Op de druk bezochte Intersolar in de Messe van München waren vele innovatieve ontwikkelingen te zien, zowel op het gebied van fotovoltaïsche zonne-energie (PV), elektriciteitsopslag, omvormers als ten aanzien van de praktijkgebeurtenissen op dit terrein. Een impressie van de stand van zaken.
Rijkert Knoppers, in: Technisch Weekblad nr. 16, 24 augustus 2018
Wie de technische eigenschappen van de nieuwste monokristallijn silicium zonnepanelen van de Duitse firma Recom bestudeert, ziet dat de nieuwste vier modellen, met vermogens tussen 295 tot 310 Watt, een rendement van minstens 18 procent hebben. ‘Dat is meer dan onze oudere modellen, die niet verder kwamen dan ongeveer 17 procent. De hogere efficiency is te danken aan het toepassen van PERC,’ vertelde Tatiana Panchenko van het in Düsseldorf gevestigde Recom-Solar bij haar stand op de Intersolar in München. ‘PERC staat voor Passivated Emitter Rear Cell, het is een relatief nieuwe techniek om het rendement van zonnepanelen te verbeteren. Dit gebeurt door het aanbrengen van een extra laag aan de achterkant van de zonnecel waarin veel kleine gaatjes zijn gestanst.’ Door deze passiveringslaag ontstaat er een elektrische verbinding tussen de fotovoltaïsche (PV) cellen en de achterkant die de elektronische recombinatie vermindert, waardoor de elektriciteitsproductie per vierkante meter stijgt. Een nadeel van deze toepassing is echter dat door de betreffende laag de zonnecellen breekbaarder zijn. Maar de voordelen wegen duidelijk op tegenover dit nadeel, op deze wereldwijde grootste zonnebeurs en –conferentie blijkt dat veel zonnepaneelfabrikanten zowel bij monokristallijn als bij polykristallijn silicium zonnepanelen PERC hebben toegepast. ‘Wij waren de eerste fabrikant die rond het jaar 2015 deze techniek bij multikristallijn ‘half-cut’ silicium cellen zijn gaan toepassen,’ vertelt Steve O’Neill, CEO van REC Solar, een van oorsprong Noors bedrijf met inmiddels vestigingen in diverse landen. ‘Wij hebben later de techniek verbeterd door PERC geschikt te maken voor N-Type monokristallijn zonnemodules, waarbij de achterkant van de cellen volledig gediffundeerd zijn, zonder kleine gaatjes. De door ons ontwikkelde passiveringslaag staat bekend onder de naam Passivated Emitter Rear Cell Totally Diffused (PERT), deze voorkomt niet alleen recombinatie, maar houdt ook de temperatuur laag. ’ REC Solar presenteerde op de eerste dag van de beurs een nieuw model N-Type monokristallijn silicium zonnepaneel, waarbij niet alleen de PERT laag is aangebracht, maar die ook in plaats van het algemeen gangbare (positieve) P-type als noviteit het (negatieve) N-type zonnecel is toegepast. ‘Tot nu toe produceerden we P-modules, waarbij de cellen zijn gedoteerd met borium dat een elektron minder bezit dan silicium,’verduidelijkte O’Neill. ‘De markt vraagt echter steeds meer om hoge vermogens en een steeds hoger rendement. Door naast een multiwafer ook een monowafer toe te passen hebben we nu een N-type kunnen ontwikkelen. Deze nieuwe generatie zonnecel is gedoteerd in fosfor, dat een elektron meer bezit dan silicium. Behalve een hoger rendement is er nog een voordeel, namelijk dat door de afwezigheid van borium er vrijwel geen degradatie van de cel als gevolg van de lichtinval optreedt.’ Het nieuwe paneel is opgebouwd uit 60 half-cut zonnecellen met een totaal piekvermogen tot 330 W. De jaarlijkse degradatie ligt op 0,5 procent, wat betekent dat het paneel in staat is om na 25 jaar nog 86 procent van de oorspronkelijke opbrengst te produceren.
De genoemde half-cut technologie is zo veelbelovend, dat diverse fabrikanten deze inmiddels omarmd hebben. Het gebruik van half gesneden cellen vergroot het oppervlak van de module, waardoor de zonnecellen meer licht kunnen absorberen. Ook neemt de kans op hotspots af, en treden er minder verliezen op. Deze techniek kan volgens opgave van verschillende producenten tot een stijging van 10 Wp (wattpiek) per paneel leiden.
Bifacial
Sterk in opkomst zijn de bifacial zonnepanelen. Het gaat hierbij om tweezijdig werkende zonnepanelen, die aan de achterkant geen witte of zwarte folie hebben, maar zijn voorzien van een glasplaat of een transparante folie. In principe kunnen de zonnecellen bijna net zo efficiënt licht via de achterkant in elektriciteit omzetten als licht dat van de voorkant komt. Het in München gevestigde Almaden Europe heeft bijvoorbeeld een zonnepaneel met een piekvermogen van 290 W als er alleen aan de voorkant licht op valt, maar dankzij reflectie van het zonlicht op de achterzijde van het paneel kan het totale piekvermogen oplopen tot 360 W. Dakpannen of gras onder het zonnepaneel kunnen de opbrengst met ongeveer 10 tot 20 procent verhogen, een goed reflecterend oppervlak levert 20 tot 30 procent meeropbrengst op, terwijl de weerkaatsing van sneeuw of ijs tot maar liefst 30 tot 35 procent meer stroomproductie kan veroorzaken. Het voorspellen van de meeropbrengst is echter tamelijk complex, en hangt niet alleen af van het reflecterende materiaal onder het paneel, maar ook van de afstand tussen paneel en ondergrond en de beschaduwing die het paneel zelf veroorzaakt.
