Nieuwe PV- techniek bereikt efficiencyrecord

De instituten
ECN en Solliance hebben een nieuwe zonnecel ontwikkelt, die onder de juiste condities een record-rendement heeft van 30,2% . ECN is een belangrijk nationaal onderzoeksinstituut en Solliance is een in Eindhoven gevestigd instituut dat fundamentele kennis omzet in praktisch bruikbare dunne film – PV-panelen.
Verder hebben aan het onderzoek meegedaan Choshu Industry Co., Forschungszentrum Jülich, en de TU/e.

De techniek
In zonnepanelen is nog veel technische vooruitgang mogelijk (www.bjmgerard.nl/?p=4869 ).
Toen er in 2014 een paar zonnepanelen op mijn dak gelegd zijn, bedroeg het rendement 16% (d.w.z., van het opvallend zonlicht werd 16% in elektrische energie omgezet). Een standaard commercieel paneel nu, op dezelfde eenzijdige siliciumbasis, haalt ergens rond de 20 a 22%.

In de nieuwe techniek komen drie aparte ontwikkelingen bij elkaar.

De eerste is dat panelen ‘bi-facial’ geworden zijn (het licht valt aan twee kanten binnen). Die panelen bestaan al commercieel en worden bijvoorbeeld in geluidsschermen toegepast, zoals langs de A50 bij Uden (zie www.bjmgerard.nl/?p=2817 ).
Als de bedoeling is dat het paneel aan de voorkant direct licht opvangt, en aan de achterkant diffuus teruggekaatst licht, telt men bij afspraak daar 20% van de voorkant voor. Een tweezijdige silicium cel komt daarmee op dit moment op ca 26% .

De tweede is dat er een nieuw mineraal, perovskiet, in zonecellen wordt toegepast. Perovskiet als gesteente heeft de basisformule CaTiO3 en is genoemd naar een Russische mineralenkenner (het gesteente is voor het eerst in de Oeral gevonden). Maar men kan allerlei varianten op de oervorm maken, zodat perovskiet nu meestal voor een familie aan mineralen staat met een verwante structuur. Hieraan is veel onderzoek gedaan. Wie zich erop uit wil leven, zie https://en.wikipedia.org/wiki/Perovskite_solar_cell .
Het record voor een enkelzijdige perovskiet-cel staat op 27,3% (zegt bovenstaand Wikipedia)


Perovskiet-variant CH3NH3PbX3 (Wikipedia)

De derde ontwikkeling is dat er in één cel twee lagen materiaal gebruikt worden (bijvoorbeeld perovskiet en silicium). Dat heet het tandem-beginsel. De gedachte is dat elk materiaal geoptimaliseerd is voor een ander deel van het spectrum.

In de nieuwste cel worden alle drie de ontwikkelingen gecombineerd en dat leidt tot genoemde 30,2%. Men hoopt dat binnen drie tot vijf jaar op te hogen naar 35%.

Mitsen en maren
Een paar mitsen en maren.

  • Het materiaal bestaat alleen nog in het laboratorium. Er is nog geen massaproductie.
  • Er zit lood in, althans in het voorbeeld uit het plaatje
  • Er staat niet bij wat het gaat kosten.
  • Perovskiet was aanvankelijk een nogal fragiel materiaal. Het moet nog blijken hoe een paneel zich op de lange termijn houdt
  • De bifaciele meeropbrengst hangt van de omgeving af, bijvoorbeeld hoe reflecterend de ondergrond is. Niet voor niets gebruikt men graag de bifaciele techniek graag voor panelen die in water drijven.
    Je zou ze ook op platte daken kunnen leggen en die dan wit schilderen (is meteen een koeling).

Toepassingen
De toepassing is rechtlijnig: je hebt minder oppervlak nodig voor hetzelfde vermogen. In gelijkblijvende overige omstandigheden kunnen de zonneparken kleiner worden – maar niet zoveel kleiner dat Brabant zonder kan.

