Möjligheter och begränsningar med färgade solceller

2019-07-15 14:06

Solceller har länge varit ett lovande alternativ för elproduktion, men har hittills begränsats av kostnader och effektivitet. För större installationer har man för några år sedan kunnat nå samma pris som för det rörliga elpriset och sedan 2002 har solcellsinstallationerna fördubblats för varje år som gått. Det är framförallt kostnaden som har minskat. Samtidigt har solceller blivit beskyllda för att inte vara särskilt estetiskt tilltalande, förutom möjligtvis för teknikintresserade. Och så finns det där problemet att de tar plats. Den här artikeln ger en snabb överblick av möjligheter, men även begränsningar med färgade solceller.

Integrerade solceller tar mindre plats men behöver inte vara estetiskt tilltalande
Det där med diskreta solceller kan vara av yttersta vikt vid renovering av äldre fastigheter, där man behöver ta särskild hänsyn till byggnadens kulturvärde. Då har byggnadsintegrerade solceller många fördelar:

  1. de är integrerade och på så vis mindre iögonfallande
  2. de tar ingen plats som skulle använts till annat
  3. de finns nära elanvändarna och
  4. elproduktionen blir decentraliserad, vilket gör oss mindre sårbara för naturkatastrofer och sabotage

Det finns dock en del utmaningar. Bara för att solceller är integrerade betyder inte det att de är diskreta eller estetiskt tilltalande.

Estetiska möjligheter med färgade solceller - men effektiviteten påverkas
Möjligheterna att göra färgade solceller är många, men det man måste vara medveten om är att så fort man stoppar någon våglängd i ljuset från att nå solcellen så minskar effektiviteten. Låt oss ta ett exempel. Många drömmer om helt  genomskinliga solceller, men i själva verket är det en mardröm om man vill konstruera en effektiv solcell. För att en solcell ska kunna bli helt transparent får inget av de material som ingår i solcellen absorbera någon avsevärd mängd ljus i de synliga våglängderna. Resultatet av det blir att man förlorar nästan hälften av solens energi. Färgade solceller måste samspela med det synliga ljuset för att vi ska uppfatta det som färgat. Därmed minskar solcellens effektivitet om man justerar den färg som halvledarmaterialet har naturligt vilket således också kan påverka effektiviteten.

Olika metoder för att färga solceller
Man kan färga solceller med olika metoder: genom absorption, spridning eller reflektion av synligt ljus. Absorption och spridning av ljus ger en ganska svag färgning som dessutom fungerar bäst då solcellen är genomskinlig, medan reflektion ger en starkare färg. Om man vill ändra färgen på solcellerna för att de ska passa in finns många olika möjligheter:

  1. Ändra halvledarmaterialet
  2. Modifiera tjockleken på den anti-reflektiva beläggningen
  3. Infärgning av laminatet
  4. Infärgning av täckglaset
  5. Strukturell färgning

Ändring av halvledarmaterial är kanske det enklaste men påverkar samtidigt livslängd och effektivitet. Solceller med kisel är fortfarande det halvledarmaterial som dominerar på marknaden och det är förhållandevis effektivt. Utöver det finns det en rad andra alternativ som sammanfattas i figuren här nedan:


Flest färgvarianter med Grätzel-solceller
Det halvledarmaterial som ger flest färgmöjligheter är förmodligen Grätzel-solceller. Modifiering av tjockleken på den anti-reflektiva beläggningen ger många möjligheter men tenderar att vara ganska dyrt och man förlorar cirka 15-30 procents effektivitet. Infärgning av laminat är enkelt och det finns gott om färger att välja på, men det fungerar bäst då solcellerna är transparenta eftersom det inte är baserat på reflektion. Infärgning av täckglas är egentligen ganska enkelt och varierbart, men på grund av att planglas är massproducerat och det färgade glaset inte är speciellt efterfrågat, produceras enbart ett mindre antal färger. Eftersom glaset är transparent och infärgningen baseras sig på absorption är färgerna bleka.

Det sista alternativet, strukturell färgning, är inspirerat av ett naturligt förekommande fenomen som till exempel Ara-papegojor har i sin intensivt färgade fjäderskrud. Strukturell färgning kan bildas då man har en yta med höjdvariationer på nanometernivå som då ger ett optiskt fenomen. Denna färgning kan ge väldigt stark färg och samtidigt en god ljusgenomsläpplighet, genom att man endast reflekterar ett färre antal våglängder. Man ska dock vara medveten om att även strukturell färgning ger en lägre effektivitet och är en relativt ny teknik vilket gör den dyrare i dagsläget.

Exempel på en mycket stor installation av strukturellt färgade solceller kan man se på RISE testanläggning Awitar i Borås.

Utmaningar med att få solceller att smälta in i omgivande miljö
Den största utmaningen med färgade och byggnadsintegrerade solceller är kostnaden. Det går dock i vissa fall att räkna hem ekonomiskt, men det beror då framförallt på kostnaden på det byggmaterial som ersätts av byggintegrerade solceller. Ett råd
är att ta hjälp från någon som är kunnig inom solcellsområdet tidigt i projektet för att installationen ska bli så bra och lönsam som möjligt.

Färgade solceller är en kompromiss mellan kostnad och estetik. Möjligheten att anpassa solcellers utseende ökar chansen att de blir allmänt accepterade, oavsett om man har en fastighet på landet eller i stan. Att installera solceller måste få kosta lite
mer då det är en viktig pusselbit i omställningen för att klara vår energiförsörjning med förnyelsebara energikällor. Byggintegrering är i de flesta fall mer kostnadseffektivt för nybyggnation än för renovering.

Text: Stefan Karlsson, RISE

Artikeln finns publicerad i tidningen GLAS

Skriv ut sidan