Ons werk

15 vragen over zonne-energie beantwoord

Zon is een onuitputtelijke bron van energie waar we als samenleving steeds meer gebruik van maken. Zonne-energie is schoon en duurzaam. Je kunt zonlicht omzetten in elektriciteit en in warmte, zodat we op termijn geen fossiele brandstoffen meer hoeven gebruiken. Maar hoe werkt zonne-energie nu precies, hoe gaan we om met opslag van zonne-energie en waarom zijn zonneparken nodig?

Wim Sinke, hoofdonderzoeker zonne-energie bij TNO geeft antwoord op 15 prangende vragen over zonne-energie. In de whitepaper worden de meeste vragen nog uitgebreider beantwoord.

1. Hoe werkt zonne-energie en hoe werkt een zonnecel?

‘Zonne-energie’ is een verzamelterm voor enkele zeer verschillende technieken (technologieën) om de energie in zonlicht om te zetten in andere, meer bruikbare vormen van energie. TNO (en daarvoor ook ECN dat in 2018 de krachten heeft gebundeld met TNO) specialiseert zich al ruim 30 jaar in fotovoltaïsche zonne-energie, ook wel pv, zon-pv of zonnestroom genoemd.

De basiswerking van alle zonnecellen is hetzelfde: ze absorberen licht en zetten de lichtenergie om in elektrische energie. 

Met zonnestroom wordt zonlicht direct, dat wil zeggen zonder de tussenkomst van warmte, omgezet in elektriciteit. Het grote voordeel van zonnestroom is dat er geen bewegende delen nodig zijn, geen hoge temperaturen voorkomen en dat er zeer hoge omzettingsrendementen gehaald kunnen worden. De basisbouwsteen van alle zonnestroomsystemen is de zonnecel, die uit verschillende materialen en met verschillende ontwerpen kan worden gemaakt. Zonnecellen worden voor praktisch gebruik onderling verbonden en ingepakt tot zonnepanelen (ook wel modules genoemd) of zonnefolies.

De basiswerking van alle zonnecellen is hetzelfde: ze absorberen licht en zetten de lichtenergie om in elektrische energie. Om dat mogelijk te maken bestaan de meeste zonnecellen uit twee dunne laagjes zogenaamd halfgeleidermateriaal met iets verschillende elektrische eigenschappen. Op het grensvlak van die laagjes ontstaat spontaan een soort ladingsfilter. De fotonen (lichtdeeltjes) uit het zonlicht zorgen bij absorptie voor beweging van negatief geladen elektronen en hun positief geladen ‘tegenpolen’ (de gaten) in het halfgeleidermateriaal. Op het grensvlak worden die twee door het filter van elkaar gescheiden, waardoor er een opbouw van negatieve lading aan de ene kant en van positieve lading aan de andere kant plaatsvindt en er een elektrische spanning tussen de lagen ontstaat. Wanneer de twee laagjes (meestal zijn dat de voor- en achterkant van de cel) extern met elkaar worden verbonden kan er net als bij een batterij een elektrische stroom gaan lopen en vermogen worden geleverd en de eerste zonnecellen werden daarom in de jaren ‘50 van de vorige eeuw ‘solar batteries’ genoemd. Geen enkele zonnecel kan alle zonne-energie omzetten in elektriciteit en daarom komt ook altijd warmte vrij als ‘bijproduct’.

2. Waaruit bestaat een zonnepaneel?

Buigzame zwarte dunne-film flexibele CIGS zonnecel van Solliance

De basisbouwsteen van elk zonnestroomsysteem is de zonnecel, die van verschillende materialen kan zijn gemaakt, verschillende ontwerpen kan hebben en zowel niet- of weinig buigbaar als flexibel kan zijn. In dat laatste geval gaat het om dunnefilmcellen die zelf maar ongeveer 0,001 mm dik zijn en daarom op een folie worden aangebracht. Individuele zonnecellen zijn echter ongeschikt voor het meeste praktische gebruik en worden daarom onderling elektrisch verbonden (serie- en eventueel parallel geschakeld) en ingepakt. Daarmee worden de zonnecellen beschermd tegen invloeden van buitenaf en wordt een handige elektrische spanning bereikt (meestal enkele tientallen volt). Die ingepakte zonnecellen noemen we een zonnepaneel (of module) of, bij een flexibele uitvoering, een zonnefolie. Panelen worden op hun beurt onderling elektrisch verbonden (ook hier weer serie- en/of parallel geschakeld) om een systeem te bouwen. Ze kunnen bijvoorbeeld op een aparte draagconstructie worden geplaatst, op een dak worden gemonteerd of geïntegreerd.