Dubbelzijdige zonnepanelen langs A50 bij Uden en op Brabantse baggerdepots

Er zit nog veel potentieel voor technische vooruitgang in zonnepanelen en dat leidt regelmatig tot nieuwe vindingen.

Drijvende panelen en baggerdepot’s
Energie Centrum Nederland (ECN) heeft panelen bedacht die van twee kanten licht binnenlaten (‘bifacial’). In een persbericht dd 11 april 2016 noemt ECN meteen al twee mogelijkheden: in geluidsschermen langs
Noord-Zuid lopende wegen, en in drijvende installaties.

Artist impression voor drijvende panelen in 't Ij
Artist impression voor drijvende panelen in ‘t Ij

Die drijvende installaties zijn voor het eerst getoond op 14 april 2016 op ’t Ij, tijdens Innovation Expo in Amsterdam. Hierboven een impressie (ten tijde van het schrijven van dit artikel had ik nog geen actuele foto).
De ene kant is op de zon gericht en vangt op de gebruikelijke manier direct en diffuus zonlicht, de andere kant vangt diffuus licht dat via het water weer omhoog kaatst. Bovendien houdt het water de panelen koel (panelen functioneren slechter als ze heet worden). ‘Het kan op jaarbasis enkele tientallen procenten schelen” zegt professor Sinke van ECN.
Rijkswaterstaat (RWS) heeft een vergelijkbare pilot lopen op baggerdepot De Slufter op de Maasvlakte. In totaal heeft RWS ongeveer 500ha baggerdepot in beheer. Idealiter moet dat goed zijn voor ca 2 a 3PJ, een niet te verwaarlozen hoeveelheid.

Baggerdepot Hollandsch Diep bij Moerdijk
Baggerdepot Hollandsch Diep bij Moerdijk

RWS heeft één baggerdepot op Brabants territorium, te weten “baggerspeciedepot Hollandsch Diep’ (hierboven) ten Noorden van de Moerdijk. De provincie is verantwoordelijk voor het inmiddels gesloten  baggerdepot Dintelsas, dat ook onder water ligt.  Deze baggerdepot’s zouden gebruikt kunnen worden volgens de pilot op De Slufter.
Daarnaast is er ruimte op de grote wateren aan Brabantse grenzen. Het is niet mogelijk hier een geschikte oppervlakte te noemen.

Het geluidsscherm langs de A50 bij Uden
RWS heeft op 1 april 2016 op Tendernet een ‘marktconsultatie’ gepubliceerd voor een nieuw op te richten rechtopstaand geluidsscherm langs de A50 bij Uden, waarin over een lengte van 450m en een hoogte van 4m een rij bifaciale zonnepanelen opgenomen wordt. De A50 tussen Sint Oedenrode en knooppunt Paalgraven loopt bijna pal Noord-Zuid.

De A50 bij Uden
De A50 bij Uden

Een marktconsultatie is een raadpleging van ‘de markt’ en dient als voorbereiding op de aanbesteding, die in het voorjaar van 2017 voorzien is.
De gangbare wijze om zonnepanelen aan te leggen op een scherm langs een Noord-Zuidlopende weg is om de schermen de gedaante te geven van een T , met de zonnepanelen horizontaal boven op de T. In praktijk kunnen ze dan slechts 2m breed zijn.
Het geheel van alle kenmerken leidt in een voorlopige schatting tot een opbrengst voor een traditionele T-figuur van ca 0,51TJ (ongeveer 142000kWh), en voor de dubbelzijdige opstelling van ca 1,2TJ (ca 337000kWh).
In 2020 moet Brabant ongeveer 40000TJ aan duurzame energie hebben. Daarvan is een flink deel al voorzien, maar duidelijk is dat er meer nodig is dan alleen maar een futuristisch scherm zo hier en daar.

In Zwitserland worden al langer dubbelzijdige panelen aangebracht, oa langs een spoorlijn bij Münsingen.
In Zwitserland worden al langer dubbelzijdige panelen aangebracht, oa langs een spoorlijn bij Münsingen.