Pionjärerna banade väg för solenergiboomen

2019-01-01 06:00  

De första solcellerna från slutet av 1800-talet var svaga och utan ett tydligt användningsområde. Men tack vare pionjärer som Albert Einstein och Maria Telkes har solkraften kommit att driva rymdfarkoster, bilar, hus och mycket annat.

Solen är ett effektivt och enormt kärnkraftverk 150 miljoner kilometer från jorden – på en enda timme avger den tillräckligt med energi för att täcka världens årliga förbrukning.

1839 upptäckte människan att solens strålar under rätt förutsättningar kan omvandlas till elektricitet. Det kallas för den fotovoltaiska effekten och introducerades av den då 19-årige Edmond Becquerel från Frankrike. Becquerels upptäckt ansågs väldigt intressant av samtiden med samtidigt visste forskarna inte riktigt vad rönen skulle kunna användas till i praktiken.

Under 1800-talets sista decennier blev det allt mer populärt att forska om ljus och energi. 1873 gjorde grundämnet selen sitt intåg i solenergiforskningen, genom engelsmannen Willoughby Smith. Selen är i sig halvledande men Smith upptäckte att ämnets förmåga att leda elektricitet blev ännu bättre om det utsattes för dagsljus.

Tre år senare konstaterade William Grylls Adams och Richard Evans Day att selen till råga på allt kunde alstra elektricitet från ljus. Den el som bildades räckte inte till för att driva elektrisk utrustning men det var ändå ett steg i riktning mot den moderna solcellen: för första gången hade forskare med avstamp i den fotovoltaiska effekten kunnat bevisa att ett fast ämne, utan några rörliga delar inblandade, kan omvandla solljus till elektricitet.

Historiens första solcell uppfanns 1883 av amerikanen Charles Fritts från New York. Cellen bestod av selen omgiven av ett lager guld, men den hade bara en verkningsgrad på runt 1 procent. Fritts solceller fick ta plats på världens första solcellstak som installerades i New York 1884. Det höga priset på solcellerna gjorde dock att de inte fick stor spridning på marknaden.

Läs mer: Passagerarjätten som blev kabelutläggare

På andra sidan Atlanten observerade 1888 den tyske fysikern Wilhelm Hallwachs att negativt laddade metallytor skickar ut elektroner om de utsätts för kortvågigt ljus. Effekten är nära släkt med den fotovoltaiska och döptes först efter Hallwachs men fick senare namnet fotoelektriska effekten.

Snart gav sig en av vetenskapens största namn in i leken: Albert Einstein. 1905 lyckades Einstein förklara mekanismerna bakom just den fotoelektriska effekten, vilket han tilldelades Nobelpriset i fysik för 16 år senare. Einstein hävdade att den fotoelektriska effekten kunde förklaras med hjälp av kvantmekanik och kom med tiden att revolutionera 1900-talets fysik.

Runt sekelskiftet föddes inte bara lysande idéer utan också en av de främsta forskarna inom solenergi-området, Maria Telkes. Hon kom från dåtidens Österrike-Ungern och växte upp i Budapest. Efter att ha tagit sin doktorsexamen i fysikalisk kemi 1924 flyttade hon till USA. 1939 påbörjade Telkes sitt arbete inom solenergi som en del av Solar Energy Conversion Project vid Massachussets Institute of Technology, MIT. Hon var en de första forskarna att introducera praktiska användningsområden för solenergi.

Under Andra världskriget arbetade Maria Telkes för amerikanska staten och lanserade en av sina mest framgångsrika uppfinningar; en soldriven vattendestillator. Destillatorn kunde avsalta havsvatten för att göra det drickbart.

Uppfinningen användes främst i livbåtar men implementerades också i större skala, bland annat på Amerikanska Jungfruöarna där tillgången på färskvatten var både begränsad och opålitlig. Maria Telkes destillator kom också till användning under kriget. Den nyttjades av den amerikanska flottan som ett sätt att rädda liv på sjömän och piloter som blivit beskjutna och hamnat i havet.

