Skip to main content
Genanvendelse

Solceller skal designes til bæredygtighed

Tungmetallet bly og stærk polymer bruges i solceller, men grønne teknologier bør designes til genanvendelse, påpeger forsker i innovation. Organiske solceller er et godt eksempel på en helt ny generation af grøn teknologi, hvor bæredygtighed er tænkt ind fra begyndelsen.

Af Birgitte Dalgaard, , 01-03-2021

Solcelleparker skyder op overalt. Blandt andet sørger fem forskellige solcelleparker for, at Googles nye datacenter nær Fredericia bliver CO 2-neutralt

Energinet har kendskab til nye, mulige solcelleprojekter med en samlet kapacitet på op til 16 gigawatt. Til sammenligning er den nuværende danske vindmøllekapacitet på cirka 6 gigawatt.

Hvad indeholder solceller?

De solceller, som sælges i dag, er typisk baseret på mono- og polykrystallinsk silicium. Når man skal genanvende solcellepaneler, er det vigtigt at vide, hvilke materialer de indeholder:

  • Glas: 78 procent
  • EVA-polymerlaminering: 10 procent
  • Polyester: 7 procent
  • Silicium: 4 procent
  • Sølv: 0,4 procent
  • Kobber: 0,3 procent

(Cirkatal i procent af den samlede vægt, kilde: solcelle.dk)

Blyindholdet estimeres til at være 20 mg/W.
(Kilde: Institute of Photovoltaics, University of Stuttgart)

Men hvad sker der med den kæmpestore mængde solpaneler, når de ikke længere fungerer effektivt og skal skrottes? Det Internationale Agentur for Vedvarende Energi estimerer, at der i 2050 vil være 78 millioner ton solcelleaffald i verden.

– 85 procent af det materiale, som bruges til solcellerne kan genanvendes i dag, siger forsker i bæredygtig design og innovation, Lykke Margot Ricard fra Institut for Teknologi og Innovation på Syddansk Universitet:

– Men hvis man kunne finde en måde at opløse det utroligt stærke polymer-laminering mellem glas og solceller, så vil man kunne genanvende mere silicium og glas i hele og adskilte fraktioner. Den stærke polymer bruges for at sikre, at solcellepanelerne kan holde i al slags vejr, men det gør det samtidig umuligt at splitte delene ad i en genanvendelsesproces. Derfor er man i dag nødt til at sende materiale til nedknusning.

– Hvis man derudover undgik tungmetaller som bly og cadmium, så er min vurdering, at man kunne genanvende 95-98 procent af materialerne, siger Lykke Margot Ricard.

Giftigt bly i solceller

Bly er et giftigt tungmetal, der ophobes i naturen og i mennesker. Derfor har EU også forbudt bly i alle elektronikprodukter med én undtagelse, nemlig solceller.

I følge bladet PV Magazine, som er et førende internationalt uafhængigt solcellemagasin, indeholder et typisk 60-celle krystallinsk silicium solcellemodul produceret i dag op til 12 gram bly (artiklen er fra oktober 2019).

– Jeg kan ikke med sikkerhed sige, hvor mange producenter, der anvender bly i dag, men EU burde overveje, om det stadig er nødvendigt at undtage solceller fra reglen. Det er efter min bedste overbevisning helt unødvendigt at anvende bly i solceller - i hvert fald i lodningerne, hvor elektronik- og bilindustrien senest har vist os, at det er muligt at lave lodninger uden bly i bilbatterier, siger Lykke Margot Ricard og indskyder:

– Det skubber heller ikke ligefrem på innovation og udvikling af nye løsninger at have den undtagelse.

Det er efter min bedste overbevisning helt unødvendigt at anvende bly i solceller

Lykke Margot Ricard, lektor

Og artiklen i PV Magazine bakker hende op; Der er flere alternativer, der fuldstændigt erstatter bly, men problemet er, at producenterne ikke er motiverede for at skifte bly ud med dyrere løsninger, så længe det er lovligt at anvende bly.

Lykke Margot Ricard gør opmærksom på, at undtagelsen i EU-lovgivningen stammer fra en anden tid, hvor solenergien skulle konkurrere mod fossile brændsler på pris, effektivitet - og ikke mindst holdbarhed, som har været afgørende for at tiltrække investorer.

Fokus på genanvendelse

Men nu er tiden en helt anden. Vi er ikke længere tilfredse med, at teknologier som vindmøller og solceller giver os grøn energi. Vi er også opmærksomme på, at når teknologierne skrottes, skal materialerne indgå i cirkulære materialestrømme.

Vi ser et paradigmeskifte. Siliciumsolceller er designet til at være holdbare, men når vi taler om cirkulær økonomi og har fokus på naturens ressourcer, ser vi et behov for at designe til bæredygtighed.

– Så kan det godt være, at solcellerne ikke holder lige så længe - men det opvejes af, at deres materialer kan bruges i nye produkter.

For organiske solceller er bæredygtighed et princip, der går igen i hele udviklingsforløbet

Morten Madsen, professor

Lykke Margot Ricard peger på sin kollega, professor Morten Madsen. Han leder forskningsgruppen OPV Group, som er længst fremme med at udvikle organiske solceller. Forskerne håber, at organiske solceller på sigt vil erstatte siliciumsolceller, blandt andet fordi de er bæredygtige.

– For organiske solceller er bæredygtighed et princip, der går igen i hele udviklingsforløbet, understreger professor Morten Madsen fra Mads Clausen Instituttet:

– Vi undgår helt tungmetaller og giftige materialer. Samtidig er vores materialeforbrug meget mindre, og når vi udvikler moduler, kan vi i de underlag, som solcellerne ligger på, anvende bioplast eller andre genanvendelige materialer.