3. Wat is rendement en energieopbrengst bij zonnepanelen?

Een heel belangrijk begrip bij zonnecellen (en bij zonnepanelen en complete systemen) is het (energieomzettings)rendement, ook wel efficiëntie genoemd. Het rendement is de verhouding tussen het elektrische vermogen dat de zonnecel levert en het vermogen in de vorm van licht dat op de zonnecel valt. Rendement wordt meestal uitgedrukt als een percentage (bijvoorbeeld 20%). Makkelijk gezegd, maar jammer genoeg niet zo makkelijk gemeten of begrepen. Daarom een nadere toelichting voordat we kijken welke factoren het rendement bepalen en beperken.

Om verschillende zonnecellen goed met elkaar te kunnen vergelijken zijn er internationale afspraken gemaakt over hoe het rendement moet worden gemeten. Daarbij worden over het algemeen ‘standaard testcondities’ gebruikt. Het rendement dat op die manier wordt bepaald is weliswaar heel nuttig om te kunnen vergelijken, maar geeft niet direct een nauwkeurige voorspelling over hoe cellen, panelen en systemen in de praktijk op verschillende plaatsen en tijden functioneren, wanneer de omstandigheden niet ‘standaard’ zijn. Daarom is het belangrijk om ook het gemiddelde rendement onder praktijkomstandigheden te weten, of liever: de elektriciteitsopbrengst over een bepaalde periode, meestal een jaar. Die varieert met het soort zonnecel, de locatie, het soort toepassing en andere factoren, maar kan tegenwoordig gelukkig behoorlijk nauwkeurig worden voorspeld.

Een veelvoorkomend misverstand is dat het rendement van zonnepanelen hoger zou zijn in zonniger landen. Weliswaar is de energieopbrengst per vierkante meter van systemen in zonnige(r) landen hoger dan in Nederland, maar dat komt door de verschillen in de hoeveelheid zonne-energie (de instraling), die een factor 2 tot 3 kunnen bedragen, bijvoorbeeld wanneer we Nederland of Scandinavië vergelijken met de Sahara of andere droge woestijngebieden op de wereld. Het rendement waarmee die hogere instraling wordt omgezet in zonnestroom kan in hete klimaten echter gemiddeld soms zelfs lager zijn dan bij ons omdat het paneelrendement iets afneemt met hogere temperaturen (iets minder dan een half procent relatief per graad voor standaardpanelen).

4. Waarom heeft een zonnecel geen 100% rendement?

Dat ligt aan het feit dat zonlicht bestaat uit een heel spectrum van kleuren, van infrarood via zichtbaar tot ultraviolet. Een zonnecel die is gemaakt van één lichtabsorberend materiaal is optimaal gevoelig voor één bepaalde kleur (resp. golflengte en fotonenergie). Licht dat ‘blauwer’ is dan die kleur wordt wel geabsorbeerd, maar daarbij kan slechts een deel van de energie worden omgezet. Licht dat ‘roder’ is wordt helemaal niet geabsorbeerd en kan dus ook niet worden omgezet. De oorzaak van dit effect ligt in het feit dat er een minimum (foton)energie nodig is om elektronen in het absorberende zonnecelmateriaal los te maken, wat nodig is voor de werking van een zonnecel. Als een foton meer energie heeft dan dat minimum, kan het overschot echter niet worden benut; het wordt omgezet in warmte. De verhouding tussen deze twee kleurgerelateerde verliezen is afhankelijk van de materiaalkeuze, maar zelfs voor een optimale keuze (bijvoorbeeld silicium of galliumarsenide) gaat zo meer dan de helft van de energie in het zonlicht verloren. De tweede grote verliesfactor is iets moeilijker eenvoudig in te zien, maar hangt grof gezegd samen met het fundamentele natuurkundige gegeven dat iedere zonnecel die licht kan absorberen ook licht kan uitstralen. Met andere woorden: de absorptie van licht die leidt tot het genereren van elektronen en gaten is onlosmakelijk verbonden met het omgekeerde proces waarbij elektronen en gaten recombineren en licht wordt uitgezonden. In een continu werkende zonnecel bestaat noodzakelijkerwijs een balans tussen die twee processen en dit leidt tot een onvermijdbaar verlies.

