Din browser understøtter ikke afspilning af lyd. Du kan downloade den oplæste artikel i stedet.
De var helt oppe at køre. Ind i ørerne på nogle af Amerikas klogeste hoveder flød musik fra en radio, der kørte på kræfter trukket ud af solskinnet selv.
Det var vildt!
Og så var det på mange måder slet ikke i trit med tiden: Året var 1954, efterkrigstiden befandt sig midt i en heftig drøm om atomkraftens vidunderlige mirakel, kort forinden havde amerikanerne fejret, at der var blevet opfundet et atombatteri lavet af det radioaktive stof strontium, og nu kom så tre forskere fra Bells laboratorier og fremviste et batteri, der kørte på den gamle verdens drømme om solenergi.
Men det var effektivt.
Ifølge tidsskriftet Electrical World leverede solbatteriet langt mere energi end det nyopfundne atombatteri. Det var, for at citere en af de videnskabsmænd, der ellers lige havde været med til at udvikle atombatteriet, som “da flyvemaskiner gik fra propel- til jetfart”.
The New York Times skrev på forsiden, at det måske markerede “begyndelsen på en helt ny æra, som med tiden kan forløse en af menneskehedens hedeste drømme – at kunne høste den næsten grænseløse energi fra solen og bruge den til civilisationens bedste”.
Portene til en strålende fremtid havde åbnet sig – og så viste det sig bare at være på klem. Efter en kort, stormende solforelskelse, slukkedes drømmen igen, og der skulle gå 70 år, før solcellerne blev den billigste energikilde, der nogensinde har fandtes.
Historien om solcellen er også en historie om, hvor kort der kan være fra tændt til slukket. Hvor hurtigt vi kan svinge mellem henrykkelse og hån. Og historien starter i dybhavet.
Den rene hokuspokus
Dér, hvor Jordens dybe, tektoniske kræfter langsomt hiver Europa og USA fra hinanden, rullede mennesket for godt 150 år siden en tråd ud, der skulle sy de to kontinenter sammen – og på kantet vis fik det afgørende betydning for solenergiens historie.
På tværs af Atlanterhavet lagde man et kabel, der skulle sende telegrammer frem og tilbage mellem den gamle verden og den nye, men det varede ikke mere end tre uger, før det gik i stykker. Endnu et kabel blev trukket over dammen, men det knækkede på halvvejen, så da et nyt skulle rulles ud, var der pænt stor fokus på kvaliteten.
En chefelektriker med det lidt pudsige navn Willoughby Smith havde hovedet fuldt af gode ideer og et ansigt indrammet af skulderlange bakkenbarter, og han blev sat til at teste kablet. Det var på det tidspunkt, noget mystisk viste sig: I sit nyopfundne testapparat havde han brugt metallet selen til at lede strømmen, og det opførte sig upåklageligt om natten, men om dagen gik noget helt agurk. Så mens andre rullede det endelige telegrafkabel ud og konstaterede, at det lykkeligvis virkede, forsvandt Smith ind i laboratoriet og udsatte selen for forskellige eksperimenter. Og da han i 1873 dukkede frem igen, havde han fundet ud af noget banebrydende: Når selen bliver ramt af lys, øges dets evne til at lede strøm.
Dette mysterium fik to videnskabsmænd til at udsætte selen for en række forsøg, og nogle år senere kunne William Grylls Adams og Richard Evans Day konkludere, at et lys, der skinnede på selen, rent faktisk kunne skabe elektricitet i metallet. Og endnu mærkeligere: Det skyldtes ikke lysets varme, det skyldtes lyset selv.
Dét var en hovedpine for videnskaben: Dengang var man sikker på, at energi og varme var to sider af samme sag – det var termodynamikkens tid, dampmaskinernes tid. Adams og Day kaldte det nye fænomen den fotoelektriske effekt, og det var ifølge 1800-tallets videnskab nærmest alkymi. At tro at man kunne skabe strøm fra lys – uden at bruge brændstof eller udsende varme – var lige så meget galimatias som ideen om at skabe guld af jern.
Ingen anede, hvad pokker der skete. Men det skulle snart ændre sig.
En varevogn ved navn Albert
Måske kommer det som en overraskelse, men Albert Einstein fik ikke nobelprisen for sin banebrydende relativitetsteori – det, der blev understreget, da han i 1921 modtog prisen, var, at han forklarede den fotoelektriske effekt.
Eller som den amerikanske fysiker og solenergihistoriker John Perlin siger over en videoforbindelse fra Californien:
“Einstein var en varevogn, der kørte direkte ind i en af videnskabens søjler.”
