Solenergi

Solens strålar matar jordklotet med gratis, förnybar och oändlig mängd energi. Inför hotet från klimatförsämringar och andra miljöproblem söker både företag och samhälle efter effektiva tekniker för att tillvarata energin i solljuset.

Bengt Stridh, projektledare på ABB:s forskningsenhet Corporate Research berättar att solenergin kan tillvaratas för elproduktion på två helt skilda sätt.
- Med termisk solenergi får solstrålarna koka vatten till ånga som driver ångturbin och generator för elproduktion. Med solceller tillverkas el direkt. Bägge teknikerna för att omvandla sol till el är intressanta områden för ABB.

Kraft- och automationslösningar har levererats till anläggningar för termisk solenergi bland annat i Spanien.

Termisk solenergi innebär att solstrålarna koncentreras mot ett rör fyllt med vätska, vanligen olja, som av den starka solstrålningen hettas upp till uppåt 400 grader. Via en värmeväxlare överförs värmen till vattenånga. Ångan leds till en ångturbin som driver en generator som i sin tur genererar el, på sedvanligt sätt med sedvanlig teknik.

Ett sätt att koncentrera solstrålarna är att placera speglar i U-form runt vätskeröret, likt en stupränna. ”Spegel-rännorna” byggs i långa banor och speglarna kan ändra vinkel efter solens instrålning under dagen.

Andra sätt att koncentrera solstrålarna är att arrangera speglar riktade mot ett vätskefyllt torn i mitten, eller med stora paraboler.
– Bägge teknikerna kräver hög andel direkt solinstrålning för att ge önskad koncentration. De passar bäst söderut; i Sverige är det för mycket moln, säger Bengt Stridh.

Sättet att värma vatten är nytt, men från ångledningarna till kraftledningarna är det för ABB välbekant teknik i all elektrisk utrustning som turbingenerator, transformator och ställverk. Likaså designar ABB automationssystem för styrning och övervakning av anläggningen. Exempelvis ett 800xA speciellt anpassat för behovet att följa solinstrålningen, solföljningen,
som kräver precision.
– Någon grads fel läge på speglarna betyder lägre effekt på anläggningen - och exakt läge ger högsta möjliga verkningsgrad. När det gäller solceller för direkt tillverkning av el har ABB utvecklat ett solcellskoncept för nyckelfärdig anläggning och nyligen levererades den första, på 1 MW, till Totana i Spanien.

I anläggningar med solceller produceras el direkt så snart solen lyser på solcellen. I cellen finns halvledare, oftast av kisel, där solenergin ökar elektronernas rörelse vilket skapar elektrisk spänning. Varje cell ger 0,6 V likström och de seriekopplas till moduler på exempelvis 12 eller 24 V. Modulerna kan i sin tur seriekopplas: fem 24 V-moduler ger 120 V som enkelt kan omvandlas till 240 V växelström.

En variant av solceller som utvecklats starkt de senaste åren är tunnfilmssolceller, där även andra ämnen än kisel kan användas. Tunnfilmssolcellerna är billigare i tillverkning.

Till Totana-anläggningen har ABB tillverkat det mesta utom själva solcellsmodulerna. Styrsystem, solföljare för att rikta cellerna rakt mot solen och elektrisk utrustning ända fram till nätanslutning.
För kommande anläggningar har ABB lanserat en ny 100 kW växelriktare som utvecklats speciellt för att omvandla solcellers likström till nätets växelström.
– Dessa växelriktare kan bättre hantera solcellernas varierande spänning när solinstrålningen varierar över dagen. Växelriktarna styrs för att ge optimalt uttag av effekt, säger Bengt Stridh.

Sammantaget ger ABB:s solcellskoncept med patenterad teknik nästan fem procent högre systemverkningsgrad än konventionell teknik. Det betyder ökad elproduktion, och det är något som ABB:s forskning och utveckling i högsta grad syftar till för att ge bättre lönsamhet i anläggningarna.
– Det gäller att optimera alla delarna till en helhet, att knyta samman ABB:s alla möjligheter. Utveckling av växelriktarna är en viktig fråga - liksom frågan om energilager för tillgång till el när solen inte lyser. Vi kommer att få se mycket nytt och spännande inom de närmaste åren, säger Bengt Stridh.