Efter andra världskriget jobbade Maria Telkes kvar på MIT och blev docent i metallurgi 1945. I många år experimenterade hon med prototyper för soldrivna spisar som var tillräckligt enkla och billiga för att kunna användas i fattiga och avlägsna områden i världen.

1948 blev hon också den första att uppfinna ett bostadshus som helt värmdes upp med hjälp av solenergi. Hon skapade systemet i samarbete med den amerikanska arkitekten Eleanor Raymond. Huset kallades Dover Sun House och finansierades av skulptören Amelia Peabody. Energin lagrades som smält salt, men systemet höll bara tre säsonger.

Den första praktiskt användbara solcellen utvecklades 1954 av forskare vid Bell Telephone Laboratories och produkten lanserades på marknaden ett år senare. Det var en solcell byggd av kisel – ett ämne som lade grunden till solcellernas stora genombrott. Verkningsgraden hade dessutom sexdubblats i jämförelse med de första solcellerna som introducerats sjuttio år tidigare.

Läs mer: Sputnik var startskottet för rymdkapplöpningen

Kalla krigets rymdkapplöpning kom att spela stor roll för den fortsatta utvecklingen av solceller. Fokus i forskningen vid mitten 1900-talet låg just på att utveckla solceller som kunde användas i rymden på både militära och civila satelliter.

1958 sköts den första satelliten med ett solcellsklätt yttre upp: Vanguard I. Den var den fjärde satelliten i omloppsbana runt jorden men den första som fick elektricitet bara från solens strålar. Genom solcellstekniken kunde tiden i rymden förlängas betydligt. Sex år efter uppskjutningen av Vanguard I tappade amerikanerna kontakten med satelliten men den kretsar fortfarande runt jorden och har idag varit i rymden längre än något annat konstgjort föremål.

Solcellerna fungerade så bra som energikälla inom rymdindustrin att de än idag är en del av rymdprogrammen. Men fokuset på rymden gjorde att priset på solceller under lång tid låg på en hög nivå.

Det ville forskaren Elliot Berman ändra på. Tillsammans med sitt forskarlag hos Exxon arbetade han från 1963 intensivt för att förenkla och förnya tillverkningen. Deras mål var att sänka kostnaderna för produktionen av solceller och göra forskningen tillgänglig för en bredare allmänhet. De fick hjälp på traven av 1970-talets oljekris och den stora kärnkraftsolyckan i Tjernobyl.

1973 grundade Berman "Solar Power Corporation" som ett helägt dotterbolag till Exxon. Priset på solceller pressades från 100 dollar per watt till 20 dollar per watt, och företaget sålde bland annat paneler för bojar till amerikanska kustbevakningen.

Intresset för solceller ökade långsamt men stadigt under 1970- och 1980-talen samtidigt som cellerna blev mindre och billigare. Det gjorde nya soldrivna fordon möjliga.

I juli 1981 flög ett helt soldrivet flygplan, MacCready Solar Challenger, över kanalen från Frankrike till England. Den 5 timmar och 23 minuter långa flygningen var en milstolpe. I bakgrunden fanns forskningsanslag från NASA.

Både regeringar och privatpersoner verkar upptäcka fördelen med energikällan: solceller är tysta, lätta att underhålla, kan installeras nästan var som helst och förbrukar inte något bränsle. På flera håll världen byggs nu storskaliga solcellskraftverk, till exempel i Tyskland, USA, Kina och Indien.

I Sverige har solceller använts sedan 1970-talet, främst på platser som inte går att ansluta till elnätet, till exempel fyrar, båtar och husvagnar.

Idag är solcellernas verkningsgrad 10 till 35 procent. Men forskningen kring förbättringar har inte avstannat. Det forskas kring material som i framtiden skulle kunna ersätta kisel som byggsten för solceller. En möjlighet är grafen - ett billigt, lättillgängligt kolmaterial som ingår i bland annat grafit och som idag används i blyertspennor.

 

Reportaget publicerades i Teknikhistoria nr 9 2018.

Vill du prenumerera på Teknikhistoria? Läs mer här.

Följ Teknikhistoria och Ny Teknik på Facebook.

Matilda Skoglöw

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Aktuellt inom

Debatt