Hogere energieopbrengst en nieuwe toepassingen met tweezijdige zonnepanelen

TNO ontwikkelt kennis en technologie voor tweezijdige zonnepanelen en een compleet model dat de energieopbrengst voorspelt.

Energieopbrengst voorspellen

Om voor elke willekeurige partij een accurate voorspelling te kunnen doen van de energieopbrengst van een pv-systeem met tweezijdige modules heeft TNO een zeer geavanceerd, en voor zover wij weten het meest complete, simulatiemodel voor een pv-systeem ontwikkeld, genaamd BIGEYE. Met BIGEYE zijn we in staat om PV-systemen met elke configuratie en op elke locatie de elektriciteitsopbrengst te simuleren. Op basis van weer- en omgevingsdata kan de elektriciteitsproductie berekend worden per uur, dag, maand of jaar.

Voor pv-installateurs, projectontwikkelaars en systeemeigenaren is het zeer waardevol om een accuraat energieopwekkingsprofiel te hebben om optimale verbindingen te verzorgen met het lokale, nationale en wereldwijde elektriciteitsnet. Daarnaast kan BIGEYE gebruikt worden om pv-systemen zo te ontwerpen dat de stroomopwekking beter aansluit bij de dagelijkse behoefte, bijvoorbeeld door in de ochtend of middag de opwekking te verhogen.

Een tweezijdig PV-paneel bestaat in het algemeen uit 60 of 72 zonnecellen. Deze zonnecellen hebben een bijna identieke metalen rooster aan voor- en achterzijde, waarbij meer dan 95% van beide kanten beschikbaar is om licht op te vangen. Tweezijdige panelen worden geïnstalleerd in standaard pv-zonne-energiecentrales, maar ook in diverse in opkomst zijnde marktsegmenten waaronder pv geïntegreerd in de infrastructuur, bijvoorbeeld in geluidsschermen; drijvend pv op open water of in gecombineerde hydro- en aquacultuurbedrijven. Een andere toepassing is in combinatie met zonvolgsystemen waarbij de meeropbrengst van het zonvolgsysteem en die van de tweezijdige panelen zo goed als opgeteld kan worden. Deze laatste optie biedt ook veel mogelijkheden om de instraling onder en tussen de panelen te variëren in meervoudig grondgebruik met landbouw of natuurbeheer.

KENNIS EN TECHNOLOGIE

Experts van TNO werken aan diverse nieuwe celconcepten met als doel de efficiëntie te verhogen en gelijktijdig de fabricagekosten te verlagen. Een van de ontwikkelde bifaciale celconcepten is de industriële versie van de  zogenaamde TOPCon zonnecel. Deze cel heeft speciale tussenlagen aan de achterzijde, bestaand uit een zeer dun oxide en polysilicium laag. Door deze structuur, worden de verliezen aan het oppervlak tegengegaan.
Dit celconcept is ontwikkeld in samenwerking met onder andere Tempress Systems in het kader van een TKI Urban Energy subsidieproject en in enkele commerciële projecten. Inmiddels is deze technologie omarmd door de industrie en worden in productie celefficiënties van meer dan 23% gehaald.

In een van de nieuwste tweezijdige celconcepten worden zeer dunne metaaloxiden gebruikt in de interfacelagen. Deze interfacelagen kunnen aan beide zijden toegepast worden en hebben dezelfde kwaliteit als die in de TOPCon cel. Ze zijn echter veel transparanter, waardoor het zonlicht optimaal de zonnecel in komt. De tweezijdige werking van de zonnecel kan dan ook flink verbeterd worden, terwijl de productie in potentie eenvoudiger, en dus goedkoper, is. Dit concept is nog volop in ontwikkeling in samenwerking met Solmates, Levitech, TU Eindhoven en TU Delft. Verwacht wordt dat met deze technologie goedkope zonnecellen met meer dan 25% efficiëntie gemaakt kunnen worden.

VERHOGING ENERGIEOPBRENGST TWEEZIJDIGE ZONNEPANELEN

TNO ontwerpt en ontwikkelt tweezijdige modules die voldoen aan specifieke eisen, bijvoorbeeld verminderd zilververbruik om kosten en prestatie te optimaliseren onder verminderde lichtomstandigheden, de toepassing van licht-invangende materialen om lichtkoppeling in en op modules te verbeteren, en oplossingen te vinden voor positionering van cel- en bypassdiodes om rekening te houden met toegenomen beschaduwing door robuuste frames, bijvoorbeeld bij geluidsschermen. TNO heeft ook een nieuw tweezijdig zonnepaneel ontwikkeld met een witte laag rondom de cellen. Deze witte, tweezijdige zonnepanelen laten een 5% hogere energieopbrengst zien in vergelijking met deels doorzichtige tweezijdige panelen met alleen doorzichtige glas en plastic lagen rondom de cellen. De opbrengst van de witte tweezijdige panelen ten opzichte van enkelzijdige panelen hangt af van de locatie van de installatie en kan zo’n 10 tot 20% hoger uitvallen.