Solåldern – En ljus framtid för mänskligheten

Från förbränning till el direkt från ljus

Energi har alltid varit central för civilisationen. Under en stor del av historien var förbränning den viktigaste energikällan vid sidan av människors och djurs muskelkraft.

Från tidiga smedjor till moderna kraftverk som eldar kol, olja och gas har tekniken blivit mer avancerad. Grundidén är ofta densamma: värme används för att bearbeta material eller driva maskiner, exempelvis genom att omvandla vatten till ånga som driver en turbin.

Solceller erbjuder ett annat sätt att producera el: halvledare omvandlar ljus direkt till elektrisk energi, utan rörliga delar i själva cellen.

Det minskar behovet av mekaniskt underhåll, även om kompletta solenergianläggningar fortfarande har komponenter som behöver underhållas eller bytas ut. Till skillnad från värmekraftverk behöver solceller inte först omvandla värme till mekaniskt arbete.

En enorm tillväxt

Solenergimarknaden har vuxit kraftigt. Den prognos som återges här beräknade en genomsnittlig årlig tillväxt på 15,4% i USA fram till 2030.

Källa: Grand View Research

Utbyggnaden är global, med Kina som en särskilt stor aktör inom både tillverkning och nya projekt.

Kina ökade sin installerade solcellskapacitet med 102,48 GW enbart under första halvåret 2024, enligt landets energimyndighet.

Den snabba utbyggnaden innebar att landet under 2024 var på väg att nå 1 200 GW sammanlagd vind- och solkraft, sex år före målet för 2030.

Källa: Energy Wind Down Media

Utvecklingen fick bland annat The Economist att tala om en ny solenergiålder:

Källa: The Economist

Ett sådant omslag är förstås ingen garanti för hur utvecklingen blir. Det finns till och med en skämtsam idé om «tidskriftsomslagens förbannelse».

På längre sikt kan solenergin ändå få den stora betydelse som omslaget antyder.

Solvärmekraft och solceller

Solenergi kan användas på olika sätt. För elproduktion dominerar solceller, där halvledarmaterial omvandlar infallande ljus till el.

Källa: EIA

Ett annat sätt är koncentrerad solvärmekraft. Speglar koncentrerar solljus till en mottagare som blir mycket varm. Värmen kan användas för elproduktion, och i vissa system också lagras. Alla sådana anläggningar använder inte ett centralt torn.

Källa: University Of Maine

Solvärmekraft har haft svårt att konkurrera ekonomiskt med billigare solceller. Höga temperaturer innebär tekniska utmaningar, och vissa utformningar kan även medföra risker för fåglar och andra miljöeffekter.

Samtidigt har bättre tillverkningsmetoder och stordriftsfördelar pressat kostnaderna för solceller under flera årtionden.

Källa: EIA

Solceller dominerar därför numera utbyggnaden av solbaserad elproduktion.

Från kisel till avancerade solceller

Kiselbaserade solceller står för mer än 90% av den globala solcellsmarknaden.

Källa: EIA

Både flerkristallina och monokristallina kiselsolceller har bidragit till utvecklingen. Monokristallina celler har blivit dominerande tack vare bland annat högre verkningsgrad och förbättrad tillverkning. Högrent polykisel är en råvara även för monokristallina celler, inte bara en beteckning på flerkristallina paneler.

Kiseltekniken fortsätter att utvecklas, men enkla celler har fysikaliska begränsningar. Branschen undersöker därför även andra material, tandemceller och förbättrade konstruktioner.

Källa: Clean Energy Review

Tunnfilm av kadmiumtellurid

Ett alternativ till kristallint kisel är kadmiumtellurid (CdTe). Det är en kommersiellt etablerad tunnfilmsteknik som bland annat används i stora solkraftverk.

Tekniken har flera fördelar men också särskilda material- och miljöfrågor.

