I Norge har vi vært treige til å utnytte solenergien, men i de senere årene har interessen for teknologien økt kraftig. Mellom 2015 og 2021 ble kapasiteten for å utnytte solenergi 15-doblet her til lands.
– Det er en typisk misforståelse at det ikke er nok solstråling i Norge, sier professor Bjørn Petter Jelle ved Institutt for bygg- og miljøteknikk ved NTNU.
– På en måte er det delvis sant, for vi har ikke så mye sol i de mørkeste vintermånedene. Men på den andre siden er den solstrålingen vi faktisk har om vinteren svært verdifull. I tillegg til midnattssol eller solstråling store deler av sommernettene.
Likevel finnes en stor utfordring for den som vil bruke solcellepanel om vinteren:
Snø.
Snølag reduserer produksjonen kraftig
Snø på solcellepanel vil redusere mengden energi som panelene produserer kraftig, og det altså på den tida av året vi trenger denne energien som mest.
– Selv med et tynt snølag får du ingen produksjon av elektrisitet, sier professor Jelle.
Men å hindre snø og is i å feste seg til solcellepanelene er et mye mer komplekst problem enn du kanskje tror. Flere faktorer spiller inn, og snø kan av og til skli helt av av seg selv, mens andre ganger kan snøen feste seg til overflaten av panelene.
Jelle og kollegaene ved NTNU og SINTEF ville forstå hvor stort problem snøen egentlig representerer for Norges generering av solkraft. De lagde derfor en modell for hvor mye ekstra elektrisitet Norges tre største byer kunne generere ved hjelp av solcellepanel om disse panelene støtte fra seg is, eller fikk en behandling av overflaten som reduserer mengden snø som samler seg på dem.
- Les også: Hva er naturen verdt?
Brukte forskningshus
Gruppen brukte NTNUs forskningshus ZEB Living Lab i Trondheim som et eksempel for å studere dette. De beregnet hvor mye solstråling som kunne nå overflaten av solcellepanelene gjennom vintermånedene, og hvor mye av energi fra solcellepanelene som ville ha gått tapt på grunn av snø de siste fire årene.
Deretter brukte forskerne data om effektiviteten til forskjellige belegg for å frastøte snø og is som allerede finnes tilgjengelig til annet bruk. De simulerte hvor mye mer elektrisk strøm solcellepanelene kunne ha generert om de hadde brukt de ulike beleggene. Forskerne brukte den samme analysen for Oslo og Bergen ved å bruke lokale data om klima og breddegrader.
Mye mindre strømtap med belegg
Forskerne fant ut at disse isavstøtende beleggene kunne redusere strømtapet i vintermånedene med 65 % i Oslo, 60 % i Trondheim og 45 % i Bergen. Arbeidet ble finansiert av Forskningsrådet og publisert i journalen Solar Energy.
Forskningen viser at beleggene er mest effektive mellom januar og april, og ikke i like stor grad i november og desember. Det gjelder for alle tre byene.
– Dette blir logisk når du ser på forskjellen i mengden solstråling gjennom disse månedene, sier Jelle.
I Trondheim er det for eksempel bare fire-fem timer med dagslys i de mørke vintermånedene desember og januar.
– Men når du kommer til februar og mars, blir det bare mer og mer sol, sier Jelle. Den ekstra solstrålingen bidrar også til å smelte snøen som samler seg på solcellepanelene, og hjelper derfor det isavstøtende belegget.
Ikke kommersielt tilgjengelig ennå
Foreløpig er ikke de isavstøtende beleggene som forskerne studerte tilgjengelig kommersielt for solcellepanel. De beleggene som er designet for annet bruk, som silikonbaserte belegg som brukes på fly, har en tendens til å være ugjennomsiktige, noe som naturlig nok gjør dem uegnet for bruk til solcellepanel.
– Om du legger til et belegg på overflaten som er laget for annen bruk enn fangst av solstråler, reduserer du ofte mengden nyttbar solstråling som når de aktive solcellematerialene, sier Jelle.
Men forskere jobber for tida med overflater som ved hjelp av nanoteknologi kan frastøte is og snø uten å bruke ekstra belegg. Ofte er disse designet sånn at all fuktighet som når overflaten frastøtes før den fryser til. Dette forhindrer at det dannes et islag som snøen kan feste seg til.
Kan forsinke snølag, men ennå ikke forhindre
Det er imidlertid fremdeles et åpent spørsmål om det er mulig å lage en overflate som fullstendig forhindrer snø og is i å hope seg opp.
– Det er mulig å forsinke at snøen og isen bygger seg opp, men å både forsinke det og på samme tid holde snøen helt unna over lengre tid er mye vanskeligere, sier Jelle. – Selv om overflaten er veldig glatt, kan snøen likevel feste seg.
Om forskerne likevel får til å lage en slik overflate, ville det være nyttig også på andre områder. Under de rette forholdene kan snø og is også feste seg på åpne kraftlinjer, overflaten av flyskrog og -vinger, skipsskrog, veiskilt og mange andre overflater, som igjen kan gi mange ulike problem.
– Når du kjører bil i Norge om vinteren, kan du jo ofte ikke se veiskiltene fordi de er dekket av snø og is, påpeker Jelle.
Referanse: Mattia Manni, Maria Chiara Failla, Alessandro Nocente, Gabriele Lobaccaro, Bjørn Petter Jelle. The influence of icephobic nanomaterial coatings on solar cell panels at high latitudes, Solar Energy, 248, 76-87 (2022). https://doi.org/10.1016/j.solener.2022.11.005
Finansiering: Research Council of Norway projects “Enhancing Optimal Exploitation of Solar Energy in Nordic Cities through the Digitalization of the Built Environment” (Helios, project no. 324243) and “Building Integrated Photovoltaics for Norway” (BIPV Norway, project no. 244031).