Gode gamle Newton havde nemlig engang i 1600-tallet beskrevet lyset som partikler, men i 1800-tallet blev man enige om, at lys var bølger, og i 1900-tallets allerførste år kom så unge Albert Einstein og viste, at lyset kan opføre sig både som en bølge og en partikel. Og at lysets energi kommer i små partikelpakker. Einstein kaldte dem lyskvanter, i dag kalder vi dem fotoner, og når sådan en foton rammer et stykke metal, for eksempel, afgives lyspakkens energi til metallet.
På grund af Einstein vidste vi altså i begyndelsen af 1900-tallet, hvorfor sollyset kan skabe strøm i selen. Alligevel skulle der gå 50 år, før de tre forskere fra Bells laboratorier under meget møje og besvær fandt frem til, at de skulle bruge det billige silicium i stedet for selen, og at de ved at kombinere siliciummet med andre slags stoffer og skære det ultratyndt kunne få sig en solcelle kraftigt nok til at få en radio til at spille blød musik.
Solenergien havde taget et vigtigt skridt i sin dannelsesrejse mod at blive en moderne solcelle. Så lad os tage en pause, og glo lidt på sådan én.
En magisk energikilde
En solcelle er vildt tynd, men hvis vi zoomer ind og laver et tværsnit, så ligner den lidt en sandwich. I midten ligger siliciummet som sandwichfyldet, og på hver side er der et stykke brød i form af et fint, elektrisk ledende gitter.
Siliciummet i midten er delt i to lag: Mod overbollen er der et lag af negativt ladet silicium, som vi kalder N-laget, og ned mod underbollen er der et positivt ladet lag af silicium, som vi kalder P-laget. Disse to lag skabes ved, at man forurener N-lagets silicium med en lille smule fosfor, som har mange elektroner, og P-lagets silicium forurenes med bor, som har færre elektroner. Rent teknisk kalder man dén manøvre for ‘doping’, selv om der ikke er noget snyd ved dét.
For at forstå hvorfor, kan det være en god idé at tænke på boligmarkedet. Forestil dig to kollektiver, hvor der i det ene bor en ven på sofaen, som ikke kan finde sig et sted at bo. I det andet kollektiv er der lige flyttet en beboer ud, så der står et værelse ledigt. Nu kan vennen flytte fra det overbefolkede kollektiv til det andet kollektivs ekstra værelse, men der skal lige et skud energi til at få ham op fra sofaen. Den energi kommer solen med.
Når en solstråle rammer solcellen med sin lille energipakke, vi kalder fotonen, skubber det til en af de mange elektroner i N-laget. Elektronen vandrer så gennem det elektrisk ledende gitter for at komme over til P-laget, og det er dét, der er elektricitet: en strøm af elektroner. Så kræver det egentlig bare, at vi stikker et par tynde ledninger af metal ind i strømmen af elektroner, og så har vi høstet solens energi.
“Det er jo den mest fantastiske energikilde,” siger John Perlin og stikker en solcelledrevet lampe op i webkameraet.
“Du har denne her solcelle, som kun er nogle millimeter tyk, og den kan lave elektricitet, der er lige så god som den, der kommer fra kraftværkernes store machomaskiner, som æder kul og drejer rundt og udleder røg.”
Han stryger en finger hen over lampens solceller.
Solen er en kraftkarl. Himlens store projektør sender kaskader af lys ned over vores lille prik af en planet, og hvis man kunne fange alt det, der rammer Jorden, ville man ifølge en gruppe forskere have samlet lige så meget energi på 18 dage, som der findes i alle verdens kul-, olie- og gasreserver tilsammen.
Det kan vi bare ikke. De solceller, vi sætter op i dag, kan under optimale forhold omforme 25 procent af solstrålernes energi. Da Bell-forskerne i 1954 fangede verdens opmærksomhed, var det med sølle seks procent og med solceller så dyre, at det ville koste en almindelig amerikansk familie halvanden million dollar, hvis de skulle købe solceller nok til at dække deres strømforbrug.
At solcellerne de seneste år er faldet så meget i pris, at de bliver kaldt historiens billigste energiteknologi, skyldes en kombination af et idealistisk Tyskland og et Kina, der var kommet helt op i gear.
I slutningen af 1990’erne fandt Tyskland og et par andre lande nemlig på, at de ville løbe en grøn dagsorden i gang ved at give solid støtte til sol og vind. Og så gjorde det måske heller ikke noget, at manøvren ville støtte den tyske solcelleindustri. Men hvad man ikke havde regnet med, var, at Kina ville tage dén stafet og spurte afsted i inderbanen.