Het resultaat van deze twee categorieën verliezen is dat een ideale zonnecel gemaakt van één (min of meer) optimaal gekozen materiaal een maximaal rendement van grofweg 30% heeft, onder normaal, d.w.z. niet-geconcentreerd zonlicht. Afhankelijk van het materiaal kan het iets meer of iets minder zijn. De beste praktische laboratoriumzonnecellen komen tegenwoordig behoorlijk dicht in de buurt van deze fundamentele limiet: 26,7% voor silicium en 29,1% voor galliumarsenide.

5. Waar worden zonnecellen van gemaakt?

Zonnecellen kunnen worden gemaakt van allerlei (halfgeleider)materialen, elk met specifieke voor- en nadelen. Ruim een halve eeuw onderzoek en ontwikkeling heeft een rijkgevulde gereedschapskist opgeleverd: vele soorten zonnecellen, in zeer verschillende stadia van ontwikkeling. Daarbij gaat het om silicium en enkele andere materialen in de vorm van dunne zelfdragende plakken, dunne films op een drager en combinaties (stapelingen). Commercieel verkrijgbare panelen zijn gemaakt van silicium (ongeveer 95% van de wereldmarkt) en verschillende dunne films (cadmiumtelluride (CdTe), koper-indium/gallium-diselenide (CIGS) en amorf en/of microkristallijn silicium (a-Si); samen 5% van de wereldmarkt). Binnen de dunne films heeft CdTe met 4% het grootste aandeel, gevolgd door CIGS met ruim 1% en een heel klein aandeel voor a-Si.

6. Wat is het wereldrecord rendement van een zonnecel?

Het wereldrecordrendement voor een zonnecel is 47% (situatie begin 2021). Dat is een indrukwekkend wetenschappelijk en technologisch hoogstandje bereikt door het National Renewable Energy Laboratory (NREL) in de VS. Dit betreft geen gewone zonnecel, maar een stapeling van maar liefst 6 verschillende cellen, respectievelijk materialen in een zogenaamde multi-junctiecel. Verder is de cel niet belicht met normaal zonlicht (‘1 zon’), maar met 143 zonnen (143x geconcentreerd licht). Dit type cellen is niet geschikt of bedoeld voor Nederland en onze daken, maar laat vooral zien wat mogelijk is met zonne-energie. Min of meer vergelijkbare cellen worden wel gebruikt in concentratorsystemen voor zeer zonnige klimaten en in de ruimtevaart.

7. Wat zijn perovskieten?

Perovskieten zijn een nieuwe familie van materialen die in de wereld van zonne-energie voor grote opwinding hebben gezorgd. Het is het snelst groeiende onderzoeksgebied.

Flexibele, semi-transparante perovskiet-module

Perovskieten worden als dunne films toegepast en dat is op zichzelf niet nieuw, maar hun eigenschappen zijn heel bijzonder. Ze kunnen met snelle en in principe goedkope processen worden gedeponeerd op plastic, metaal of glas en in korte tijd hebben perovskietcellen in het laboratorium een rendement van ruim 25% bereikt. Behalve voor ‘standaard’ panelen of folies zijn perovskieten ook geschikt voor tandems (heel efficiënte gestapelde cellen) en om gedeeltelijk lichtdoorlatende (semitransparante) panelen te maken, wat nieuwe toepassingen zoals zonneramen in zicht brengt. Zonnepanelen op basis van perovskiet zijn nog niet te koop, maar het is de verwachting dat ze in de loop van dit decennium op de markt zullen komen, waarschijnlijk eerst voor toepassingen die niet of moeilijk met bestaande technologieën kunnen worden bediend.

8. Wat is zonnewarmte?

Zonnepanelen worden onderscheiden van zonnecollectoren, die zonlicht omzetten in warmte, niet in elektriciteit. Zonnecollectoren worden dus gebruikt in zonnewarmtesystemen, zoals zonneboilers. Met sommige systemen kan zowel elektriciteit als warmte worden geproduceerd; denk in een eenvoudig geval aan een combinatie (stapeling) van een zonnepaneel en een zonnecollector, al kan de uitvoeringsvorm sterk variëren. We spreken dan meestal van een PVT- (pv-thermisch) systeem of een hybride systeem. Het voordeel van dergelijke systemen is dat ze efficiënt gebruik maken van de beschikbare oppervlakken en in principe een heel hoog, gecombineerd rendement kunnen halen. De warmte die ieder zonnepaneel als bijproduct levert kan op die manier immers nuttig worden gebruikt.

