De afgelopen jaren kenmerkt de zonnestroomsector zich door spectaculaire prijsdalingen. Pv-systemen worden zo aantrekkelijker voor consumenten en lucratiever voor installateurs. Welke ontwikkelingen kunnen we nog meer verwachten? Drie pv-experts werpen een blik op de toekomst.
Zonnepanelen hebben meestal een rendement van 16 tot 18 procent. Dat moet de komende tien jaar stijgen naar minstens 30 procent, zegt Wim Sinke, Manager Programmaontwikkeling Zonne-energie bij Energieonderzoekcentrum Nederland (ECN). Op de langere termijn stijgt het naar 40 procent of zelfs hoger, om de directe concurrentie met stroom uit kolencentrales aan te kunnen.
ECN in Petten is een vooraanstaande speler op het gebied van ontwikkeling van geavanceerde zonnestroomtechnologie. Veel onderzoekers kijken op dit moment naar mogelijkheden om zonnecellen en –panelen een steeds hoger omzettingsrendement te geven, legt Sinke uit. Als het rendement stijgt, nemen de systeemkosten af omdat een compactere installatie dezelfde hoeveelheid elektriciteit levert. Om een heel hoog rendement te behalen zijn er volgens Sinke verschillende routes denkbaar. “De huidige zonnecellen zijn meestal gebaseerd op één lichtabsorberend materiaal. Door verschillende materialen te gebruiken in gestapelde cellen kun je meer energie uit het licht halen.” Een gestapelde cel is gevoelig voor een groter deel van het zonnespectrum. De cellen en panelen worden daardoor complexer, maar we weten dat het werkt.
Kleursamenstelling veranderen
Een elegante, maar ook moeilijke mogelijke route naar hoge rendementen, is om de kleursamenstelling van het licht te veranderen, zodat die beter is afgestemd op de gevoeligheid van de cel. Licht bestaat uit energiepakketjes die we fotonen noemen. Pakketjes blauw of ultraviolet licht bevatten twee- tot driemaal zoveel energie als nodig is om een siliciumcel te laten werken. Het energieoverschot gaat als warmte verloren. Een deel van het infrarode licht, daarentegen, bevat niet voldoende energie, zodat het dwars door de cel heengaat.
Door fotonen te ‘knippen’ of te ‘plakken’ kan het zonnespectrum beter worden benut wat kan leiden tot een hoger rendement. Althans, op papier. “De natuur maakt het ons helaas niet makkelijk, maar niet geschoten is altijd mis”, zegt de professor. Deze aanpak bevindt zich nog in een heel pril stadium, evenals de andere routes naar zeer hoge rendementen. Hiernaar zijn onderzoeken gaande in laboratoria over de hele wereld. “Stapeling van cellen is waarschijnlijk de snelste manier om het rendement te verhogen boven de limieten van cellen die van een enkel materiaal zijn gemaakt.”
De meeste zonnecellen, ongeveer 90 procent, zijn nu gemaakt van plakken kristallijn silicium. Een klein deel maakt gebruik van dunne lagen van andere materialen. De lichtabsorberende plakken silicium hebben een dikte van zo’n 0,2 millimeter, terwijl de absorberende laag bij dunne-film zonnecellen slechts een paar duizendsten van een millimeter dik is. Deze zonnecellen zijn gemaakt van materialen als cadmiumtelluride (CdTe), koper-indium/gallium-diselenide/sulfide (CIGS) of silicium in een andere vorm dan het silicium van de plakken. In laboratoria en proefproductie zijn nog allerlei andere dunne-filmmaterialen in ontwikkeling. Dunne-film zonnecellen kunnen onder andere als stroomopwekkende folie worden gemaakt en dat opent vele nieuwe mogelijkheden. Zulke folies zijn nu nog niet zo makkelijk te vinden, maar de verwachting is dat dat de komende jaren geleidelijk zal gaan veranderen.
