De fleste kraftverk i verden bruker fossilt brensel som kull, olje og naturgass når de skal produsere elektrisitet, det er derfor elektrisk kraftproduksjon verden over gir så store CO₂-utslipp og så mye forurensing.

I årene fremover må kraftforsyningen bygges fullstendig om – i retning nullutslipp. Bare i tiårsperioden fra 2015-25 må den globale produksjonen av fornybar kraft nær dobles for å gi utslippskuttene togradersmålet forutsetter.

– Togradersmålet forutsetter at nær all elektrisk kraft blir produsert av 100 prosent fornybare energikilder og i togradersmålet blir elektrisitet enda viktigere enn før, sier Kjetil Uhlen, professor ved Institutt for elkraft-teknikk ved NTNU.

I fremtidens kraftsystem trenger vi mye mer elektrisitet enn nå, blant annet fordi vi skal erstatte fossil energi med elektrisitet i transportsektoren. Store mengder hurtigladere for elektriske kjøretøy krever mye strøm.

– Mange av energikildene vi skal produsere strøm av er mindre forutsigbare, som vind og sol, mens etterspørselen kan hope seg opp og bli veldig stor i korte tidsrom av gangen, for eksempel når mange skal bruke hurtigladere samtidig. Da blir belastningen på nettet stort og da får systemoperatørene det svært travelt, forklarer Uhlen.

Den mest effektive form for energilagring vi har i Norge er de store vannmagasinene som utgjør vannkraftverkenes reserver. Det forskes i dag ellers svært mye på andre former for energilagring, for eksempel hvordan små og store batterier kan bli mer effektive og leve lengre, kjemisk lagring, energilagring basert på trykkluft, svinghjulslagring (der et svinghjul roterer rundt en akse i et vakuumkammer som er forbundet til en elektrisk maskin), pumpekraftverk, termisk energilagring og hydrogen som energilagringsmedium.

Kraftsystemene er digre, komplekse, sammenkoblede systemer der den store utfordringen til enhver tid er å opprettholde balansen mellom hvor mye man produserer og hvor stor etterspørselen – altså forbruket – er.

– Kraftsystemene må organiseres slik at vi unngår det vi kaller aske- halser. Slike oppstår når forbrukernes ønske om strøm i en periode er høyere enn det som er mulig å overføre eller importere via kraftnettet. Flaskehalser oppstår også når det produseres mer strøm enn det forbrukere vil kjøpe eller det nettet klarer å eksportere, sier NTNU-professoren.

– Å produsere elektrisitet av kull, olje og gass er ganske greit og forutsigbart, da produserer selskapet den mengden strøm som trengs. Men når elektrisiteten skal komme fra ulike fornybare kilder – som for eksempel vind og sol – er det mye vanskeligere å planlegge. Vi vet jo ikke hvor mye sol og vind det til enhver tid blir.

– Det nye systemet vi skal inn i vil gi mye mer stress i driften enn det vi har i dag. Vi må derfor utvikle nye kontrollsystemer og driftssentraler som gjør at vi kan levere strøm selv om både tilgang og etterspørsel blir langt mer varierende enn nå. Bedre informasjons- systemer vil gjøre det mulig å handle raskere for å opprettholde forsyningssikkerheten ved feil og driftsforstyrrelser. Nye planleggingsmodeller brukes til å analysere når forbrukerne trenger strøm og hvor mye de trenger. Disse kan fortelle oss hvor stort behovet er for å ha energi i reserve til enhver tid, sier Uhlen.

Vil forbedre solcellene mer

Solceller har blitt mye bedre og billigere på få år, men forbedring og forskning kan gi store gevinster.

Samlet solenergikapasitet i verden har vokst fra om lag 40 GW i 2010 til totalt 227 GW i 2015. I 2015 alene ble det installert 49 GW solenergi. Likevel kommer per i dag bare 1,5 prosent av verdens elektrisitet fra solenergi. Prisfallet har vært dramatisk, men det er ytterligere gevinster å hente.

– 90 prosent av de solcellene som produseres i verden i dag er sili- siumbasert. Når vi lager solceller begynner vi med silisium som smeltes og størknes i blokker.

Av silisiumblokkene skjæres det ut i skiver som er nesten like tynne som et hårstrå, helt ned til 0,14-0,12 mm tykke.

– Også når det gjelder tykkelsen har vi gjort store forbedringer på få år, med tynnere celler får vi svært god utnyttelse av materialet.

– På NTNU forsker vi nå på hvordan vi kan gjøre solcellene ytterligere e ektive ved at cellene absorberer mer sollys som kan omdannes til strøm. Enkelt fortalt prøver vi ut om vi kan føre på et belegg på silisiumskivene som gjør at mindre av sollyset reflekteres bort, sier forskeren.

For at solcellene skal kunne transportere strøm må de utstyres med det som kalles «metalliske kontakter». Disse er laget av sølv og aluminium og påføres overflaten; du kan se dem på solcellene i form av striper.

– Det forskes mye på å plassere disse metalliske kontaktene på baksiden av solcellene, da unngår vi skygge og kan bruke hele overflaten til å samle solenergi, sier Marisa Di Sabatino Lundberg.