9. Hoeveel zonne-energie hebben we nodig in Nederland?

Het is de verwachting dat de rol van elektriciteit in het hele energiesysteem sterk zal toenemen, in sommige scenario’s tot wel 90% van de totale primaire energie. Hernieuwbare elektriciteit, met name uit wind en zon, zal in feite de rol van fossiele energie uit kolen, olie en aardgas als universele ‘primaire brandstof’ overnemen. Er wordt dan gesproken van ‘elektrificatie’.

Voor Nederland zijn scenario’s en ambities ontwikkeld voor de toepassing van zonne-energie. In recente TNO-scenario’s staat in 2050 iets minder dan 90 GWp opgesteld, in de Roadmap PV Systemen en Toepassingen wordt een ambitie van 200 GWp beschreven. Eind 2020 stond in Nederland 10 GWp aan zon-pv opgesteld, goed voor ongeveer 7% van de huidige totale elektriciteitsproductie, dus de mogelijke groei tot 2050 is een factor 10 tot 20. Voor haar onderzoekprogramma Zonne-energie heeft TNO de volgende ambities gekozen:

  • 2030: 50 GWp mogelijk maken door nieuwe en verbeterde toepassingen (geïntegreerd in de leefomgeving, het ecosysteem en het energiesysteem)
  • 2050: 200 GWp mogelijk maken door (in aanvulling) hoogefficiënte technologie (en daarmee efficient gebruik van oppervlakken) en circulariteit

Het totaal benodigde paneeloppervlak in 2050 zou bij 200 GWp en een gemiddeld rendement van 25% 800 km2 bedragen. Het totale systeemoppervlak is groter dan dat en hangt af van de het soort systemen dat zou worden gebruikt (daken, gevels, grondgebonden systemen, etc.), maar zal zeker zo’n 1000 km2 bedragen. Dat is een aanzienlijk oppervlak en daarom is het belangrijk om de systemen zoveel mogelijk te integreren in bestaande objecten of om oppervlakken voor meerdere doelen tegelijk te gebruiken. Denk bij dat laatste bijvoorbeeld aan combinaties van landbouw en zonne-energie.

10. Hoe gaan we om met opslag van zonne-energie?

Het opwekken van grote hoeveelheden hernieuwbare elektriciteit is essentieel om ons energieverbruik te kunnen verduurzamen, maar niet voldoende. De opgewekte elektriciteit moet ook worden geïntegreerd in het energiesysteem, zodat zonne-energie samen met alle andere bouwstenen een schoon, betaalbaar, betrouwbaar en veilig totaal kan vormen. Opwekking, transport, opslag, omzetting in andere energiedragers en eindverbruik moeten op elk moment op elkaar worden afgestemd en dat is een complexe puzzel die in samenhang tussen lokaal, regionaal, nationaal en internationaal niveau moet worden opgelost, rekening houdend met technische, economische en maatschappelijk factoren en randvoorwaarden. Omdat er niet één oplossing is, maar meerdere of zelfs vele, wezenlijk van elkaar verschillende oplossingen is systeemintegratie ook een zoektocht en een verkenning.

Systeemintegratie van zonne-energie vraagt een combinatie van maatregelen in en bij de systemen zelf en maatregelen die op andere plaatsen en niveaus in het energiesysteem worden genomen, meestal met een bredere functie. Een sleutelbegrip bij systeemintegratie is ‘flexibiliteit’, waarmee onder meer wordt gedoeld op de mogelijkheid om vraag en/of aanbod te kunnen regelen of sturen. Voor zonne-energie kan dit betekenen dat het vermogen dat een systeem levert en dat normaal gesproken het zonaanbod volgt kan worden ‘teruggedraaid’, of dat de elektriciteit eerst wordt opgeslagen en pas wordt geleverd als er vraag is, respectievelijk als de waarde het hoogst is. Opslag kan plaatsvinden op het niveau van de panelen of het systeem of elders, denk aan de accu van de elektrische auto voor de deur. Omzetting van zonnestroom in warmte, al dan niet met (seizoens)opslag, of in een brandstof zijn andere mogelijkheden om flexibiliteit en waarde te creëren. Opslag en omzetting zijn mogelijkheden die in de loop van de tijd economisch aantrekkelijker worden en in beeld komen als concurrerende oplossing.