Möjliga fördelar är:

• Tillverkningsprocesser som kan ge snabb produktion och konkurrenskraftiga kostnader.
• Ett tunt absorberande skikt. Vikten på hela modulen beror dock även på glas och övrig konstruktion.
• Låga livscykelutsläpp i många jämförelser, även om skillnaden mot kisel varierar med tillverkning och beräkningsmetod.
• Stark ljusabsorption, vilket gör att ett mycket tunt halvledarskikt kan räcka.

Kadmium är giftigt, och material måste hanteras säkert under tillverkning, användning och återvinning. Kadmiumtelluridens egenskaper skiljer sig från rent kadmium; riskerna kan inte bedömas enbart genom att likställa föreningen med dess beståndsdelar.

Tillgången på tellur är en annan fråga. Det är ett relativt sällsynt grundämne som ofta utvinns som biprodukt. Ökad produktion, effektivare materialanvändning och återvinning påverkar hur snabbt tekniken kan skalas upp.

Både resursfrågor och miljörisker gör ansvarsfull hantering under hela produktens livscykel viktig.

CdTe är redan etablerat i storskaliga solkraftverk och är alltså inte begränsat till bärbara enheter eller rymdtillämpningar. Olika tunnfilmstekniker kan också passa särskilda lätta eller flexibla produkter.

Perovskit

Inom solcellsforskning betecknar perovskit en materialfamilj med en viss kristallstruktur. Solcellerna använder ofta halidperovskiter, inte nödvändigtvis mineralet kalciumtitanoxid som gav strukturen dess namn.

Utvecklingen har varit snabb, från tidiga laboratorieceller med låg verkningsgrad till avancerade tandemceller. Ett uppmärksammat resultat var 33,9% för en kisel–perovskit-tandemcell, tillkännagivet i november 2023 av LONGi Green Energy Technology.

Perovskiter kan möjliggöra lösningsbaserad beläggning eller tryckliknande tillverkning vid relativt låga temperaturer. Processerna varierar och sker inte alltid vid rumstemperatur. Fördelen jämfört med vissa kiselprocesser är möjligheten till enklare och mindre energikrävande tillverkning.

De tunna skikten kan användas på flexibla underlag, vilket öppnar för exempelvis lätta moduler på fordon. Genom att kombinera material med olika bandgap kan tandemceller utnyttja solspektrumet bättre och nå högre verkningsgrad.

Hållbarheten är ett viktigt hinder. Fukt, värme, ljus och andra påfrestningar kan försämra cellerna, men det finns ingen enhetlig livslängd på några få år för alla konstruktioner. Bly i många perovskitmaterial kräver också åtgärder mot utsläpp och läckage.

Tekniken var 2024 på väg in i tidig kommersialisering. Tandemceller av kisel och perovskit är en viktig möjlig väg, men uppskalning och långsiktig driftsäkerhet behöver visas.

Kvantprickar och andra kvanteffekter

En viktig forskningsfråga är hur större del av ljusets energi kan omvandlas till el. Kisel absorberar både synligt ljus och delar av det nära infraröda området. Förluster uppstår bland annat när fotoner har för låg energi för bandgapet eller när överskottsenergi blir värme.

Källa: QD Solar

En möjlighet är kvantprickar, nanopartiklar vars optiska egenskaper påverkas av storleken. Upptäckten och syntesen av kvantprickar belönades med kemipriset 2023 (läs vår artikel om kvantprickar).

Kvantprickar undersöks bland annat för att anpassa absorptionen och komplettera andra solcellsmaterial.

Enkla solceller har teoretiska gränser som beror på bandgap och mätförutsättningar. Vissa avancerade flerskikts- eller kvantkoncept kan i teorin överträffa dessa, men en verkningsgrad på 66% är inte en generell egenskap hos kvantprickssolceller eller ett kommersiellt resultat.

Andra avancerade konstruktioner utforskar exempelvis nanostrukturerade resonatorer som koncentrerar ljus till mycket små volymer. Det handlar om forskning, inte om att Casimireffekten i sig skulle vara en etablerad energikälla för solceller.

