Den fotoelektriska effekten. Solceller energikälla för framtiden?

Transkript

1 Solceller energikälla för framtiden? Mats Rydehell KanEnergi Sweden AB 1 Den fotoelektriska effekten Den fotoelektriska effekten är att solljus slår ut en elektron ur valensskalet i en metall så att en elektrisk ström bildas 2

2 Vad är en solcellen? En solcell omvandlar solljus direkt till elektricitet Process sker tyst, utan rörliga delar och utan att någonting förbrukas 3 Solcellen från cell till modul Modul Cell Seriekopplade moduler bildar en anläggning 4 2

3 Olika typer av material Kristallint kisel enkristallint, polykristallint Tunnfilmskisel Amorft kisel, micromorph Tunnfilmssolceller CIGS, CdTe Nanokristallina solceller (färgämnessensitiva) Organiska/polymer-solceller 5 Självförsörjande system V Fyrar, radioanl., Fjällstugor, Övervakning Foto: Energibanken 6

4 Nätanslutna system Kräver växelriktare Tak- och fasadbeklädnad, Solskydd 7 Solcellens användningsområden Kalkylatorer Rymdtillämpningar Här startade det. Radiolänkstation i Kina Sjukhus i Mocambique 8

5 Solcellens användningsområden Halvtransparenta i fönster Fasadintegrerat Manhattan Solcellssegel Solcell på fyr 9 Solcellen i Sverige Båtar, husvagnar, fritidshus Fyrar & radiolänkar Katodiskt korrosionsskydd (stolpar) Holmen, Stockholm Men också: IKEA Hammarby Sjöstad Kristianstad Göteborgs Energi Universeum Ullevi? IKEA TOTALT: 3,9 MW t (ca 4 fotbollsplaner) 10

6 Applikationer från Sverige Solcellsdriven belysning på enskild väg Belysning till hållplatser Cellux AB SunStop AB 11 Energiutbyte 40 m 2 på södervänt tak År m 2 på södervänt tak År kw kwh/år kr 3-4 kr/kwh 6 kw kwh/år kr < 1kr/kWh 12

7 Marknadsutveckling 4 faser % Solcellsförsäljning (MWt/år) Rymdåldern 84% Oljekris & solvision 12% Kommersiella tillämpningar utanför elnätet Soltakprogrammen Källa: Björn Sandén, CTH Kumulativt installerad effekt 1000 MWt Resten av världen Europa Japan USA Totalt År Källa: IEA 14

8 Kumulativt installerad effekt MW Icke-nätanslutna Nätanslutna Totalt ÅR Källa: IEA 15 Hela världen (totalt kw) 17% Japan (totalt kw) 7% Tyskland (totalt kw) USA (totalt kw) 3% 48% 52% 83% 93% 97% Sverige (totalt kw) 5% Nätanslutna solceller [kw] Icke-nätanslutna solceller [kw] 95% Källa: IEA 16

9 Andra länder Land Total installerad kapacitet i de utvalda länderna (MW t ) Indien 86 Kina (inkl. Tibet) Indonesien 5-6 ( SHS) Sydafrika 12 Marocko 7 (2003) Thailand 24,9 Vietnam 1,1 (april 2005) Zimbabwe 4 (1999) Brazil 3 Kenya 3,2 (1999) Nepal 3,1 Malaysia 3 Filipinerna 1,6 Sri Lanka 2,9 ( SHS) Laos 0,3 andra europeiska länder 1 0,7 Källa: EU 17 1 Tjeckien, Slovenien, Malta, Cypern, Ungern, Litauen, Polen, Slovakien, Estland, Lettland, Bulgarien, Rumäninen 7 6 Prisutveckling i Tyskland 5 Euro/Wt År Källa: IEA 18

10 Lärkurvan Källa: W.Hoffman, RWE Schott Solar 19 Fördelning av kostnader Nätanslutna system Icke nätanslutna system Projektering 10% Växelriktare 12% Stativ, kablage mm 12% Projektering 11% Batteri och regulator 22% Stativ, kablage mm 11% Solceller 66% Solceller 56% Källa: Energibanken 20

11 Prisreduktion för solcellssystem i det schweiziska programmet Euro/W t 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Solceller Växelriktare Övrigt Totalt Källa: Energibanken 21 PHOTOWATT(FRA), 22MW, 2% GENERAL ELECTRIC (USA), 25MW, 2% DEUTCHE SOLAR (DEU), 28MW, 2% RWE group, 50MW, 4% ISOFOTON(ESP), 53MW, 4% SANYO(JPN) 65MW 5% Others 205MW 18% SHELL group 72MW 6% TOTAL Production (2004) 1,194MW Q CELLS(DEU) 75MW 6% SHARP(JPN) 324MW 27% BP SOLAR group 94MW 8% MITSUBISI ELECTRIC(JPN) 75MW 6% KYOCERA(JPN) 105MW 9% De största företagen är japanska PV ENERGY SYSTEMS, INC. (PVENERGY.COM) AND THE PV NEWS March 2005 Source : PV NEWS March (Over 95% companies have responded.)

