Förbättring av verkningsgraden hos solceller och solpaneler med hjälp av biobaserat material från alger – steg 2

Projektet pågick mellan maj 2020 och augusti 2022.

Det övergripande målet med projektet var att möjliggöra en industriell beläggning med biobaserat material från alger, så kallade frustuler, på solceller- och solpaneler för att komma närmare en produktintroduktion. Detta genom att fortsätta öka den fundamentala förståelsen av frustulernas effekt på solceller och solpaneler, i samarbete med akademiska experter på optik och ytkemi (Chalmers) samt komplettera den kunskapen med samarbeten med industriella partners inom solcellsteknik och industriell beläggningsteknik.

I Steg 1 bekräftade projektet hypotesen att det med hjälp av frustuler skulle gå att omvandla mer av ljusets energi till elektrisk energi och därmed öka verkningsgraden på kommersiella kiselbaserade solceller, genom att applicera biobaserat material från alger på solcellernas ljusinfångande yta.

Deltagare

Swedish Algae Factory AB, Chalmers tekniska högskola, Stiftelsen Chalmers industriteknik samt Midsummer AB.

Budget

Projektets budget var 4 300 000 SEK.

Därför var detta viktigt

Projektet visade att en naturlig biobaserad struktur kan bidra till teknikförbättringar i en industri som normalt inte förknippas med biobaserade material. På så sätt kunde projektet inspirera mot en miljövänligare biobaserad produktion i industrier där man inte har påbörjat ett arbete mot en biobaserad omställning. Solenergiindustrin är en växande industri som förknippas med miljövänlighet, men där produktionen inte är den miljövänligaste. Detta projekt möjliggjorde en miljövänlig biobaserad effektivitetsförbättring av solpaneler.
Högre effektivitet på solceller resulterar i att solgenererad energi blir mer konkurrenskraftig gentemot fossilbaserad energi, med en minskad användning av fossilbaserade bränslen som följd.
Biobaserade material användes i projektet för att öka utnyttjandegraden av inkommande solstrålning, där biobaserade material gjorde det möjligt att generera mer förnyelsebar energi.

Förväntade resultat

Ett lyckat projektresultat skulle innebära en möjlig produktintroduktion av SAFAB:s frustuler till den globala fotovoltaiska industrin. Vid en lyckad marknadspenetration skulle då omställningen till en biobaserad ekonomi kunna gynnas vilket skulle stärka svensk konkurrenskraft och näringsliv. Globalt skulle effekterna av ett lyckat projektresultat kunnat bli en ökad penetration av förnyelsebar el med minskat utsläpp av växthusgaser som följd.

Samhälleliga förutsättningar och projektets bidrag till en biobaserad samhällsekonomi

Solenergin är central i vår globala omställning från beroendet av fossila bränslen och anses av många vara det förnybara energislag som har störst potential att bidra till att uppnå internationella klimatmål så som Klimat 20301. I en omfattande rapport publicerad i oktober 2019 så beskriver International Energy Agency (IEA) att under de närmaste fem åren så kommer den totala mängden förnybar energi att öka med 50 %. Av den ökningen så förväntas 60 % att komma från solenergi vilket gör det till det klart mest lovande energislaget framför vind-, vatten- och biokraft2.

Den här snabba och kraftiga omställningen till förnyelsebar energi medför även att det pågår intensiv forskning och utveckling för att öka verkningsgraden på solceller. Projektets mål har varit att skapa homogena anti-reflektiva ytbeläggningar av frustuler på solpaneler för att öka solpanelernas effektivitet. Baserat på detta kommer projektets två bidrag i omställningen till en biobaserad samhällsekonomi att vara:

(i) Högre effektivitet på solceller resulterar i att solgenererad energi blir mer konkurrenskraftig gentemot fossilbaserad energi, med en minskad användning av fossilbaserade bränslen som följd.
(ii) Biobaserade material används för att öka utnyttjandegraden av inkommande solstrålning. På så sätt möjliggör biobaserade material att mer förnyelsebar energi kan genereras.
1https://ec.europa.eu/clima/policies/strategies/2030_en
2IEA (2019), ”Renewables 2019”, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/renewables-2019

Konkreta resultat och leverabler

Projektet har varit uppdelat i sex (6) arbetspaket. Resultaten från de olika paketen redovisas nedan:
AP1 – Formulering samt ytbeläggning av frustuler
Inom arbetspaketet har en metod för att dispergera materialet och olika metoder för att skapa en ytbeläggningar på substrat utvecklats. Ett karaktäriseringsverktyg och en testprocedur för snabbt utvecklingsarbete har också utvecklats.
AP2 – Optisk karaktärisering
Projektet har genomfört simuleringar av frustulernas anti-reflekterande egenskaper med goda resultat och projektet har tillgodogjort sig en ökad kunskap kring frustulernas fotoluminiscerande effekter. Transmissionstester på olika beläggningar har genomförts.
Den optiska karaktäriseringen har resulterat i en kravlista på egenskaper en algart ska ha för att vara optimal för ytbeläggning av solpaneler.
AP3 – Industriella beläggningstekniker
En kartläggning av vilka olika industriella beläggningsteknikser som används inom industrin har genomförts.
AP4 – Elektrisk karaktärisering
Elektrisk karaktärisering (IV-tester) har genomförts av Institutt for energitekkink (IFE) i Norge. Resultaten visade på en ökad effektivitet hos paneler med en ytbeläggning av frustuler.
AP5 – Produktionsoptimering
Swedish algae factory har genomfört en produktionsoptimering för att materialet ska kunna dispergeras enklare.
AP6 – Projektledning
Projektet har koordinerats genom möten varannan vecka och eventuella extramöten utefter behov.

Resultatens effekter och potential

Projektet har resulterat i en produktionsoptimering, vilket ger en förändrad produkt, en metod för dispergering av materialet. Detta har även givit positiva effekter för SAFABs kunder inom personal care. Projektet har resulterat i en nyanställning på SAFAB. Den nya personen kommer att leda applikationsområdet solenergi. Projektet har också resulterat i nya nätverk mellan parter i projektets konsortium. Ett tydligt sådant är att Chalmers också kommer vara en del av fortsättningsprojektet för att hitta bättre algarter som finansieras av Energimyndigheten.

Nästa steg

SAFAB har startat upp ett projekt som finansieras av Energimyndigheten (”Kiselalgskal för effektivitetsökning hos solpaneler och solceller”, projektnummer 43227-3). Detta projekt har startats utifrån krav på frustulerna som har tagits fram inom BioInnovationsprojektet. Målet med det Energimyndighetsfinansierade projektet är att hitta algarter som kan bidra till större effektivitetsökningar vid ytbeläggning av solpaneler.