Ook op het gebied van elektriciteitsopslag is het nodige nieuws te vermelden. Zo presenteerde het Duitse Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems een prototype van een nieuw model oplaadbare accu voor grootschalige energieopslag. De stapelbare accu werkt met een waterige chemische oplossing, waardoor brandgevaar is uitgesloten. Het opslagmedium is gemaakt van goedkoop materiaal, de flexibele opbouw maakt dat de accu op vele manieren toepasbaar is.
Ook de nieuwe redoxaccu van het in München gevestigde Voltstorage is niet brandbaar dankzij het feit dat de vloeibare elektrolyt uitsluitend onbrandbare ingrediënten bevat. De voor huishoudelijke toepassingen bedoelde accu van 1,4 x 0,6 x 0,6 meter heeft een capaciteit van 6,8 kWh, het vermogen ligt op maximaal 2 kW. Een redoxaccu bestaat uit twee tanks, de vloeibare elektrolyt bevat metaalionen, die in de accu via een membraan van de ene naar de andere tank bewegen, waarbij de negatief geladen elektronen tussen de aansluitpolen stromen. Redoxaccu’s werken snel, doordat het opladen van de accu slechts een kwestie is van het vervangen van de uitgeputte elektrolyt door een nieuwe vloeistof. Volgens het betrokken bedrijf gaat het hier om wereldwijd de eerste redoxaccu voor thuistoepassingen die kosteneffectief goed uitpakt. Een nadeel van redoxaccu’s is echter dat de energiedichtheid relatief laag is.
Kader 1
Esthetisch verantwoorde zonnepanelen
In hal 2 stand 580 was hij te zien: een full color zonnepaneel dat dankzij het afgebeelde landschap met daarin een persoon nog eerder op een schilderij leek dan op de gebruikelijke gangbare egaal zwarte of blauwe zonnepanelen. Het gaat hierbij om een ontwerp van Dutch Solar Design Photovoltaic (DSD-PV), een Nederlands consortium van onder meer ECN-part-of-TNO, UNStudio en TS Visuals. ‘We willen met dit duurzame gevelelement de ontwerpvrijheid van de architect zoveel mogelijk vergroten, zodat er een esthetisch verantwoorde toepassing van zonne-energie in de gebouwde omgeving mogelijk is,’ vertelt projectmanager Leon Laas van ECN part of TNO. ‘Uit onderzoek is gebleken dat een rasterstructuur op de zonnecellen de meeste mogelijkheden biedt, niet alleen wat betreft het uiterlijk maar ook ten aanzien van de vorm en afmetingen. We hebben daarbij gekozen om de elektrische contacten aan de achterkant van het paneel aan te brengen, in plaats van aan de voorkant.’ Een van de opties is het aanbrengen van een baksteenstructuur op de zonnepaneel, zodat het paneel onopvallend in een muur is onder te brengen. De nadruk op de esthetische kant betekent wel dat de stroomopbrengst per jaar ongeveer 15% lager ligt dan van een standaard PV-paneel.
Kader 2
PV in opmars
Het grote succes van de Intersolar, met 1.177 standhouders uit 49 landen en rond de 47.000 bezoekers illustreert het feit dat de PV-markt flink in de lift zit. Ook cijfers over de toepassing van PV in verschillende landen bevestigen deze tendens. Zo zal binnen Europa dit jaar naar verwachting de installatie van ongeveer 11 GW aan nieuwe zonnepanelen gebeuren, voor 2019 zal het totaal vermogen nieuw geplaatste panelen op 16 GW liggen, een groei van ruim 45 procent ten opzichte van 2018. Gezien het groot aantal bedrijven dat zich inmiddels gespecialiseerd heeft in zonnepanelen, zal de concurrentie groot zijn. ‘Onze strategie is erop gericht om een optimale kwaliteit en betrouwbaarheid te leveren,’ vertelt vicepresident Ivano Zanni van het eerder genoemde REC Solar uit Noorwegen. ‘Een voorbeeld is de door ons ontwikkelde, volledig zwarte Twinpeak modules, die uit esthetisch oogpunt vooral geschikt zijn op gebouwen die donker gekleurd zijn. Daarmee proberen wij ons te onderscheiden.’ Ook andere bedrijven gaan vanzelfsprekend de concurrentie aan. Zoals het Chinese Hanergy uit Beijing, dat gespecialiseerd is in dunnefilm zonnecellen van gallium arsenide met een rendement van 31,6 %. Deze zijn bijvoorbeeld op dakpannen aan te brengen, maar ook op onbemande vliegtuigen, die dankzij de hoogrendements zonnecellen 4 tot 6 uur met een kruissnelheid van 60 km/uur continu kunnen vliegen! Met een spanbreedte van 4,4 meter staat het unmanned aerial vehicle op de beurs opvallend in het zicht. Als dat geen aandacht trekken is?