På ganske få årtier var landet gået fra at være et isoleret landbrugsland til at have lynindustrialiseret samfundet og være blevet hele verdens fabrik. Nu var det, som om kinesiske solcellefabrikker voksede op af jorden, og kineserne holdt et skarpt blik på omkostningerne. De effektiviserede nogle dele af processen, mens andre lidt overraskende blev gjort manuelle igen, fordi det var billigere at sætte lavtlønnede kinesiske arbejdere i sving.
Og priserne på solceller raslede ned. Tysklands og Spaniens støtteprogrammer blev så store succeser, at de blev lukket. Alt for mange satte solceller op, det blev for dyrt for staterne. Og så kollapsede markedet. Pludselig stod Kina i en situation, hvor fabrikkerne producerede dobbelt så mange solceller, som de kunne sælge.
Men så trådte den kinesiske stat til og begyndte at sætte solcellerne op i hjemlandet i stedet. Fabrikkerne fortsatte med at pumpe solceller ud, priserne blev ved med at falde, og det kickstartede verdensmarkedet på ny. Forskere fra Oxford Universitet har udregnet, at for hver gang antallet af installerede solceller kloden rundt fordobledes, faldt prisen på solceller med 20 procent, og produktionen steg helt vildt. Mellem 2010 og 2016 blev der på verdensplan lavet 100 gange flere solceller, end der var blevet lavet i alle år op til 2010, og prisen på solceller er faldet fra seks dollar pr. watt i år 2000 til 2,3 dollar i år 2010, og i 2022 var prisen helt nede på 0,26 dollar pr. watt. Det gør solcellerne til historiens billigste energikilde.
Historien om solcellerne er endt som et eventyr, og det kunne være fristende at tro, at den grønne omstilling er i mål, hvis bare vi får smækket nok vindmøller og solceller op.
Men så glemmer vi noget, der er helt utroligt kedeligt og alligevel komplet livsnødvendigt: elnettet.
Det vigtigste af det kedeligste
Den første dag var ret fantastisk: Sneen dalede ned over Texas på Valentine’s Day i 2021. Hunde sprang rundt i alt det kolde hvide. Forældre hev deres børn med ud for at tage billeder af dem, så de engang ville kunne mindes denne skøre begivenhed: sne i Texas! Men om natten begyndte balladen. Elnettet gik ned. Og snestormen byggede sig op. Ti millioner mennesker blev efterladt uden strøm, uden varme, uden vand, mange uden mad. Et islag lagde sig over veje og biler, og i den lille by Arcola sad 80-årige Julius Gonzales med sin hustru en hel dag og frøs i deres mobilehome. Godt nok havde de en elradiator, der kørte på diesel, men selv om de tog alle deres tykkeste trøjer på, kunne Julius Gonzales ikke holde op med at ryste. Morgenen efter var han død.
Strømafbrydelsen i Texas, som varede i dagevis, for nogle en hel uge, tog livet af hundredvis af mennesker. Nogle døde af kulde i deres hjem, en del døde af kulilteforgiftning, fordi de for at få varmen tændte bilen i garagen eller trak grillen ind.
Selv om der er få ting, der kan slukke lyset i folks øjne som ordet ‘infrastruktur’, så er hele vores hverdag – og i yderste fald vores liv – holdt oppe af et sikkerhedsnet af kabler og ledninger. Strømafbrydelsen i Texas skyldtes en snestorm og et ekstremt skrøbeligt og underprioriteret elnet, men den blotlagde den infrastruktur, alle tramper rundt ovenpå, og som oftest tager for givet.
Så selv om det er sjovere at tale om antallet af vindmøller og solceller, der bliver smækket op, så får du ikke brygget din morgenkaffe, hvis ikke elnettet fungerer.
Og hvis man spørger energiekspert Kaare Sandholt, om vores elnet er klar til den grønne omstilling, svarer han: “Vi er slet ikke klar.”
Hvorefter han tilføjer: “Men vi kan … jeg tror, vi kan nå det.”
Skumbølger og ‘Dunkelflaute’
Problemet er, at vores elnet er bygget i en fossil tid. Til en verden, hvor man lagde kulkraftværker centralt og så byggede tykke transmissionsledninger, der skubbede strøm ud til et distributionsnet, der fordelte den ud til forbrugerne. Gav vi den fuld gas med ovne og elradiatorer og fjernsyn, skovlede man bare noget mere kul i ovnene, og så var dén ged barberet.
Men sådan fungerer den nye tids energikilder ikke. En helt grundlæggende sandhed ved solen er, at den er fremme om dagen og væk om natten, og derfor vil der altid være brug for et supplement som vindkraft, vandkraft eller batterier, hvis nu du får lyst til at stå op om natten og varme et glas mælk i din mikrobølgeovn.
