Rendement zonnepanelen blijft stijgen waar kosten dalen

Zonnepanelen zijn er in meerdere uitvoeringsvormen. Zo zijn er, naast de bekende panelen, tweezijdige zonnepanelen en zonnepanelen met cellen waarbij alle contacten aan de achterkant zitten.

Onafhankelijk van de uitvoeringsvormen zijn er drie categorieën pv-technologie te onderscheiden: technologie gebaseerd op kristallijn silicium plakken, op dunnefilm zonnecellen en op een stapeling van afzonderlijke zonnecellen, bijvoorbeeld een tandem.

Silicium pv: op weg naar praktische limieten

Al ruim een halve eeuw oud en nog altijd de meest toegepaste technologie voor zonnepanelen met een wereldwijd marktaandeel van 95%: kristallijn silicium, afgeleid van het Latijnse woord silex, oftewel vuursteen en de uitgang -ium omdat het op een metaal lijkt. Meer dan de helft van de zonnepanelen wereldwijd geproduceerd, bevat TNO-technologie. Het laatste decennium is het rendement van de silicium zonnecellen die grootschalig worden gefabriceerd flink omhoog gegaan en wel tot boven de twintig procent.

De komende jaren wil TNO in samenwerking met partners dichter bij het verwachte maximale rendement van zonnepanelen komen dat in grootschalige productie kosteneffectief mogelijk is, naar schatting ongeveer 26%. Dat doen we door het ontwikkelen en toepassen van functionele lagen op de silicium plakken en op die manier complete zonnecellen te maken. Dit zijn ultradunne lagen die tot wel enkele nanometers (een duizendste micrometer) dun kunnen zijn. Deze geavanceerde technologieën ontwikkelen we in ons solar lab met bedrijven en andere kennisinstellingen en hiermee lopen wij wereldwijd voorop.

Dunnefilm modules: flexibele toepassing van pv

Het alternatief voor silicium dat flexibel toegepast kan worden: dunnefilm pv-zonnecellen en modules. Silicium zonnecellen zijn nu zo’n 150 micrometer (0,15 millimeter) dun, terwijl dat bij dunnefilm een tot drie micrometer is. Het gaat ook om heel andere materialen die zo dun kunnen worden toegepast dat ze flexibele pv-modules mogelijk maken. dat ze flexibele pv-modules mogelijk maken.
TNO richt zich vooral op twee materialen: Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) en het nieuwe perovskiet. CIGS zonnemodules worden al grootschalig geproduceerd. Door de flexibiliteit is dunnefilm pv ook makkelijker en breder toepasbaar dan silicium. Verder hebben de modules in het algemeen een betere esthetiek omdat ze egaal van kleur zijn. TNO richt zich vooral ontwikkelen van technologieën om dunnefilm zonnecellen te integreren in allerlei producten met verschillende vormen en kleuren (customized products) en op inpak-technologieën die in een hoge betrouwbaarheid van die producten resulteren.

Voor de ontwikkelingen aan dunnefilm pv-technologie werkt TNO in het dunnefilm pv-lab samen met de industrie en met universiteiten en andere onderzoeksinstellingen. Veel onderzoek gebeurt binnen het Solliance-samenwerkingsverband waarin TNO een belangrijke partner is.

Tandems: van lab naar productie

Door silicium met dunnefilm zonnecellen te combineren, maar ook combinaties van dunnefilm zonnecellen toe te passen, zijn veel betere prestaties te behalen omdat de energie uit het zonlicht beter wordt benut. TNO werkt aan zogeheten tandemconstructies, waarvan het rendement tot ongeveer 1,4 keer zo hoog kan worden als van enkelvoudige zonnecellen. Door de betere prestaties is minder pv-oppervlak nodig, wat voor een dichtbevolkt land als Nederland essentieel is. Door deze hogere opbrengst zijn de systeemkosten met kabels en draagconstructies voor de opgewekte elektriciteit relatief lager, wat in lagere kWh kosten resulteert. Naast verbeteren van het rendement van zonnepanelen en kostenreductie is ook hier opschaling van productieprocessen en het bereiken van een lange levensduur van de tandemmodules het doel. Van experimenteren en proeven in het lab zetten we nu de stap naar het testen onder reële buitenomstandigheden.

Tweezijdige zonnepanelen

Standaard zonnepanelen vangen aan één kant zonlicht op. TNO is een van de pioniers op gebied van de ontwikkeling van tweezijdige panelen die inmiddels grootschalig worden toegepast. Deze panelen leveren afhankelijk van de reflectie van de omgeving, in een mooi woord albedo, 10-20% hogere energieopbrengst dan hun enkelzijdige variant. Door deze hogere opbrengst en omdat de fabricagekosten vergelijkbaar zijn, resulteren tweezijdige zonnepanelen bij juiste toepassing in lagere kWh kosten. Hierbij gaat het bijvoorbeeld om toepassingen op grote daken, landbouwgrond waarbij gewassen tussen de rijen van panelen kunnen groeien of vee tussen de rijen rond kan lopen, binnenwater of zee.

Achterzijdecontact zonnepanelen

Samen met partners in wetenschap en industrie werken we aan achterzijdecontact silicium zonnecellen en -modules. Bij dit type cellen en -modules vindt het elektrisch doorverbinden van de cellen zich aan de achterzijde waardoor de metaalbedekking aan de voorzijde voor een groot deel of zelfs geheel afwezig is, en dus de metaalpatronen nauwelijks tot niet meer zichtbaar zijn. Omdat de elektrische verbindingen volledig aan de achterzijde zitten treden geen schaduwverliezen op en kunnen de weerstandsverliezen geminimaliseerd worden. Met industriële partners waaronder producenten van materialen, machines, cellen en modules, werken we aan het verder optimaliseren van deze technologie en daaruit voortvloeiende producten voor bijvoorbeeld gebouwintegratie en voor auto’s.

Conclusies editie 12 ITRPV

Solar Magazine publiceerde een artikel met enkele van de belangrijkste conclusies van Editie 12 van de International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) die eind april 2021 werd gepubliceerd. Lees hier het artikel ITRPV: Hoogefficiënte zonnecellen en grote zonnepanelen winnen marktaandeel, prijsdruk op producenten blijft