Daarnaast kunnen geografische spreiding, systeemontwerp (en daarmee het opwekprofiel over dagen en siezoenen), vraagsturing, netverzwaring, etc. helpen om acute inpassingsbeperkingen te verminderen.

11. Waarom zijn zonneparken nodig?

Zonne-energie op akkers, weilanden of andere terreinen in het buitengebied; het is een schrikbeeld voor veel mensen. Tegelijkertijd is het de goedkoopste vorm van zonnestroom en ligt daar een groot potentieel. Het is ook een marktsegment waar relatief snel grote stappen kunnen worden gezet. Om de klimaatdoelen voor 2030 en 2050 te halen en de temperatuurstijging ruim onder de 2 graden te houden moeten we niet alleen véél doen, maar ook snél handelen. Hoewel gebouwen en andere ‘harde oppervlakken’ nog heel veel plaatsingsruimte bieden is het grotendeels benutten daarvan technisch en organisatorisch complex en deels ook economisch voorlopig nog minder aantrekkelijk. De snelheid die we daar kunnen maken is dus beperkt. Daarom kunnen we ons niet permitteren om belangrijke andere mogelijkheden vooraf helemaal af te schrijven. TNO is zich bewust van de dilemma’s en begrijpt de bezwaren en zorgen. Op sommige locaties kunnen we beter helemaal geen zonne-energie installeren, bijvoorbeeld in kwetsbare natuurgebieden of plaatsen met grote landschappelijke of cultuurhistorische waarde. Op andere plaatsen is zorgvuldigheid altijd geboden, maar is er over het algemeen veel meer mogelijk dan men misschien denkt of dan er in eerste instantie wordt voorgesteld. Soms is een standaard zonnepark een prima oplossing, maar meestal moeten verschillende belangen en waarden worden afgewogen. TNO werkt daarom met zijn partners aan geavanceerde toepassingen, waarbij landschappelijke inpassing, combinaties met land- en tuinbouw, ecologisch landbeheer en circulariteit centraal staan. Technologische innovaties geven hier nieuwe mogelijkheden. Een sprekend voorbeeld zijn tweezijdig werkende panelen in een verticale opstelling, waardoor tussen de panelen bijvoorbeeld gewasteelt mogelijk is. Bovendien is de elektriciteitsopbrengst daarbij vrijwel onafhankelijk van de oriëntatie (oost-west, noord-zuid en alles daartussen).

12. Wat zijn de grootste uitdagingen bij zonne-energie op water?

Het toepassen van zonne-energie op water is een grote technologische, economische, ecologische en landschappelijke uitdaging. Technologisch, omdat de systemen bestand moeten zijn tegen zware storm en soms zeer hoge golven, omdat zeker zout water erg corrosief is en omdat vervuiling door vogels een groot probleem kan zijn. Economisch, omdat de systemen tegen soms extreme omstandigheden moeten kunnen en toch goedkoop genoeg moeten zijn om een bijdrage te kunnen leveren aan de energietransitie. Daarbij helpt het dat de opbrengst van drijvende systemen kan worden verhoogd door ze de zon te laten volgen (met de zon te laten meedraaien). De ecologische uitdaging is onder meer om effecten op het waterleven en de waterkwaliteit van de onvermijdelijke schaduwwerking van drijvende systemen te beperken en zo mogelijk een positief effect te bereiken. De landschappelijke uitdaging is om de locatie van drijvende systemen zorgvuldig te kiezen en ze zoveel mogelijk te laten passen in de omgeving. TNO werkt met partners aan al deze aspecten, waarbij toepassingen op binnen- en buitenwateren ook waardevolle ervaring en kennis opleveren voor de zeer uitdagende echte offshore toepassingen, die we zien als ‘high risk, high potential’.