Men selv om dagen følger solen og vinden deres egen logik. Nogle perioder er mørke og vindstille – tyskerne har med deres sans for schwung benævnt det Dunkelflaute – andre dage brager solen ned fra himlen, og vinden skummer toppe på bølgerne. Så peaker elproduktionen, og faktisk er vores system hverken ret godt til Dunkelflaute eller bølgetoppe. Det skal helst have en stabil strøm af el, der kan skrues op eller ned afhængigt af, hvor mange fladskærme og tørretumblere vi har tændt i hjemmene.
Som om dét ikke var nok, er solceller også en teknologi, man kan bestille i papkasser og skrue sammen og montere på taget af carporten, hvis man er lidt ferm på fingrene. Og så kan alle disse lykkelige carportejere glo op i luften og glæde sig til solskin, fordi de så både får dækket deres strømforbrug og måske endda kan sælge lidt af strømmen til elselskaberne. Men det betyder også, at der på solskinsdage, hvor strømproduktionen banker derudad, står en masse solceller rundt omkring og sender strøm ind på elnettet, og det er det gode gamle distributionsnet sjældent indrettet til. Mange steder i Vesten er der ikke gjort særligt meget ved elnettet de seneste mange årtier. Kina har bygget deres system dobbelt så stort mellem 2005 og 2010, og alligevel er der kinesiske provinser, som ikke ønsker mere vind- og solenergi, fordi deres net ikke kan følge med.
De grønne energikilder og den massive elektrificering af samfundet, hvor elbiler ruller over asfalten, og varmepumper erstatter olietanke, kræver en helt anden strategi. Det kræver robuste forbindelser mellem elnet på tværs af lande og over grænser, som kan fordele strøm fra vinden, som næsten altid blæser et eller andet sted i Europa, og som kan give os vandkraft fra Norge, når Dunkelflauten rammer. Det kræver nye strategier og kreative løsninger, fordi den grønne strøm ikke bare skal erstatte den sorte strøm, men elektrificeringen også skal gøre dele af samfundet, som ikke tidligere kørte på strøm, elektriske. Og dét kræver, at vi bruger vindens og solens overskudsenergi til at lave Power-to-X-værker, der kan lave grønt brændstof til kraftværker og containerskibe.
Men helt basalt kræver den nye verden, at vi undertrykker gabet og beskæftiger os lidt med ledningerne over vores hoveder og kablerne under vores fødder.
“Netudviklingen er noget af det allervigtigste,” siger Kaare Sandholt.
“Der er simpelthen ikke nok plads i systemet, og det er altså ikke dét, der skal forhindre den grønne omstilling.”
Selv om det kan føles lidt skuffende at hive armene ned, nu de lige var fløjet op i begejstring over solenergiens sejrsmarch, så er Kaare Sandholts grundtone faktisk ret positiv.
“Altså jeg er meget optimistisk og spændt på det her,” siger han. “Verden forandrer sig med lynets hast.”
Interview: Kaare Sandholt, chefekspert, China National Renewable Energy Center, John Perlin, fysiker og solcellehistoriker, University of California, Santa Barbara. Claus Leth Bak, professor i elektriske anlæg, Aalborg Universitet.
Bøger: John Perlin: ‘Let It Shine’, New World Library, 2022. John Perlin: ‘From Space to Earth: The Story of Solar Electricity’, Harvard University Press, 2002. Daniel Yergin: ‘The Price’, Penguin Books, 2012.
Artikler: ‘The Solar Resource’, Union of Concerned Scientists, 10. september 2015. ‘Cascading risks: Understanding the 2021 winter blackout in Texas’ af Joshua W. Busby m.fl., Energy Research & Social Sciences vol. 77, juli 2021. ‘The Texas Winter Storm And Power Outages Killed Hundreds More People Than The State Says’ af Peter Aldhous, Stephanie M. Lee og Zahra Hirji, BuzzFeed News, 27. maj 2021. ‘Strøm bliver gratis i dagtimerne’ af Lars Dahlager, Politiken, 15. januar 2024. ‘Learning curves: What does it mean for a technology to follow Wright’s Law?’ af Max Roser, Our World In Data, 18. april 2023. ‘It looked like the end of the world’ af Jacob Ohara, Ashley Miznazi og Todd Wiseman, The Texas Tribune, 17. februar 2022.
Podcast: Stuff You Should Know: ‘Solar Power: The Future of What?’, 13. august 2019. 50 BBC: Things That Made the Modern Economy: ‘Solar PV’, 19. august 2019.
Kategorier: Verden