Avancerade beläggningar

Även utan att byta huvudsakligt halvledarmaterial kan optiska beläggningar och konstruktionsförändringar förbättra en solcells användning av ljus.

Amerikanska SunDensity utvecklar fotoniska beläggningar för att förbättra hur ljus utnyttjas av solceller. Företaget förvärvade kanadensiska QD Solar i juni 2024 och bildade SunDensity Canada. Förvärvet förenade arbete med beläggningar och avancerade solcellsmaterial.

Källa: QD Solar

Paneler med två aktiva sidor och solföljare

Många paneler tar främst emot ljus från en sida. Orientering, lutning och skuggning påverkar därför produktionen.

Paneler med två aktiva sidor, så kallade bifaciala paneler, producerar el från ljus på både fram- och baksidan. De producerar inte ljus. En möjlig installation är vertikala paneler med ytorna mot öster och väster och raderna i nord–sydlig riktning.

En sådan installation kan ha flera fördelar:

• Produktionen förskjuts mot morgon och eftermiddag jämfört med vanliga sydvända paneler, vilket kan minska koncentrationen av produktion mitt på dagen.
• God luftcirkulation kan minska celltemperaturen och därmed värmerelaterade effektförluster.
• Baksidan kan utnyttja ljus som reflekteras från exempelvis ljusa markytor eller snö.
• Morgon- och eftermiddagsproduktion kan vara värdefull när den sammanfaller med högre elpriser eller efterfrågan. Det gäller inte automatiskt i alla elnät och klimat.

Källa: Wikipedia

Bifaciala paneler kan få ökad användning. När stor solproduktion pressar elpriserna mitt på dagen kan en annan produktionsprofil vara ekonomiskt attraktiv. Den så kallade ankkurvan beskriver däremot i första hand hur nettolasten i elnätet förändras, inte själva elpriset.

Källa: Visual Capitalist

En annan möjlighet är solföljare, rörliga stativ som följer solens läge. De kan öka energiutbytet men tillför rörliga delar, kostnader och underhåll. Nyttan beror på plats, väder, mark och konstruktion.

Källa: Nickel Energy Solution

Värme och termofotovoltaik

Temperaturhantering är viktig för vanliga solceller. Deras elektriska effekt minskar typiskt när celltemperaturen stiger. Storleken på effekten beror på material och produkt.

Luftflöde hjälper ofta till att kyla panelerna. Andra system använder cirkulerande vätska bakom panelerna, ibland för att samtidigt ta till vara värme.

Källa: Sustainable Energy Research

Termofotovoltaiska celler är en annan teknik: de omvandlar värmestrålning, ofta infraröd strålning från en het källa, till el. De är särskilt utformade för detta och ska inte förväxlas med vanliga solpaneler som blir varma.

De kan användas i kombination med värmebatterier för att producera elektricitet från lagrad värme.

Flytande solkraft

Källa: RWE

Stora solkraftverk kräver mark. En alternativ placering är vattenytor, där paneler monteras på flytande konstruktioner i stället för på mark eller tak.

Det kan minska konkurrensen om jordbruksmark och under vissa förhållanden bidra till lägre paneltemperaturer. Konstruktion, förankring och påverkan på vattenmiljön behöver samtidigt bedömas.

Agrivoltaik: jordbruk och solkraft tillsammans

Agrivoltaik innebär att jordbruksproduktion och solkraft samsas på samma mark. Grödorna får ljus mellan panelraderna och genom direkt, spridd eller reflekterad strålning; vanliga ogenomskinliga paneler släpper inte bara igenom det ljus de inte absorberar.

Med rätt grödor och utformning kan flera fördelar uppstå:

• Skydd mot alltför stark sol och värmestress för lämpliga grödor.
• Minskad avdunstning och lägre bevattningsbehov i vissa miljöer.
• Dubbel markanvändning som kan minska konkurrensen om jordbruksmark.
• Skugga för betande djur.
• Växternas evapotranspiration kan bidra till att kyla luften nära panelerna.