Stapeling van cellen
“Een veelbelovende ontwikkeling is om efficiënte kristallijn-silicium cellen te combineren met speciaal daarvoor ontwikkelde dunne-film cellen. Daarmee kan het rendement van panelen omhoog naar minstens 30 procent en dat leidt tot een verlenging van het leven van de vertrouwde siliciumtechnologie. Door stapeling van drie of meer cellen moet zelfs 40 procent haalbaar zijn, al gaat dat nog wel een tijd duren”, verwacht Sinke. De aandacht voor de mogelijkheid om te stapelen is sterk toegenomen door de ontwikkeling van de zogenaamde perovskieten als relatief nieuwe materiaalfamilie voor dunne-film zonnecellen. Voor het gebruik van perovskieten in commerciële panelen met een lange levensduur moeten de onderzoekers nog wat problemen overwinnen. Maar de ontwikkelingen in de laboratoria gaan zo snel, dat de wereld vol spanning en verwachting kijkt naar de mogelijkheden. Sinke: “Een bijzondere eigenschap van perovskieten is dat de verandering van de samenstelling een variatie kan ontstaan in hun lichtabsorberende eigenschappen. Als ze gevoelig zijn voor blauw en groen licht en de rest doorlaten naar de siliciumcel eronder, kun je er een prachtige ‘tandem’ mee bouwen.
Installateurs
Installateurs zullen in eerste instantie volgens Sinke weinig merken van deze technologische ontwikkelingen. “Voor hen is de zonnepaneel een black box met twee aansluitpunten en het maakt niet zoveel uit wat daar precies inzit”. Wel zullen ze merken dat de panelen steeds efficiënter worden.
“Ze gaan wel ontwikkelingen merken in de diversiteit in zonnepanelen. Die is er nu vooral in technologie, maar straks ook in vorm, randafwerking en bevestigingsmogelijkheden. Dan krijg je meer fraaie, geïntegreerde oplossingen voor standaardsituaties zoals een vrij dak, maar bijvoorbeeld ook voor afwijkende dakvlakken en gewelfde oppervlakken. Daarnaast krijg je waarschijnlijk meer kleurschakeringen tot je beschikking. Van one size fits all naar toepassingsspecifieke oplossingen”, zegt Sinke. Ook lichtgewicht zonnefolies en bouwelementen met daarin verwerkte zonnecellen zullen een plaats op de markt gaan veroveren. “Dat is belangrijk, want de ‘A locaties’, de makkelijke vlakken zoals rechthoekige daken zonder obstakels, raken op een gegeven moment vol. Je wilt ook op andere, zeg maar ‘B en C locaties’ goed uit de voeten kunnen”.
ECN werkt nu met mensen uit de ontwerpwereld aan een concept dat ze ‘Tangram PV’ hebben genoemd. Dat zijn panelen in een beperkt aantal verschillende vormen, voor een passende opvulling van allerlei vlakvormen. “In mijn droom zit de installateur achter zijn computer met op het scherm het oppervlak waarop de panelen moeten komen. Hij klikt op de elementen, past deze in elkaar om het oppervlak te vullen en rekent met een druk op de knop de optimale elektrische aansluitingen en stroomproductie uit”, mijmert de professor. En lang hoeft dat niet te duren, want deze droom kan volgens Sinke al binnen 5 of 10 jaar uitkomen. Volgens hem is nu sowieso al meer mogelijk dan mensen denken of weten, omdat ze zich vaak beperken tot het opvragen van offertes. Wie meer moeite doet, komt verder. “Maar diversiteit en flexibiliteit moeten de standaard worden”.
Esthetiek belangrijker
Volgens Marco de Boer, productmanager PV van Solar, wint esthetiek in de toekomst aan belang. “Eerst had je de blauwe cellen, nu is het vaak mooier zwart, maar in de toekomst is op dat vlak steeds meer mogelijk. Vergelijk het met een auto, je wilt toch net een iets mooiere als die van de buurman”. Ook door het gemak om alles af te lezen, zien consumenten eerder het effect van zonnestroomsystemen en dat wakkert het koopgedrag aan. “Hoe overzichtelijker, hoe aantrekkelijker. Bovendien is iedereen nu bezig met het energielabel en ook dat blijft in de toekomst een grote rol spelen. Investeringen om een beter label te krijgen, zien consumenten direct terug in de portemonnee”.
