De afgelopen jaren heeft de technische ontwikkeling van zonnecellen en –panelen in het teken gestaan van het verhogen van de efficiëntie. Dit was nodig om de kosten-batenanalyse steeds gunstiger te laten uitvallen. Welke doelen zijn behaald en welke technische ontwikkeling zitten er nu aan te komen?

Eerst de huidige stand van zaken. “95 procent van de panelen worden op dit moment gemaakt met kristallijn silicium, de cellen hebben een gemiddelde dikte van 160 micrometer en heeft een moduleconversie-efficiëntie van 20 procent”, zegt Arthur Weeber, Programma Manager PV Technologies bij TNO, in een recent webinar van TNO. “De overige 5 procent is dunne film, zoals zonnefolies. Daarvan zijn de cellen gemiddeld maar 2 micrometer dik, maar de moduleconversie-efficiëntie is met 17-18 procent ook nog iets lager.”

De focus op kostenbesparing heeft zijn vruchten afgeworpen. Waar de efficiëntie met factor twee is gestegen, zijn de prijzen met maar liefst factor twintig gedaald. “Door het jarenlange opschalen hebben deze innovaties en prijsontwikkelingen kunnen plaatsvinden. Het zonnepaneel is een standaardproduct geworden”, stelt Weeber.

Een van de doelen van de sector is het halen van 40 procent energie output tegen €0,01/kWh. Op 8 april 2021 werd dit doel al deels gehaald toen de prijs van $0,0104/kWh werd bereikt met een project in Saudi-Arabië. Weeber: “Volgende targets zijn het volledig integreren van de panelen in de omgeving – zoals in een geluidswal of zonneauto – en ervoor zorgen dat panelen niet alleen recyclebaar zijn, maar ook een langere levensduur hebben.”

Hoogwaardige zonnepanelen
“Na de ontwikkeling van de geïntegreerde productie van silicium wafers naar cellen, zitten we nu nog in de fase van het doorontwikkelen van hoogwaardige zonnepanelen”, aldus Agnes Mewe, Programma Manager Silicon solar cells bij TNO. “We willen op grotere schaal hoogwaardige oplossingen op maat kunnen maken, om daarna de stap te kunnen zetten naar het volledig integreren van zonnepanelen in de omgeving. Hiervoor zijn verdere kostenbesparingen nodig. Het is daarom essentieel om de efficiëntie, opbrengst en levensduur verder te verbeteren.”

Een belangrijke ontwikkeling in de productie van hoogwaardige zonnepanelen is de verbetering van de schaduwprestaties. “Wanneer er schaduw op een cel van een standaard zonnepaneel viel, dan schakelde de hele kolom – waartoe die cel behoorde – zichzelf uit. De nieuwste zonnepanelen schakelen alleen de cellen uit waarop schaduw valt”, vertelt Mewe.

“Op moduleniveau werken we nu met reflecterende strips die we tussen zonnecelgroepen plaatsen om zo de opbrengst te kunnen verhogen. Dat proberen we ook met bifaciale zonnecel, die energie kunnen produceren wanneer deze aan de voor- en achterkant verlicht worden. Op celniveau werken we weer aan de efficiëntie, door bijvoorbeeld een transparante en passieve deklaag toe te voegen.”

Duurzaamheid
Het integreren van zonnepanelen in de omgeving is iets waar TNO al wel onderzoek naar doet, zo bleek ook uit een ander recent webinar van de onderzoeksorganisatie. Voordat het breed toegepast kan worden, is er nog wel een ontwikkelingsslag te maken. Om maatwerk breed toe te kunnen passen, is de verdere kostenbesparing die Mewe noemt noodzakelijk.

Het vergroten van de duurzaamheid van de panelen is hiervan ten slotte nog een belangrijk onderdeel. Mewe: “De duurzaamheid kan stappen maken, door de levensduur te verlengen en het type materiaal te verbeteren. Silver en silicium worden veel gebruikt, maar zijn relatief zeldzaam. Het vervangen van deze materialen door koper en aluminium wordt onderzocht, net als het verdunnen van de wafers – uiteraard zonder dat dit ten koste gaat van de energieopbrengst. En ook een hoogwaardig zonnepaneel moet te recyclen zijn.”

TNO
Dit webinar van TNO is het derde deel in een serie van drie over de impact van zonne-energie en zal ook weer uit twee artikelen bestaan. Het eerste deel gaat over de uitdagingen en mogelijke oplossingen van de stijgende impact van zonne-energie. Het tweede behandelde de vraag hoe er zonnepanelen op ieder oppervlak kunnen komen, zie Solar365 voor het verslag van deel 1 en deel 2.