktion mange steder men markedet stadig meget afhængig af offentlig støtte til nettilsluttede systemer Priserne reduceres betydeligt: - Mangel på solceller afløst af over-kapacitet på fabrikker - Nye effektive og meget store fabrikker på vej (> 2 GW/år) - Masser af F&U i nye teknologier, forbedring af de gamle, mere effektive produktionsprocesser, genanvendelse af materialer ingen kvantespring, men sindssygt mange små step Mange nye teknologier på vej, men kun få er virkelig rykket til masseproduktion Fleksible høj-kvalitet celler (fx a-si eller CIS) kommercielt tilgængelige, men dyre! Polymer-celler på forskningsstadiet, men har spændende cost-perspectiver Forskellige teknologier vil finde plads i forskellige nicher Inverteren: Et modent produkt med en meget høj effektivitet. Bliver næppe meget billigere. Bliver udbygget med smart-grid funktionalitet

41 Konklusioner & perspektiver (Dansk kontekst) n n n Drivere for dansk udbredelse: - Netparitet nået for husejere, tilbagebetalingstid overskuelig - Løbende skærpelser af energirammekrav i Bygningsreglementet - Stigende elpriser - Stadigt faldende priser på solceller - Banker blåstempler solceller - Flugter med regeringens og kommunernes energipolitik - Tidsånd, image Trusler eller barrierer for dansk udbredelse: - Nettoafregningsordning for private ændres (fx årsafregning til timeafregning) - Hvem skal betale for elnettets D&V? - Kommuner stiller krav til glans!!! :Muligheder for dansk forskning og erhvervsliv - Super avancerede invertere (fx Danfoss Solar Inverters) - Udvikling af billige solcelletyper (fx Risø s polymer eller Sunsils AC-moduler) - Udvikling og eksport af frontviden om smart-grid løsninger

42 Tak for jeres opmærksomhed!