Framtidens energiåtgång. Soljakten Energi från Solen. Alternativen. Energi per ytenhet. Vi behöver alltså 12 TW

Transkript

1 Framtidens energiåtgång Soljakten Energi från Solen WEO 2008 Lars Kloo Tillämpad fysikalisk kemi KTH Kungliga Tekniska högskolan STOCKHOLM 2009: ca. 16 TW, momentan årsjämviktad konsumtionstakt (jfr. 4.1 x J / år) 2050: Uppskattas till minst 28 TW Perspektiv: 1 ny 1 GW kärnreaktor per dag i 30 år MEN, mindre än 1 timmes solljus 2 Alternativen Vi behöver alltså 12 TW Energi per ytenhet Solljus i olika regioner: SE: 871 kwh m -2 yr -1 (= 242 W m -2 ) GE: 1014 kwh m -2 yr -1 ES: 1586 kwh m -2 yr -1 Optimal vinkel i SE: 44 (S): 1079 kwh m -2 yr -1 Perez 2009 Viktig drivkraft: OBEROENDE! 3 4 1

2 Energi från solen DESERTEC Fotosyntesen biomassa - biobränsle Effektivitet < 1% Solvärme: Vattenuppvärmning (hemma): Effektivitet 70% Elektricitet: Konc solljus (CSP), turbiner, etc: Effektivitet 20% Solel (solceller) Direkt omvandling: Effektivitet 20% 5 6 Energi från solen Solcellsteknologier Fotosyntesen biomassa - biobränsle Effektivitet < 1% Solvärme: Vattenuppvärmning (hemma): Effektivitet 70% Elektricitet: Konc solljus (CSP), turbiner, etc: Effektivitet 20% p-cigs Tunnfilm Fast lösning av Cu(In,Ga)Se 2 (1-3 µm) CdTe/CdS Tunnfilm Solel (solceller) Direkt omvandling: Effektivitet 20% Si Amorf, polykristallin eller monokristallin För dyra (idag)! Nya lovande teknologier 7 8 2

3 Kostnads- och effektivitetsökning Grätzel-celler I. Kiselbaserad II. Tunnfilm, CIGS III. Polymera solceller Grätzel-celler Mål: <5 kr/w p eller >20% effektivitet för<1000 kr/m 2 Rådande världsrekord: 15% 9 10 CMD CMD Totalt: >30 forskare

4 Typisk elektrokemisk cell Fotoelektrokemiska solcellen Genomskärning 2 elektroder + elektrolyt Funktion Resistans Färgämne Cellerna Redoxelektrolyt Lab-celler Ledande glas TiO 2 Monolitiska celler (Swerea IVF AB)

5 Fördelar / nackdelar Perfekta Regncellen + - Kökskemi (dvs enkla att tillverka) Billiga (glaset dyrast) Relativt hög effektivitet Fungerar även i diffust ljus (dvs inomhus, då mulet etc) Estetiska! Komplexa, samverkande reaktioner (måste balanseras) Stabilitet Konkurrens från andra tekniker Si-cell DSC-cell DSC-celler: - Mindre effektiva (W) - Mer energetiska (kwh) Tid / h Estetiska! Praktiska? Toyota (Jpn) Sony (Jpn) Dyesol (Aus) G2E (Genèves fpl) Prof. Uchida, Tokyo Univ. (bland 10 bästa av 35 )

6 Inuti Fotoelektroden (del 1) Steg 1: Nanostrukturerad halvledare 300 nm TiO 2 -partiklar, d 25 nm 1 cm 2 innehåller particles (enorm yta nano!) Fotoelektroden (del 2) Färgämne Motelektroden Katalytiskt material Steg 2: Sensiterande färgämne Blyertspenna ger grafit Katalytisk platina (Pt) Grafit Ledande polymerer Nanoporöst kol

7 Elektrolyt (3:e och sista komponenten) Färdig cell Organiskt lösningsmedel (etanol etc.) Upplöst redox-par (vanligen I - /I 3- ) Cellen ger: nästan 0,5 V fotospänning halvtaskig ström ca 0,5% verkningsgrad Spänning V Ström A Teknikens mognad idag På prototypnivå Konsumentelektronik JA DSC-ryggsäckar Storskalig energiproduktion Nej Genombrott behövs! Solglasögon = mobilladdare MEN inom 5-10 år är tekniken redo!!! Förarlösa flygplan med DSC

8 En konsumentprodukt Forskning inom CMD: Detaljerna Överlägsen andra solcellsteknologier i diffust ljus och inomhus Cardiff, Wales. April 5, 2012: G24 Innovations, a pioneer of light energy harvesting the recycling of ambient indoor light to electricity - has achieved ground-breaking efficiency rates for the indoor performance of its Dye-Sensitized Cells. At an average of 26% conversion efficiency, a new cell composition has broken the company s previous record of 15%, already recognised by Texas Instruments Solar Lab as the most efficient indoor light energy harvesting technology on the market. G24i collaborates with Logitech on first light-powered keyboard Logitech Solar Keyboard Folio for third-generation Apple ipad and ipad 2 powered by G24 Innovation s pioneering light energy-harvesting technology First major application of game-changing dye-sensitised photo-electric cells Breakthrough technology set to change the relationship between consumer electronics and the energy they rely upon, allowing product designers to throw away the rule book Forskning inom CMD Design av färgämnen Rekombinations -förluster Ankring av färgämnet

9 Soljakten 2013 Inspirera eleverna! Vad har vi förbisett??? Configuration space Finns det typer av färgämnen som fungerar bättre? Ger blandningar bättre funktion? 33 9