13. Wat zijn de uitdagingen bij zonne-energie van gebouwen?

Gebouwen zijn de plaats bij uitstek voor de toepassing van zonne-energie: er is een groot oppervlak beschikbaar (ruim 1000 km2 op daken en 2000 km2 op gevels) en opwekking en gebruik van elektriciteit kunnen daar bij elkaar komen. Vrijwel iedereen vindt dan ook dat we daarop sterk moeten inzetten. TNO vindt dat ook en zonne-energie op en in gebouwen is daarom een belangrijk thema in het onderzoeksprogramma. Specifieke uitdagingen voor dit toepassingsgebied zijn ten eerste het beperkte draagvermogen van veel grote daken en ten tweede de esthetische, architectonische en bouwtechnische aspecten van de toepassing van pv op en in gebouwen. Gebouwen met een groot dakoppervlak zoals distributiecentra en agrarische bijgebouwen (schuren en stallen) zijn vaak niet ontworpen om het extra gewicht van een pv installatie te kunnen dragen. TNO werkt daarom samen met partners aan alternatieve lichtgewichtoplossingen. Daarin zijn glas en aluminium vervangen door kunststoffen. Deze oplossingen kunnen zowel als stijve modules als in de vorm van flexibele producten verder ontwikkeld worden.

Geïntegreerde toepassingen en gecombineerd ruimtegebruik zijn kernthema’s is het TNO-onderzoekprogramma. De uitdaging daarbij is om het kostenverschil met standaard oplossingen zo klein mogelijk te maken of om de alternatieven zelfs goedkoper te laten zijn, zeker wanneer de toegevoegde waarden worden meegerekend. Verder moeten ze op grote schaal toepasbaar zijn om impact te kunnen hebben. Deze nieuwe generatie zonne-energie eindproducten is er nog niet maar zal in de loop van de komende jaren beschikbaar komen. Om op maat gemaakte producten grootschalig en betaalbaar vervaardigen ontwikkelt TNO een productiemethode om zonne’laminaten’ in vrijwel elke gewenste vorm en maat te vervaardigen, zodat ze vervolgens in allerlei materialen en objecten kunnen worden verwerkt. Denk bijvoorbeeld aan stroomproducerende bouwelementen. Deze aanpak noemen we ‘mass customization’ en die geeft een enorme impuls aan verduurzaming van de gebouwde omgeving en biedt ongekende kansen voor bedrijven.

14. Hoe duurzaam is zonne-energie en hoe staat het met het recyclen van zonnepanelen?

Zonne-energie is van zichzelf hernieuwbaar, maar niet automatisch volledig duurzaam en circulair. Wanneer zonne-energie op zeer grote schaal gaat worden toegepast is het belangrijk om ervoor te zorgen dat er geen afvalberg ontstaat en dat de gebruikte materialen opnieuw kunnen worden gebruikt; bij voorkeur weer voor zonne-energie of een andere hoogwaardige toepassing. Met andere woorden: om materialen te recyclen. Weliswaar wordt het leeuwendeel van de zonnepanelen en andere componenten en materialen nu al hergebruikt maar nog niet alles en voor een deel ook in producten van lagere waarde (‘downcycling’). Zo kan nog niet alle zilver uit de zonnecelcontacten worden teruggewonnen en wordt het silicium van zonnecellen niet opnieuw voor zonnecellen gebruikt.

Daarnaast is het belangrijk om het gebruik van schaarse of schadelijke materialen te minimaliseren en liefst helemaal te vermijden. Silicium, het materiaal waarvan tot nu toe verreweg de meeste zonnecellen zijn gemaakt, is een van de meest voorkomende elementen op aarde en levert dus geen beperkingen op. Dat geldt niet voor enkele elementen die in andere soorten zonnecellen nodig zijn, zoals indium.

Behalve materialen is er ook energie nodig om zonnestroomsystemen te produceren en te installeren. Die energie moet worden ‘terugverdiend’ voordat een systeem netto hernieuwbare energie kan gaan leveren. De ‘energieterugverdientijd’ moet liefst zo kort mogelijk zijn en het ‘energierendement op investering’ (energy return on energy investment) zo hoog mogelijk. Op dit moment is de energieterugverdientijd van complete systemen in ons klimaat ruim een tot enkele jaren op een levensduur van 25 tot 30 jaar. Het is de verwachting dat de energieterugverdientijd de komende tijd naar minder dan een jaar of zelfs naar een half jaar zal worden verkort door verbetering van bestaande technologieën en door de introductie van nieuwe technologieën zoals zonnefolies.

15. Hoe is de geschiedenis van zonne-energie begonnen?

Zonnecellen kunnen worden gemaakt van allerlei (halfgeleider)materialen, elk met specifieke voor- en nadelen. Hoewel het fotovoltaïsch effect dat aan de werking van zonnecellen ten grondslag ligt al in 1839 werd ontdekt door de toen 19-jarige Edmond Becquerel (de foto toont hem op latere leeftijd) duurde het tot in de jaren ’50 van de vorige eeuw voordat er commercieel zonnecellen voor energietoepassingen konden worden geproduceerd. Dat waren kristallijn-silicium zonnecellen, na een doorslaggevende uitvinding van Pearson, Chapin en Fuller (zie foto) bij Bell in de VS. De uitvinding maakte het mogelijk om relatief efficiënte zonnecellen te maken met een goed bruikbaar proces.