Källa: Dezeen

I torra miljöer kan skugga underlätta vegetationens tillväxt och minska damm. Men vattenbehov, växtval och rengöringsmetod måste anpassas till platsen. Rengöringsvatten är inte automatiskt lämpligt som bevattning.

Genomförandet kräver ofta samarbete, utbildning och nya arbetssätt hos både jordbrukare och solenergiinstallatörer.

Rymdsolenergi

Markbaserad solkraft producerar ingen el på natten. I områden långt från ekvatorn är produktionen dessutom ofta betydligt lägre under vintern.

Ett föreslaget sätt att hantera detta är att placera solkraftverk i omloppsbana och överföra energi till jorden.

Vissa omloppsbanor skulle ge nästan kontinuerlig tillgång till solljus. Energin skulle kunna överföras till mottagarstationer, men förluster, säkerhet, ekonomi och teknisk genomförbarhet återstår att lösa i stor skala.

Källa: ESA – European Space Agency

Lägre uppskjutningskostnader är en viktig förutsättning. Tillverkning i rymden med material från månen eller asteroider är en mer långsiktig och ännu spekulativ möjlighet.

Vi diskuterar principen, utmaningarna och möjliga aktörer i artikeln «Rymdbaserade energilösningar för kontinuerlig ren energi».

Solens begränsningar

Trots fallande kostnader har solenergi begränsningar som måste hanteras när andelen i energisystemet växer.

Variation mellan dygn och årstider

Produktionen varierar med väder och årstid och upphör på natten. Flera åtgärder kan kombineras, exempelvis lagring, elnät, efterfrågeflexibilitet och andra produktionsslag. Några mer omfattande alternativ är:

• Rymdbaserad elproduktion, ett långsiktigt koncept som ännu inte är kommersiellt etablerat.
• Långväga förbindelser med högspänd likström, HVDC, mellan regioner. Australien–Singapore och Marocko–Storbritannien var exempel på föreslagna projekt, inte färdigställda förbindelser 2024.
• Batterier för att flytta elproduktion mellan timmar och dygn. Lagring över hela årstider kräver andra dimensioner och lösningar; den är inte samma uppgift som att lagra dagens solel till kvällen.

Källa: Canadian Solar

Begränsningar för elektrifiering

El stod omkring denna period för ungefär en femtedel av världens slutliga energianvändning. Mycket energi användes fortfarande som bränslen för transporter, värme och industriprocesser. Kylning drivs däremot ofta redan med el.

Mer solkraft behöver därför kombineras med elektrifiering, energieffektivisering och annan infrastruktur för att minska utsläppen i hela ekonomin.

Det kan bland annat omfatta vätgas eller ammoniak som energibärare, tillsammans med produktionsslag som kärnkraft och geotermi. De kan bidra när solproduktionen är låg. En framtida energimix kan därför innehålla flera kompletterande tekniker.

Geopolitik och beroende av Kina

Kina har en dominerande roll i stora delar av solcellernas leveranskedja, även om bilden skiljer sig mellan olika energitekniker.

Landet står för mycket stora andelar av världens tillverkning av solcellsmoduler, elbilar och batterier.

Källa: Medium

Tillverkningens klimatavtryck beror bland annat på elmixen. Kolkraft i delar av den kinesiska leveranskedjan ger utsläpp, medan andra fabriker använder en större andel förnybar el. Detta måste bedömas över produkternas livscykel.

Källa: Brian Pittock

Internationella konflikter och handelspolitik kan också påverka leveranskedjor och kostnader. Tullar på kinesiskt tillverkade paneler kan förändra konkurrensvillkoren.

Resursbegränsningar

Kisel är vanligt i jordskorpan, men solceller kräver även andra material. Enligt World Silver Survey 2024 använde solcellsindustrin 193,5 miljoner troy ounce silver under 2023, 64% mer än 2022. Det var en betydande del av den globala silvermarknaden.

