Introduction to solar cells – a literature review

Solenergi er den raskest voksende energiteknologien i verden, og investeringene i solcelleteknologi overgår nå de samlede investeringene i alle andre energiteknologier.
Solceller utnytter den fotovoltaiske effekten, som er en prosess hvor et materiale absorberer lys og direkte konverterer energien i lyset til elektrisk energi. Krystallinsk silisium (c-Si) er det mest brukte materialet for solceller. Det finnes fire viktige cellekonfigurasjoner: PERC (passivated emitter rear contact), IBC (interdigitated back contact), TOPCon (tunneling oxide passivated contact) og HIT (heterojunction with intrinsic thin layer, også kjent som SHJ – silicon heterojunction). Etter å ha dominert markedet i to tiår er PERC-teknologien nå i ferd med å fases ut fordi den ikke er like effektiv som nyere teknologier. TOPCon, som har en effektivitet på 23,2 %, er nå den dominerende solcelleteknologien, men det er IBC som er den mest effektive c-Si-teknologien, med effektivitet helt opp til 23,8 %.
Selv om krystallinsk silisium dominerer solcellemarkedet, kan høyere effektivitet oppnås med galliumarsenid (GaAs). Dette materialet er typisk brukt i tynnfilmceller, og det har en rekordhøy effektivitet på 32,7 %. GaAs er dyrt å produsere, og det er derfor mest brukt til høyeffektivitets-celler for romfart og satellitter. GaAs er imidlertid også velegnet til luftfart og forsvar. Langtrekkende UAV-er drevet av solenergi fra GaAs-moduler kan holde seg i lufta i månedsvis.
Det er mulig å overgå effektiviteten til GaAs-celler med tandemcelleteknologi – flere solceller stablet oppå hverandre for å absorbere en større del av solspektrumet. Dette er sett på som en banebrytende teknologi (disruptive technology) med en teoretisk makseffektivitet på 45 %. Tandemceller er forventet å komme på markedet i 2027.
Organiske solceller er en annen lovende pre-kommersiell solcelleteknologi. Teknologien har fordeler som lav kostnad og vekt, lavt karbonfotavtrykk, høy fleksibilitet, fargejusteringsmulighet-er og semitransparens. Disse egenskapene gjør teknologien spesielt attraktiv for militær bruk.
PV-systemer kan installeres i ulike konfigurasjoner for å optimalisere arealutnyttelsen. Fremvoksende konsepter som agrivoltaikk, flytende PV, vertikal PV og bygningsintegrert PV (BIPV) får stadig større oppmerksomhet. Andre utviklingsområder inkluderer kraftnettstøttende solcelleparker og hybride systemer som kombinerer sol- og vindkraft. I en militær kontekst kan solcelleenergi bidra til økt baseresiliens og operativ beredskap, samtidig som det gir fleksible og mobile energiløsninger som reduserer avhengigheten av drivstoff.
Til tross for at kostnadene for solcellepaneler har falt, har Norge vært tregere enn resten av Europa med å ta i bruk denne teknologien. Kombinert med et batterienergilagringssystem (BESS) kan solcelleanlegg redusere avhengigheten av strømnettet, øke robustheten ved strømbrudd og støtte egenforbruk og beredskap store deler av året. Funnene i denne rapporten fremhever det store potensialet til solenergi. Det norske Forsvaret bør, i samarbeid med FFI’s Strømforsyningsgruppe, undersøke mulighetene for å integrere mer solkraft.