Al kort na de uitvinding droomde men van kleinschalig en grootschalig gebruik van zonnepanelen en in 1958 werd de eerste satelliet met siliciumzonnecellen gelanceerd: de Vanguard I. Siliciumzonnecellen werden snel efficiënter en kregen vooral vanaf de jaren ’70 gezelschap van zonnecellen gemaakt van andere materialen. Dat waren met name dunnefilmzonnecellen op basis van amorf silicium (a-Si), cadmiumtelluride (CdTe) en koper-indium-diselenide (CIS) en zonnecellen van galliumarsenide (GaAs).

Meer weten over zonne-energie?

Lees de whitepaper ‘Zonne-energie op weg naar impact'

Meer lezen

Nog meer lezen over de zon en zonne-energie? Wim Sinke, hoofdonderzoeker zonne-energie bij TNO, heeft meegeschreven aan het boekje De Zon. Bron van leven, energie en zorg.

Ons werk

Verantwoord zonnepark is zuinig op landschap en natuur

Over tien jaar wekt ons land naar verwachting vijf keer zoveel zonne-energie op als in 2020. Sommige scenario’s gaan ervan uit dat dat in 2050 bijna 20 keer zoveel is. Daarvoor is een forse uitrol van... Lees verder
Ons werk

Groeiend potentieel voor zonne-energie in bouw en infrastructuur

De oppervlakte die in Nederland kan worden benut voor het opwekken van zonne-energie is groot en groeiende. TNO ontwikkelt zonne-energieconcepten voor optimale integratie in de gebouwde omgeving: van daken,... Lees verder
Ons werk

Eerste auto’s op zonne-energie dit jaar de weg op

De elektrische auto is dankzij een alsmaar groeiende actieradius definitief doorgebroken. Met de Lightyear One, een van de eerste commercieel verkrijgbare auto’s op zonne-energie, is een volgende doorbraak... Lees verder
Ons werk

Mass customization: zonne-energie betaalbaar, op maat en grootschalig

Op maat gemaakte producten grootschalig en betaalbaar vervaardigen. Het lijkt een tegenstelling, maar is toch de toekomst van zonne-energie. TNO ontwikkelde een productiemethode om zonnemodules in allerlei... Lees verder
Ons werk

Rendement zonnepanelen blijft stijgen waar kosten dalen

Zonne-energie is betaalbaar en betrouwbaar. De bekende panelen, vaak toegepast op daken, halen al jaren een uitstekend rendement. Toch is er nog veel winst te behalen. TNO verwacht dat het omzettingsrendement... Lees verder
Ons werk

Nieuwe technologieën maken pv veelzijdiger

Nog steeds vormt kristallijn silicium met een wereldwijd marktaandeel van 95% de basis voor de meeste (pv) zonnepanelen. Maar de potentie voor verdere verbetering en kostenverlaging is enorm. Met een garantie... Lees verder
Ons werk

Webinar #1: Zonne-energie op weg naar impact

Het hoofdonderwerp van het webinar op 4 maart 2021 was 'Zonne-energie op weg naar impact'. We bespraken de uitkomsten van de gelijknamige whitepaper en zoomen in op zonne-energie in het landschap en op... Lees verder
Roadmap

Innovatie en de opkomst van zonne-energie

De zon is een onuitputtelijke bron van energie voor al het leven op aarde. Sinds enkele decennia kunnen wij mensen het licht van deze ster omzetten in elektriciteit en warmte. Op termijn hoeven we daardoor... Lees verder
Contact

Prof. dr. Wim Sinke

Benieuwd hoe de toekomst van zonne-energie eruit ziet?

Welke keuzes hebben we bij het benutten van zonne-energie in de gebouwde omgeving?

Wat is er nog nodig op technologisch gebied?

Volg TNO op social media

Blijf op de hoogte van het laatste nieuws, de vacatures en activiteiten

Op TNO.nl maken we gebruik van cookies. De daarin opgeslagen informatie kan bij een volgend bezoek weer naar onze servers teruggestuurd  worden.