– Med det helt lange sigte har vi endda visioner om udelukkende at anvende bionedbrydeligt materiale, indskyder Morten Madsen og fortæller, at hans kollega Vida Engmann har modtaget fem millioner kroner fra Carlsberg Fondet til at forske i bionedbrydelige materialer.

Helt anden bæredygtighedsliga

Fordi organiske solceller absorberer lyset meget bedre, er de 1000 gange tyndere end siliciumsolceller. Udover et mindre materialeforbrug, giver det også æstetiske fordele. De organiske solceller er bøjelige og kan designes frit i farve og form. Det gør det muligt at designe dem ind i bygninger - og endda i vinduer, uden at de kan ses.

Morten Madsen er ikke i tvivl om, at de organiske solceller er i en helt anden bæredygtighedsliga end de siliciumsolceller, som er førende på markedet i dag, og forskning bakker ham op.

Ifølge en forskningsartikel fra DTU har organiske solceller den laveste energitilbagebetalingstid, altså den tid solcellerne er om at producere den samme mængde energi, som blev brugt til deres fremstilling. Og af alle grønne energiteknologier er organiske solceller den teknologi, som har den laveste CO2-udledning per kilowatt-time.

– For eksempel kræver fremstilling af siliciumsolceller opvarmning til over 1000 grader. Til fremstilling af organiske solceller er den højeste temperatur kun omkring 100 grader, pointerer Morten Madsen.

Design til genanvendelse

Når man har designbrillerne på, som Lykke Margot Ricard har, så ser hun en bevægelse mod, at design til holdbarhed i stadigt større grad må vige til fordel for design til bæredygtighed.

– Fordi sol- og vindenergi er så essentielt for, at vi når klimamålene, har vi en forventning om, at teknologierne også er bæredygtige. Det er de selvfølgelig også relativt i forhold til fossile teknologier, men vi skal hele tiden være kritiske og spørge os selv, om vi ikke kan gøre det lidt bedre;

– Det giver jo ikke nødvendigvis mening at benytte polymer-laminering og tungmetaller for at opnå 25 års holdbarhed inden for teknologier, hvor udviklingen i effektivitet og bæredygtighed går så rasende stærkt, fremhæver Lykke Margot Ricard.

Fordi sol- og vindenergi er så essentielt for, at vi når klimamålene, har vi en forventning om, at teknologierne også er bæredygtige

Lykke Margot Ricard, lektor

Både i forhold til levetid og effektivitet udvikler organiske solceller sig i et hæsblæsende tempo, og der er allerede nu et begyndende kommercielt marked.

CLEAN

Industri, universiteter og offentlige institutioner samarbejder i CLEAN - Danmarks Miljøteknologiklynge om at identificere og udbrede kendskabet til nye tendenser og muligheder inden for miljøteknologi. Lektor Lykke Margot Ricard og professor Morten Madsen sidder i Clean Innovation Board - Materialer, der har fokus på cirkulære og miljømæssige betragtninger inden for: Design, fremstilling, forarbejdning, anvendelse samt genbrug og genanvendelse af materialer.

– Vi samarbejder med flere producenter som i dag sælger organiske solceller, og selvom holdbarheden er mindre end for siliciumsolceller, så bliver forskellen mindre og mindre. Heldigvis har organiske solceller mange andre parametre de kan konkurrere på, så det handler også om nytænkning i forhold til hvad solceller kan tilbyde indenfor design, integration og bæredygtighed, understreger Morten Madsen.

Lykke Margot Ricard er helt enig:

– Siliciumsolceller er designet til at være holdbare, men når vi taler om grøn omstilling, klima og naturens resurser, skal vi designe til bæredygtighed; undgå giftige materialer, bruge færre materialer og sørge for at vi kan adskille materialerne efterfølgende, så de kan genbruges.

– Så kan det godt være, at solcellerne ikke holder lige så længe, men vi må være indstillede på at betale lidt mere for den mest bæredygtige løsning.

(Foto: Colourbox)

Nanopartikler skal få fotosyntesen ind i fremtidens solceller

  • Lektor Vida Engmann fra OPV Group skal i projektet Artplast udvikle solceller af biobaserede halvledermaterialer. Halvlederkomponenter er i dag typisk baseret på silicium.
  • Udarbejdelse af ArtPlast (Artificial chloroPlast = kunstig kloroplast) støttes af bevillinger fra Carlsbergfondet og Danmarks Frie Forksningsfond.
  • ”Dette er en syntetisk platform til bioinspirerede organiske nanopartikler, der benytter fotosyntetiske processer på samme måde som naturen. Disse nanopartikler vil ikke kun være i stand til at levere processer, der kan fremme nye solenergi genererende- samt lagrings-teknologier, men de vil også kunne gøre dette på samme måde som i naturen”, siger Vida Engmann.
Mød forskeren

Lykke Margot Ricard er lektor i innovation ved Institut for Teknologi og Innovation og studieleder på kandidatuddannelsen, civilingeniør i Product Development and Innovation.

Kontakt

Mød forskeren

Morten Madsen er professor, MSO og forskningsleder ved SDU NanoSYD, Mads Clausen Instituttet.

Kontakt

Ansvarlig for siden: SDU Kommunikation

  • SDU Kommunikation Syddansk Universitet
  • Campusvej 55
  • Odense M - DK-5230
Redaktionen afsluttet: 01.03.2021