Door Herman van den Bosch
De zon stuurt dagelijks duizendmaal meer energie naar de aarde dan we nodig hebben. Om meer zonne-energie te ‘oogsten’ zijn niet alleen meer zonnepanelen nodig, maar vooral ook panelen die een groter deel van de zonne-energie ‘vangen’, met andere woorden een hoger rendement hebben.
In deze blogpost ga ik in op enkele manieren waarop dat kan.
Bij de beoordeling van nieuwe oplossingen gelden behalve rendement nog andere criteria, zoals de beschikbaarheid van grondstoffen, de complexiteit van het productieproces en de uiteindelijke prijs. De impact op het milieu weegt eveneens steeds zwaarder mee. Dat blijkt in de praktijk niet mee te vallen.
Tandum panelen
Een van de mogelijkheden om het rendement van de siliciumcellen te vergroten is toevoegen van verschillende lagen. We spreken dan van tandum of multi-junction cellen. Het ‘vangen’ van fotonen (licht van de zon) lukt silicium niet op elke bandbreedte van het zichtbare deel van het spectrum even goed. Silicium zonnecellen hebben de meeste moeite om licht met een lange golflengte te ‘vangen’. Rood licht schiet dus eerder door de cel en de glazen achterkant van het paneel. In een van mijn vorige blogs, vermeldde ik al dat PERC-zonnecellen aan de achterkant niet-geleidende strippen hebben die het licht aan de rode kant van het spectrum terugkaatsen, zodat een deel ervan alsnog omgevormd kan worden in elektriciteit.
Maar er zijn veel geavanceerdere methoden. Deze voegen aan de silicium laag een of meer andere lagen toe. Elke laag is ‘gespecialiseerd’ in het vangen van fotonen uit een ander deel van het spectrum. Zogenaamde III-V siliconen tandem zonnecellen bereiken goede resultaten dankzij een dunne laag galliumarsenide. In het laboratorium liep het rendement op tot wel 44%. Dit materiaal is echter schaars en giftig en het productieproces is ingewikkeld. Daarom worden deze cellen vooralsnog vooral voor de ruimtevaart gebruikt
Leidse milieuwetenschappers hebben samen met collega’s van het Freunhofer instituut de totale impact van dit soort panelen op het milieu onderzocht. Zij concludeerden dat de impact van de giftige stoffen veel geringer is dan die van de CO2 die tijdens het productieproces vrijkomt, onder andere door het gebruik van ‘grijze’ elektriciteit. Voor deze, maar ook voor conventionele panelen, duurt het wel zeven jaar voordat de CO2 die vrijkomt tijdens het productieproces is gecompenseerd.
Zonnepanelen kunnen nog een stuk ‘groener’
In een van mijn vorige blogs verwees ik al naar de nooit echt doorgebroken dunne film panelen. Deze bestaan uit poedervormige stoffen die worden aangebracht op een flexibele ondergrond. Zo vormden koper, indium en seleniet, soms aangevuld met het giftige gallium, de basis van het CIS-paneel. De productie van deze panelen vergt veel minder energie dan die van siliciumpanelen en er zijn ook minder grondstoffen nodig. Hun rendement ligt echter aanzienlijk lager (12 – 14%) en dat is voor wie maar weinig dakruimte heeft een groot bezwaar.
Heliatek – in 2020 winnaar van de Green Quest Award – heeft een ultradun zonnefolie van niet-toxisch organisch materiaal ontwikkeld dat misschien alsnog voor een doorbraak van dunne film panelen kan gaan zorgen. Het materiaal is overvloedig aanwezig en niet giftig. Het compenseren van de vrijgekomen CO2 duurt geen 7 jaar maar acht maanden. De folie gaat twintig jaar mee kan deels worden hergebruikt. Het folie kan op elk oppervlak worden aangebracht, bijvoorbeeld gevels, tankinstallaties, glazen daken en ramen. Voor daken van particuliere woningen is het rendement - rond de 14% - nog te klein, al is het een uitkomst voor gebogen daken. Volgens jurylid Jacqueline Cramer is het een gamechanger, een product dat van kop tot staart klopt.
De laatste jaren is de belangstelling gegroeid voor zonnecellen die energie produceren en tevens volledig transparant zijn. Deze cellen gebruiken uitsluitend het niet-zichtbare deel van het licht (ultrarood en ultraviolet). In dit geval kan genoegen worden genomen met een lager rendement dan dat van gewone zonnecellen. Panelen met dit type cellen worden gebruikt als vensters van huizen en kantoren en als bouwmateriaal voor kassen. Hierdoor komen er ineens miljarden vierkante meters bij die voor energiewinning geschikt zijn. Clearview power, geproduceerd door Ubiquitous Energy is inmiddels op de markt. Het enige probleem is dat de zonnepanelen een formaat hebben van 40 – 50 cm2 , zie hiervoor een eerdere blogpost. Uit de onderstaande afbeelding blijkt dat deze afmeting geen probleem hoeft te zijn als er het ontwerp van huizen en gebouwen rekening mee wordt gehouden.
Al met al ligt er voor zonnepanelen een zonnige toekomst van in het verschiet. De variatie zal toenemen en leveranciers en klanten zullen zich nog beter dan nu moeten oriënteren welk het beste alternatief is voor uiteenlopende situaties.