Källa: Medium

Vanliga kiselsolceller är inte stora användare av sällsynta jordartsmetaller. Vissa alternativa tunnfilmstekniker använder däremot indium, gallium och selen. Materialåtgången och försörjningsriskerna varierar mellan teknikerna.

För perovskitsolceller beror materialbehoven på sammansättningen. Vanliga halidperovskiter innehåller inte titan som huvudbeståndsdel, så mineralnamnet innebär inte i sig ett behov av kraftigt ökad titanproduktion.

Konsekvenser av billig kraft

Investeringar, teknisk utveckling, effektivare materialanvändning och återvinning kan minska många av begränsningarna.

Tillgång till riklig energi utan löpande bränsleförbrukning kan samtidigt ge stora möjligheter.

Decentraliserad energiproduktion

Solkraft kan byggas både som stora centrala anläggningar och som små decentraliserade system.

Lämpliga tak och andra ytor kan användas för lokal elproduktion. Alla sjöar och fält lämpar sig dock inte för installationer.

Lokal produktion och lagring kan stärka försörjningen och minska vissa överföringsbehov. Ett växande elsystem behöver ändå ofta utbyggda nät och samordning; solceller eliminerar inte dessa behov.

Utveckling i fattiga länder

Många låginkomstländer har goda solresurser, särskilt i tropiska och subtropiska områden.

Källa: Allegra Spender

Lägre solcellskostnader kan göra el tillgänglig där bränslen är dyra eller elnäten svagt utbyggda.

Det kan stödja produktiviteten genom belysning, vattenrening, kylning, kommunikation och andra tjänster, förutsatt att systemen finansieras och underhålls.

Lokala nät och fristående system kan komplettera stora elnät. En helt decentraliserad solenergiförsörjning är däremot inte en given eller lämplig lösning för alla länder och verksamheter.

Utvecklingen jämförs ibland med hur mobilnät gjort det möjligt att förbättra kommunikationen utan att först bygga heltäckande fasta telefonnät. Energisystem har dock andra krav på kontinuitet, effekt och lagring.

Riklig och billig energi

Vatten, öken & jordbruk

Om solenergin fortsätter att bli billigare kan fler energikrävande tillämpningar bli ekonomiskt möjliga. Det totala systempriset beror också på nät, lagring och andra kostnader.

Exempelvis kan den driva storskalig avsaltning och förbättra vattenförsörjningen i torra regioner. Öknar och andra torra områden upptar stora delar av jordens landyta, inte en tredjedel av hela jordens yta. Vattenfördelning och hantering av saltlake är också viktiga frågor.

Gruvdrift & metaller

Billigare energi kan även påverka gruvdrift och metallutvinning. Låghaltiga fyndigheter är ibland olönsamma att bearbeta, men energipriset är bara en av flera kostnads- och miljöfaktorer.

Effektivare processer kan förbättra tillgången på exempelvis litium, titan och volfram. Det betyder inte att alla metaller blir lika billiga eller lättillgängliga som stål och aluminium.

Gödsel

Kvävegödsel tillverkas i stor utsträckning med vätgas som framställs ur naturgas. Elbaserad vätgas med låga utsläpp kan minska klimatavtrycket från ammoniak och gödsel, om kostnader och infrastruktur tillåter det.

Koldioxidavskiljning

Solenergi kan minska utsläppen och även förse vissa koldioxidinfångningsprocesser med energi. Den löser dock inte ensam alla klimatproblem.

Infångning av koldioxid, särskilt direkt ur luften, kräver energi och annan infrastruktur.

Med billigare energi kan infångning bidra till att avlägsna koldioxid ur atmosfären, om den kombineras med varaktig lagring. Om kolet i stället omvandlas till bränsle och senare förbränns frigörs det igen. Bränsleproduktion är därför inte detsamma som permanent koldioxidlagring.

Investera i solenergi

Solkraften växer snabbt och kan bidra starkt till minskade utsläpp. Samtidigt stod fossila bränslen 2024 fortfarande för en stor del av världens elproduktion och en ännu större del av den totala energiförsörjningen.