12 Svenska modultillverkare Gällivare Photovoltaics AB (GPV) 11 MWt 2004 (20 MWt år 2005 och ca 30 MWt år 2006) Tyska Solar World AG ArcticSolar AB 6 MWt under 2004 (lika stor produktion under 2005 och 2006) Tyska och finska ägare ScanModule AB 5 MWt under 2004 (14 MWt under 2005, 35 MWt 2006, 44 MWt 2007) Norska ägare PV Enterprise Sweden AB 4 MWt under 2004 (5 MWt under 2005, 6-8 MWt under 2006) Svenskägt 23 Dessutom Solibro AB (tunnfilmsproduktion baserat på CIGS) Midsummer AB (tunnfilmsproduktion baserat på CIGS) ABB Energibanken & SwitchPower Installatörer som Exergon Skandinaviska AB, Naps Sweden AB och SunWind Energi AB. SPIA! 24

13 30 25 MSEK Stöd till solceller i Sverige Solceller Termisk solel Källa: Energimyndigheten 25 Svenska forskningsmiljöer Uppsala universitet/ångström Solar Centre CIGS, nanokristallina (färgämnessensitiva) solceller 79,3 Mkr (2001 ) KTH Nanokristallina (färgämnessensitiva) solceller 15,8 Mkr (2001 ) Linköpings Universitet Organiska solceller 21,8 Mkr (2001 ) Chalmers Organiska solceller, innovationsstudier 6,9 Mkr (2001 ) 26

14 Svenska forskningsmiljöer Karlstad universitet IVF Organiska solceller 4 Mkr (2001 ) Nanokristallina (färgämnessensitiva) solceller 10,1 Mkr (2001 ) Lunds universitet/vattenfall Koncentrerande system, hybrider (värme/el), byggnadsintegration 7,8 Mkr (2001 ) 27 Resultat från svensk solcellsforskning Verkningsgradsrekord Material Monokisel Multikisel GaAs CIGS CdTe Amorft Si Tunnfilmskisel Cell 24,7 20,3 25,1 19,5 16,5 10,1 11,0 Grupp UNSW FhG-ISE Kopin NREL NREL Kaneka EPFL Modul liten Modul stor 22,7 15,3 16,6 11,7 8,2 4,7 Grupp UNSW Sandia UU- ÅSC 10,7 BP Solar Kaneka Pacific Solar DSC INAP 28

15 Resultat från svensk solcellsforskning Världsbäst på CIGS-solceller Ångström Solar Centre, Uppsala Universitet Solibro AB Bland världens bästa på nanokristallina solceller (forskning) Bland världens bästa på plast/organiska solceller (forskning) 29 Framtiden GW Så tror man i USA Källa: US Industry Road Map 30

16 Framtiden Värde: ca miljarder kr USA (GW) 0,14 2, Europa (GW) 0,15 3, Japan (GW) 0,25 4, World-wide DCP [1] (GW) 1,0 8, World-wide AIP [2] (GW) 1,0 14, [1] DCP står för Dynamic Current Policy Scenario [2] AIP står för Advanced International Policy Scenrio Källa: EU/JRC, euro/kwh 900 h/a 0.6 euro/kwh Kostnadsutv. för solcellsel jämfört med konventionell teknik 1200 h/a 0.3 euro/kwh Källa: A Vision for Photovoltaic Technology, EU,

17 Hinder för utveckling i Sverige Kostnaden Kunskap Stabila ramförutsättningar, stöd Generellt (allmänheten, marknadsaktörer m.fl.); specifikt (installatörer, arkitekter m.fl.) Lärprocessen Regler Inmatning till elnätet 33 Slutsats Idag inte aktuellt som energiproducent i Sverige (för dyr) Utveckling går fort ute i världen Sverige är bra med på några viktiga nischområden Behöver en plattform att lära Marknadsmöjligheterna ENORMA 34

18 Förbättrade resultat avseende kostnadsreduktion verkningsgrad användbarhet Billigare, bättre och nya produkter vidgar marknaden och öppnar nya marknadssegment Tekniken Stimulans i produktion med högre kvalitet och högre kvantitet Marknaden Tekniken utvecklas genom innovationer återkoppling (marknad) FoU investeringar Teknikutveckling Industri Ökad försäljning genom större efterfrågan ökad användning ger feedback Marknadsutveckling 35