Meer diversiteit, flexibeler vormen, betere techniek en meer rendement zijn volgens De Boer de grote veranderingen die de toekomst van zonne-energie bepalen. Zonnestroomopwekkende dakpannen ziet hij als de verre toekomsttrend. “Dat kan nog lang duren door de ingewikkelde techniek en omdat nog veel onderzoek nodig is om het rendement daarvan te verhogen”.
Voor de installateurs ziet hij een belangrijke rol, omdat er nu nog veel te halen valt op de consumentenmarkt. “Hoe de markt verdeeld is, hebben we niet in kaart. Dit komt door de verschillende distributiekanalen. Een gedeelte van de markt kiest voor de zekerheid van de groothandel (garantie, financiering en voorraad) en een gedeelte koopt rechtstreeks. Hier ligt een groot potentieel. Twee op de vijf huizen zou bekleed kunnen zijn met zonnecellen, nu zijn we nog lang niet zo ver”, aldus de productmanager van Solar. En het rendement gaat in de toekomst ook ver omhoog, al kan De Boer daar nog geen voorspellingen over doen.
Grotere rol omvormers
Vincent van Vaalen, International sales-marketing manager bij Libra ziet ook de voordelen van het salderen. In Groot-Brittannië en Duitsland, waar de groothandel ook vestigingen heeft, zijn ze al verder en hebben ze grote parken, waardoor veel meer energie uit zon komt en daar zijn de subsidies al teruggeschroefd. Van Vaalen denkt dat er in de toekomst veel nieuwe technologieën bijkomen op het gebied van zonnestroom. Hij verwacht ook een grotere rol voor de omvormers in zonnepanelen. “Solar edge optimaliseert de keten van zonnepanelen. Als eentje minder functioneert door een vogelflats of omdat het in de schaduw ligt, dan beïnvloedt dit de prestatie van de andere zonnepanelen in de string negatief. Op dit moment zijn al tests gaande met semiconductors (kleine chips) in zonnepanelen die specifieke strings van cellen op het zonnepaneel optimaliseren.
Probleem met deze techniek is nog dat de huidige chip warm wordt en dat heeft effect op het materiaal: dat krimpt en zet uit. Op de lange termijn komt hier een betere oplossing voor. Daarnaast is de dunne-film zonnecel terug van weggeweest en ook deze gaat in de verre toekomst een grote rol spelen. Vooral in Japan (Solar Frontier) wordt veel geïnvesteerd in de verdere ontwikkeling van deze techniek, zodat er minder kans is op delaminatie, het loslaten van verschillende lagen in de zonnecellen, en microcracks, beschadigingen.
Ook Van Vaalen noemt de dakpannen met PV-cellen. “Er komen meer verschillende vormen voor zonnestroomsystemen. De dakpannen met zonnecellen zijn nu nog ver weg, omdat elke dakpan een eigen aansluiting vergt en dat maakt de installatie ingewikkeld en duur”. In ieder geval is er in de toekomst meer te kiezen voor installateurs en eindgebruikers in vorm, efficiëntie en omvormers. Want ook daar verwacht hij grote ontwikkelingen in de toekomst. “En de combinatie van systemen, zonne-energie, windmolens en warmtepompen wordt belangrijker. Nul-op-de-meter woningen hebben de toekomst. Wat zou helpen is als de energieprestatienorm verruimt. Nu is die -0,2 procent. Dat betekent dat het meeste geld, 80 procent, gaat zitten in de gevelisolatie. Dat brengt nu het meeste op en is prijzig. Als de waarde van de norm iets wordt aangepast, is er meer ruimte voor andere energiezuinige oplossingen, zoals zonnestroom.