Er wordt altijd veel onderzoek gedaan naar welke zonnepanelen het hoogste rendement halen. Een goede manier om dat te bepalen is om te kijken naar hoeveel zonlicht het paneel kan omzetten in elektriciteit. Dit wordt efficiëntie genoemd en uitgedrukt in een percentage. Waar zijn de records nou precies op gebaseerd en wat zijn nou de zonnepanelen met het hoogste efficiëntie?

Om te beginnen bestaan er verschillende soorten zonnepanelen. Denk aan de klassieke panelen, bifaciale panelen die aan twee zijden energieopbrengst hebben en panelen met cellen met zogenoemde back-contact-cellen, waarbij de elektrische contacten aan de achterzijde van de cel zijn geplaatst. Kort gezegd zijn er drie hoofdtypen waar gebruik van wordt gemaakt: technologien op basis van krikstallijn silicium, dunne film-zonnecellen en cellen die gestapeld zijn, zoals in een tandemconstructie.

De technologie die het meest gebruikt wordt is kristallijn sicilium, dat een wereldwijd marktaandeel heeft van 95 procent. Het bestaat ook al meer dan 50 jaar. “De opbrengst van siliciumzonnecellen die in massaproductie worden gemaakt is in het afgelopen decennium sterk gestegen tot ruim boven de 20 procent”, zo geeft TNO aan.

Dunne-filmcellentechnologie vormt een alternatief voor silicium. Waar siliciumcellen ongeveer 150 micrometer dik zijn, zijn dunne-filmcellen slechts 1 tot 3 micrometer dik. Siliciumcellen kunnen, afhankelijk van het gebruikte substraat, ook flexibel worden toegepast.

Normale zonnepanelen vangen zonlicht maar aan één kant op. TNO behoorde tot de eerste ontwikkelaars van bifaciale zonnepanelen, die inmiddels op grote schaal worden gebruikt. Deze panelen leveren doorgaans 10–20 procent meer energieopbrengst dan monofaciale panelen, afhankelijk van de reflectie in de omgeving.

Wat bepaalt de efficiëntie van een zonnepaneel?

De efficiëntie (het rendement) van een zonnepaneel geeft aan welk percentage van het invallende zonlicht wordt omgezet in elektrische energie. Deze waarde wordt uitgedrukt in procenten en gemeten onder standaard testcondities (STC): een zoninstraling van 1.000 watt per vierkante meter, een celtemperatuur van 25 graden Celsius en een vastgelegd zonlichtspectrum.

De efficiëntie van zonnepanelen wordt bepaald door twee hoofdfactoren: de efficiëntie van de fotovoltaïsche (PV-)cel, die afhangt van het ontwerp van de zonnecel en het type silicium dat wordt gebruikt, en de totale paneelefficiëntie, die wordt beïnvloed door de celindeling, configuratie en de afmetingen van het paneel. Het vergroten van het paneeloppervlak leidt tot een hogere absolute opbrengst, doordat er meer zonlicht wordt opgevangen, maar verandert de efficientie (het rendement per vierkante meter) niet.

Geen last van schaarse grondstoffen

Het zijn zonnepanelen van persovskiet die vaak naar voren komen als het type met een heel hoog potentieel. Wat zijn dat precies voor panelen en waarom zijn ze zo voordelig? Perovskietzonnecellen worden gevormd door een absorptielaag. Deze laag bevat een materiaal met kristalstructuur die zonlicht absorbeert en dat vervolgens omzet in stroom van elektrische ladingen.

Bij dit proces ontstaan twee soorten ladingsdragers: elektronen (negatief geladen) en gaten (positief geladen). De perovskietlaag is aan de onder- en bovenzijde omgeven door laagjes transportmateriaal die maar één van de twee soorten lading doorlaten: elektronen, of gaten. Door dat ladingstransport ontstaat er een spanningsverschil. De laag die elektronen accepteert wordt negatief, de laag die gaten accepteert wordt positief. Om de elektrische stroom goed af te kunnen voeren worden de transportlagen bedekt met geleidende elektrodes.

Wat maakt de belofte van het gebruik van perovskiet in zonnecellen zo groot? Ten eerste zijn de grondstoffen die nodig zijn niet zo schaars, die kun je op heel veel plekken ter wereld winnen en dat maakt ze bovendien goedkoop. Daarnaast is er maar heel weinig perovskiet nodig om een functionele zonnecel te maken. De perovskietabsoptielaag is meestal tussen de 0,5 en 1 micrometer dik. Het productieproces waarbij perovskiet op een ondergrond wordt aangebracht is eenvoudig en het kan bij lage temperaturen. Hierdoor kost het minder energie om ze te maken en blijven de productiekosten laag.

Perovskiet en wereldrecords

Perovskietzonnepanelen van het bedrijf LONGi hebben onlangs nog een wereldrecord rond rendement verbroken. LONGi heeft zelfstandig twee kristallijn-silicium–perovskiet tandemzonnecellen ontwikkeld die een conversie-efficiëntie van 34,85 procent heeft bereikt. Deze prestatie is gecertificeerd door het U.S. National Renewable Energy Laboratory (NREL) en betekent opnieuw een wereldrecord voor de efficiëntie van kristallijn-silicium–perovskiet tandemzonnecellen. Kristallijn-sicikium-perovskiet tandenmzonnecellen beschikken verder over een theoretische efficientielimit van ruim 43 procent en dat ligt ruim boven de limiet van enkelvoudige zonnecellen van 33,7 procent.

Vorige maand werd ook bekend dat het Chinese bedrijf JinkoSolar een rendementspercentage van 34,76 procent bereikt had. Het bedrijf verklaarde dat deze prestatie werd behaald met een tandemzonnecel gebaseerd op n-type TOPCon-wafertechnologie. In eerdere pogingen had JinkoSolar voor dezelfde apparaatconfiguratie al een efficiëntie van 34,22 procent bereikt.

Volgens het bedrijf is deze recente doorbraak te danken aan systematische innovaties in zowel perovskiet- als tandemtechnologieën. Belangrijke verbeteringen zijn onder meer het gebruik van nieuwe technieken voor perovskietkristallisatie en geoptimaliseerde strategieën voor verticale ladingtransporten. Ondanks deze goede prestatie houdt LONGi dus voorlopig het record in handen van panelen met het hoogste rendement.

De meest efficiënte commercieel verkrijgbare zonnepanelen

Clean Energy Reviews heeft een overzicht gemaakt van de bedrijven met de meest efficiënte, commercieel verkrijgbare zonnepanelen . Aiko Solar staat daarin op de eerste plaats met de Neostar 3P54, deze heeft een rendement van 25 procent. LONGi Solar staat op 2, in deze top 10 met de Hi-MO X10 Explorer, die een rendement heeft van 24,3 procent. De derde plaats is voor Maxeon, met de gelijknamige Maxeon 7. Deze heeft een percentage van 24,1 procent. Nummer 4 is voor Suntech met de Ultra BC, die heeft een percentage van 24 procent.

Ook Jinko Solar staat in deze top met de Tiger Neo, die een percentage van 23,8 procent. Datzelfde rendementspercentage hebben de Deep Blue 4 Pro van JA Solar en de TNC 2.0 G12R-48 van JW Solar ook. De Black Tiger Series van Recom Tech en Andromeda 3.0 van SPIC hebben een percentage van 23,6.