Solenergi kommer til at spille en stor rolle i fremtidens grønne energiforsyning, både lokalt for den enkelte husejer og i form af store anlæg, som skal bidrage til at dække det stigende behov for grøn strøm og varme. Den årlige solstråling på Danmarks landområde er omkring 180 gange større end Danmarks samlede årlige energiforbrug. Det gør solen til en enorm energikilde, som DTU derfor forsker og underviser i, hvordan vi kan udnytte mest optimalt.
I dag bruger vi solenergi i Danmark på to måder – nemlig som solfangere på taget af huse, der kan producere varme og fjernvarme og solceller, der kan producere strøm.
Solen er vores største energikilde, og hvis vi forstår at udnytte den kraft optimalt, ville vi uden problemer kunne forsyne hele verden med energi. I dag kommer kun nogle få procent af verdens energiforsyning fra solenergi. Det tal skal øges for at nå klimamålene.
På DTU arbejder forskerne på at gøre teknologierne bedre og billigere, så solenergi kan blive en afgørende del af det grønne energimiks, der skal gøre os uafhængige af fossile brændstoffer.
Danmark er langt fremme, når det gælder forskning og udvikling i solenergi. På DTU har vi et tæt samarbejde med solindustrien, og vi forsker bl.a. i solvarmeanlæg og integration i bygninger, optimering af anlæg, lagring af energi, bæredygtige materialer til solenergi og udvikling af nye typer solceller.
Lige nu er udfordringerne med solenergi, at solen skinner kun om dagen, og antallet af solskinstimer varierer. Derfor forsker DTU i at finde effektive og billige metoder til at lagre solenergien, indtil vi skal bruge den. En anden udfordring er, de solceller, vi i dag bruger til at producere strøm, er forholdsvis dyre i forhold til deres effektivitet. De omdanner typisk kun 15-20 procent af solenergien til elektricitet. Derfor er der brug for solceller, som både er mere effektive og billigere at fremstille.
Selve produktionen af solcellemoduler sker billigt i fjernøsten, men modulernes andel af de samlede investeringsomkostninger er faldende, og der er mange muligheder for at udvikle nye forretningsmuligheder for Danmark inden for drift og opsætning af solcelleparker.
DTU samarbejder derfor bl.a. med virksomheden European Energy om at udvikle effektive og prisoptimerede solcelleanlæg. Det sker på et testanlæg på DTU Campus på Risø, hvor man tester såkaldte bifacielle fotovoltaiske celler og moduler, som kan høste lysenergi fra begge sider i modsætning til de mest anvendte nemlig mono-facielle solceller. Der er findes ikke lignende testfaciliteter for bifacielle solceller i Europa. Målet er at opnå viden om merydelsen samt eventuelle driftsudfordringer forbundet med brug af bifacielle solceller.
Bifacielle solceller er en teknologi, som i solbranchen opfattes som lovende til at opnå større effekt for de samme installationsomkostninger og dermed til at nedbringe prisen på el i fremtiden.
Solpanelerne er sat på trackersystemer, der følger solen hele dagen, hvilket giver mulighed for at høste mere energi samt udjævne energiproduktionen, så den bliver jævn i løbet af dagen. I solcelleparken på Risø vil man også anvende intelligent designede reflektorer og studere, hvordan hele systemet skal designes for at øge energihøsten mest muligt – gerne 30-50 procent.
Solcelleparken på Risø Campus er på 0.43 MWp.
LÆS OGSÅ: DTU-forskere optimerer ny solcelleteknologi.
En anden ting, som DTU forsker i er, hvordan man kan farve solcelle-modulerne, uden at det går ud over ydeevnen. Energiforbruget i bygninger udgør næsten 40 procent af det samlede energiforbrug i Danmark, og derfor spiller integrering af solceller i bygningsmaterialer en stadig vigtigere rolle i målet om at blive uafhængige af fossile brændsler.
LÆS OGSÅ: Fremtidens solceller kommer i alle farver og mønstre.
Ud over effektive solcelle-moduler forsker DTU i at udvikle nye typer bæredygtige materialer til selve solcellerne. Størstedelen af de almindelige solceller bliver i dag lavet af silicium, fordi dette grundstof findes i sand og er både billigt og bæredygtigt og kan opnå en høj energieffektivitet, hvilket vil sige, at det kan opfange og omdanne mange af solens stråler til strøm. Forskerne på DTU har fx bygget en tyndfilmssolcelle oven på denne teknologi – en såkaldt tandemsolcelle, som kan øge optagelsen af solens stråler og dermed strømproduktionen. En teknologi, der arbejdes på at forfine.
LÆS OGSÅ: DTU-forskere udvikler bæredygtig tandemsolcelle.
DTU forsker også i solceller fremstillet af plast (polymerer). Denne type solceller kræver i sammenligning med konventionelle solceller af silicium et meget mindre ressource- og energiforbrug ved fremstillingen, og cellerne kan fremstilles i stor skala ved hjælp af billige produktionsmetoder kendt fra bl.a. den grafiske industri.