Stordriftsfördelar har blivit viktiga i en hårt konkurrensutsatt bransch. Ny teknik kan förändra marknaden, men snabb tillväxt i installerad kapacitet innebär inte automatiskt god avkastning för varje tillverkare.

Solenergiföretag kan handlas genom olika mäklare. På securities.io finns våra genomgångar av mäklare i USA, Kanada, Australien, Storbritannien och många andra länder.

För den som vill sprida innehaven över flera företag fanns 2024 exempelvis följande ETF:er: Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN) eller Global X China Clean Energy ETF (2809.HK). Sådana fonder ger sektorexponering, men diversifiering eliminerar inte risken för förluster.

Läs även vår artikel «Tio solenergiaktier att undersöka».

Solenergiföretag

1. Daqo New Energy Corp.

Daqo är en stor kinesisk producent av högrent polykisel, en viktig råvara för många solceller. Företaget har därmed en betydelsefull roll i den kinesiska solenergiindustrins leveranskedja.

Produktionskapaciteten ökade snabbt efter 2019.

Källa: Daqo

Daqos intäkter steg från cirka 0,68 miljarder dollar 2020 till 4,6 miljarder 2022, bland annat tack vare höga polykiselpriser. När priserna sedan föll påverkades både resultaten och aktiekursen, vilket visar branschens cykliska karaktär.

Företagets kommunikation och webbplats riktar sig främst till industrikunder, snarare än till allmänheten.

Låga historiska värderingsmultiplar kan spegla cykliska toppvinster och stora risker. Daqo påverkas också av regler och geopolitiska frågor kring Xinjiang, där det finns oro för tvångsarbete. Sådana frågor bör skiljas från verifierade slutsatser om en viss anläggning.

Investerare behöver väga värderingen mot priscykler, handelshinder och andra risker. Låga multiplar garanterar inte framtida uppgång.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

JinkoSolar är en av världens största tillverkare av solcellsmoduler, med huvudsaklig bas i Kina. Den internationella produktionen omfattar bland annat kiselskivor i Vietnam och verksamhet i Malaysia. Den amerikanska fabriken monterar moduler; den ska inte beskrivas som en fabrik för själva solcellerna.

Källa: Jinko Solar

Kina, Asien–Stillahavsområdet och andra framväxande marknader är viktiga försäljningsområden, tillsammans med Europa och Nordamerika.

Källa: Jinko Solar

I början av 2024 hade JinkoSolar levererat mer än 230 GW solcellsmoduler sammanlagt. Under första kvartalet 2024 levererades 19,99 GW moduler, en ökning med 53,3% jämfört med året före. Dessa uppgifter avser moduler, inte enskilda celler.

Företaget uppgav att det var störst i branschen räknat i modulleveranser under perioden.

JinkoSolars avancerade celler av N-typ hade enligt bolagets uppgifter nått cirka 25,8% verkningsgrad i massproduktion. Det är cellverkningsgrad, inte verkningsgraden för hela modulen. Företaget erbjuder också bifaciala paneler.

N-typ stod för nästan 80% av modulleveranserna under första kvartalet 2024, inte under hela 2023. För den integrerade anläggningen på planerade 56 GW i Shanxi väntades de två första faserna, vardera 14 GW, nå full produktion vid slutet av 2024.

Kapacitetsprognoserna skilde mellan kiselskivor, celler och moduler. Dessa årliga kapaciteter är olika mått och får inte blandas ihop med företagets sammanlagda historiska leveranser.

JinkoSolar presenterade Neo Green i februari 2024. Enligt företaget tillverkas dessa N-typ TOPCon-moduler i fabriker med TÜV Rheinlands certifiering «Zero Carbon Factory», med el från sol, vatten och vind. Certifieringen innebär inte att hela modulens livscykel saknar utsläpp.

Kapacitetsutbyggnaden visar företagets tilltro till N-typsteknik och ambition att växa internationellt. Utfallet beror även på konkurrens, priser, handelspolitik och efterfrågan.