De ontwikkeling van de kosten en de efficiëntie van zonnepanelen kruipt langzaam richting zijn piek. Solliance noemt inzicht in de materiaaldegradatie- en faalmechanismen van een zonnecel daarom ‘de heilige graal voor levensverbetering en toepassing van zonnecellen onder zware omstandigheden’. Hoe wordt dit onderzocht?

Het verdienmodel van een zonnepaneel is eigenlijk heel eenvoudig. Het bestaat uit kosten, efficiëntie en levensduur. Wat kost het om een paneel aan te schaffen en te installeren? Hoeveel wattpiek levert het paneel op? En hoe lang gaat het paneel mee?

Met dit alles hoop je als eigenaar natuurlijk dat de kosten per kilowattuur (kWh) zo laag mogelijk zijn, want dan is de terugverdientijd korter en ga je eerder energie besparen of er zelfs aan verdienen. In een recent webinar van Solliance besprak het bedrijf hoe zij samen met verschillende onderzoekspartners de levensduur van zonnepanelen onderzoeken en verder hopen te verlengen.

Degradatieonderzoek
CIGS-zonnecellen (zonnecellen van koper-indium-galliumselenide) zijn zeer efficiënt met een energieopbrengst van 23,35 procent, heeft een gunstige temperatuurcoëfficiënt (gevoeligheid van de elektrische weerstand voor temperatuurschommelingen) en CO2-voetafdruk, en is flexibel toe te passen.

 “Uit een grote studie die liep van 2010 tot en met 2016 bleek dat de gemiddelde degradatie van een zonnepaneel slechts 0,5 procent per jaar is”, zegt TNO-onderzoeker Mirjam Theelen. “TNO deed hier zelf ook onderzoek naar en uit hieruit bleek dat de mediane degradatie – het aantal panelen dat degradatie van cellen vertoonde ten opzichte van het aantal waarvan de prestatie verbeterde – 0,0 procent per jaar is. Om de zonnepanelen door te ontwikkelen is meer kennis van degradatie nodig.”

Coring
Om de levensduur te verlengen doet Theelen onderzoek naar kapotte CIGS-zonnepanelen. Haar zelf ontwikkelde ‘coring-methode’ isoleert functionerende cellen binnen een volledige module. Van het zonnepaneel wordt een kleine cirkeluitsnede (een core) gemaakt, om die vervolgens te testen. De elektrische en fysische eigenschappen van een cel kunnen hiermee worden bepaald om de oorzaak van degradatie van de module beter te begrijpen. “We passen dit nu toe op CIGS-zonnecellen, maar deze methode werkt ook voor andere PV-technologie”, aldus Theelen.

Door kleine uitsneden van zonnepanelen te bestuderen kon potentieel-geïnduceerde degradatie (PID) eveneens worden aangepakt. Een vorm van degradatie die in de eerste weken na installatie van een zonnepaneel kan voorkomen, doordat frame-ionen worden aangetrokken door de negatieve spanning van het zonnepaneel en in de zonnecellen terechtkomen. Dit kan een vermogensverlies tot 30 procent veroorzaken. “Coring onderzoekt heel precies de ontwikkeling van een klein gebied en kon daardoor ook heel precies het effect van PID bestuderen.”

Geïntegreerde sensoren
Professor Michaël Daenen van de Universiteit Hasselt heeft een andere interessante methode ontwikkelt om degradatie nauwkeurig te onderzoeken, namelijk met geïntegreerde sensoren. Deze sensoren kunnen live de werkelijke omstandigheden in de zonnecel meten. Daenen: “Hiermee kunnen we heel nauwkeurig zien hoe een zonnepaneel reageert op een stresstest met de directe druk van bijvoorbeeld een flinke sneeuwlast, maar ook de effecten van temperatuurstijgingen door directe en indirecte warmtebronnen.”

Met alle nieuwe technieken moet op termijn niet alleen zonneceldegradatie zoveel mogelijk worden verminderd, maar dat als er dan degradatie optreedt, het ook snel gerapporteerd wordt. “Uiteindelijk zou het mooi zijn als zonnemodules automatisch doorgeven wanneer en welke zonnecellen tekenen van degradatie beginnen te vertonen”, concludeert Theelen. “Dan kan het paneel direct gerepareerd of vervangen worden.”