Før plastsolceller bliver kommercielt konkurrencedygtige kræver det en forbedring af deres virkningsgrad (dvs. hvor stor en procentdel af solenergien, de kan omsætte til elektricitet) og deres holdbarhed.
Når det gælder solvarmeanlæg er Danmark verdens førende. Faktisk huser Danmark verdens hidtil største solvarmeanlæg, som blev opført i Silkeborg i 2016. Det kan dække 20 procent af det årlige varmeforbrug i Silkeborg svarende til 4.400 husstande. Ved udgangen af 2017 var der 296 solvarmecentraler (solvarmeanlæg med et solfangerareal større end 500 kvadratmeter) i drift verden over, hvoraf de 111 anlæg var placeret i Danmark.
En af de store udfordringer med solvarme er at lagre energien, fordi solen leverer mest energi om sommeren, hvor vi har mindst brug for den til opvarmning af bygninger. Varmelagring er derfor et stort forskningsområde på DTU. Man forsker bl.a. i en teknologi, der går ud på at langtidslagre energi i saltbatterier med underafkølet natriumacetat-trihydrat. Princippet er kendt fra de små plastikposer med flydende salt, der kan bruges til at holde fingre eller tæer varme i koldt vejr. Når man trykker på en metalskive og frigiver en krystal fra dens overflade, krystalliseres væsken, og under processen opvarmes den.
En anden teknologi handler om lagring af varme i damvarmelagre. Et damvarmelager er en stor, lukket dam, der er isoleret og fyldt med vand, som kan holde på varmen, indtil der er behov for den. DTU forsker i, hvordan damvarmelagre kan udvikles, så de bliver mere pålidelige, prisbillige og langtidsholdbare.
Damvarmelagerteknologien er ikke kun fordelagtig sammen med solvarme, men velegnet i forbindelse med alle typer fjernvarmeanlæg. For tiden er et damvarmelager ved Høje Tåstrup således under opførelse. Lageret vil blive anvendt til korttidslagring og skal bidrage til, at fjernvarme i Københavnsområdet bliver billigere, mere fleksibel og mere bæredygtig. Lageret rummer 70.000 m3 og har en op- og afladningseffekt på 30 MW samt en lagerkapacitet på 3.300 MWh.
Et andet forskningsområde handler om at videreudvikle solfangere, så de bliver bedre og billigere at producere. Heliac ApS har udviklet en ny type solfanger med en linse af en plastfolie, der klæbes på en glasplade. Det fungerer som et forstørrelsesglas, der samler solstrålerne og koncentrerer dem. På den måde genererer solfangerne mere varme end normale solfangere ved høje temperaturniveauer, hvilket forbedrer mulighederne for, at solfangerne kan udvikles til en lavere pris i fremtiden.
De seneste år har været gode solår for Danmark, og elproduktion fra sol har været stigende siden 2011. Der er altså potentiale til at øge strømmen fra solceller markant, men i dag forsyner solcellerne kun vores energinet med fire procent, og man får ikke udnyttet hele potentialet.
DTU har regnet på, hvor stort potentialet ultimativt er for solceller i Danmark. Hvis man udnyttede private hustage, industriens tage og marker fuldstændigt, ville det kunne dække helt op mod 70 procent af den årlige elproduktion. Man kommer dog næppe til at placere solceller alle potentielle steder, men de vil helt sikkert kunne dække en større del af fremtidens el-forbrug ikke mindst, fordi solcellerne hele tiden bliver bedre og mere effektive.
I dag arbejder man på at sætte flere solceller op i Danmark og finde den rigtige kombination med andre vedvarende energikilder samtidig med, at vi bruger energien smart. Ifølge Energistyrelsens Basisfremskrivning 2020 vil solceller stå for henved 15 procent af Danmarks elproduktion i 2030.
Og Ifølge tal fra International Energy Agency forventes det, at solceller vil kunne dække op mod 25 procent af verdens strømforbrug i 2050.
Også i forhold til solvarme har Danmark gode muligheder for at øge kapaciteten til fjernvarme i de kommende år. Forskerne vurderer, at solvarme kan dække 10 procent af Danmarks varmeforbrug i 2030 og 40 procent i 2050, hvis udbygningen af solvarmecentraler med damvarmelagre fortsættes som i perioden 2012-2019. På den måde kan fjernvarmeprisen i stort omfang gøres uafhængig af varierende elpriser og biomassepriser.
Solar DTU er navnet på DTU’s initiativ, der sikrer én indgang til universitetets forskning og rådgivning inden for solenergi.
Solar DTU består af et netværk med syv institutters forskning og udvikling af bl.a. solvarmeanlæg og solceller samt lagring og integration af solenergi i eksisterende energisystemer.
DTU har etableret den første studielinje i Danmark inden for solenergi under kandidatretningen Bæredygtig Energi, fordi branchen får brug for kvalificerede kandidater med forståelse for solenergisystemer.