Kan een nieuwe zonnecel met een recordrendement van 30.1% het commerciële potentieel van zonnepanelen transformeren, vraagt James McKenzie
Zonnepanelen bestaan al tientallen jaren – in feite zijn ze nu een algemeen zicht op huizen, zelfs in de grotendeels bewolkte en donkere landen van Noord-Europa. Goedkoper en gemakkelijker te installeren dan ooit tevoren, de vraag is waarom niet op elk huis zonnepanelen worden geplaatst? Meestal heeft het te maken met de kosten. Consumenten willen simpelweg een snel rendement op hun investering.
Ik heb jarenlang in de light-emitting diode (LED) sector gewerkt en ik herinner me hoe moeilijk het was om mensen te overtuigen om iets te kopen – LED-verlichting – dat meer kostte dan een ouderwetse gloeilamp. Waarom zou u het geld uitgeven als u gedurende 10 jaar of langer geen terugverdientijd krijgt? De nieuwerwetse gloeilampen waren prima voor milieubewuste eco-krijgers, maar niet voor gewone gokkers.
Gelukkig verbeterden de efficiëntie, kosten en kwaliteit van LED's en begonnen consumenten zich te realiseren dat LED-verlichting lang genoeg zou overleven om de initiële uitgave terug te verdienen. Toen de terugverdientijd onder de vijf jaar zakte, begon het pas echt te lopen. In feite kan de huidige LED-verlichting meer dan 100 lumen per watt leveren (twee keer zoveel voor hoogwaardige producten), wat betekent dat ze de enige praktische keuze zijn – met een terugverdientijd in maanden.
Selectief bans van inefficiënte lichtbronnen hielp natuurlijk, maar LED's slaagden dankzij technische vooruitgang in combinatie met schaalvoordelen. Gaat hetzelfde gebeuren met zonnepanelen? In het Verenigd Koninkrijk heeft de regering in 2010 het startsein gegeven met feed-in-tarieven (Past bij). Iedereen die door zonnepanelen opgewekte elektriciteit op het net zette, kreeg een vergoeding van 41.3 p/kWh (pence per kilowattuur) – in een tijd dat elektriciteit ongeveer 10 p/kWh was. De tarieven hebben ertoe geleid dat veel mensen fotovoltaïsche (PV) zonnepanelen met installaties hebben geplaatst gestegen van 140,000 in 2011 tot 1.2 miljoen tegen eind vorig jaar.
Efficiencywinst
In 2010 waren commerciële zonnepanelen op silicium gebaseerd met een rendement van doorgaans 15%. Als je ze van een gerenommeerde fabrikant kocht, konden sommige panelen tientallen jaren meegaan, wat lang genoeg was om de investering terug te verdienen. Maar als een rapport uit 2020 van het International Renewable Energy Agency gevonden, daalden de kosten van zonne-PV wereldwijd met 82% tussen 2010 en 2019, met paneelrendementen nu bijna 22%.
In feite zijn alle hernieuwbare energiebronnen in prijs gedaald, inclusief wind op land en op zee, evenals geconcentreerde zonne-energie, waarbij alleen al in 13 de zonne-energie met 2019% is gedaald tot iets meer dan 5 p/kWh. Ondanks de onrust in de Britse zonne-energiesector volgt de beëindiging van FiTs in 2017-2018, zal het VK volgens de natuurkundige waarschijnlijk tegen het einde van 1 meer dan 2022 GW aan zonne-PV installeren Finlay Colville, hoofd marktonderzoek bij Zonne media.
Bovendien suggereren indicaties dat het VK tegen 40 in totaal 2030 GW aan zonne-PV zou kunnen hebben geïnstalleerd op de daken van huizen en kantoren en in op de grond gemonteerde zonnepanelen. Eerder dit jaar als onderdeel van haar Energiezekerheidsplan, zal de Britse regering ook proberen de huidige 14 GW aan zonnecapaciteit van het VK te vergroten, wat volgens haar schattingen zou kunnen tegen 2035 vervijfvoudigd.
Kosten zijn de sleutel. Het wereldrecord voor efficiëntie van zonnecellen is momenteel 47.1%, die in 2019 werd behaald door medewerkers van de VS Nationaal Hernieuwbare Energie Laboratorium, die zes junction concentrator-zonnecellen van verschillende materialen bouwde onder de verlichting van 143 Suns. Geen enkele zonnecel kan ooit zo kosteneffectief zijn als het goede oude silicium, maar een nieuw "tandem" zonnepaneel, onthuld op de recente Wereldconferentie over fotovoltaïsche energieconversie in Milaan, zou een game-wisselaar kunnen zijn, met een efficiëntie van 30.1% onder slechts één zonne-verlichting.
De nieuwe cel zou een game-wisselaar kunnen zijn, met een efficiëntie van 30.1% onder slechts één zonne-verlichting
Ontwikkeld door een team van verschillende universiteiten en instituten in Nederlandcombineert de cel een conventionele siliciumcel met een cel gemaakt van perovskiet, waardoor hij een groter deel van het zonnespectrum kan benutten. Dat komt omdat het siliciumgedeelte goed werkt met zichtbaar en infrarood licht, terwijl het perovskiet beter werkt met ultraviolet en zichtbaar licht. Het perovskiet zorgt er ook voor dat meer dan 93% van het nabij-infrarode licht de siliciumcel kan bereiken.
Veel teams over de hele wereld werken aan tandemcellen, waaronder het Britse bedrijf Oxford PV. Door een gewone siliciumcel te coaten met een dunne perovskietfilm, is dat gelukt behaalde in 29.52 een rendement van 2020%, waarbij het bedrijf zegt dat zijn synthetische perovskietmateriaal betaalbaar en duurzaam is. Met een reeds gebouwde fabriek, Oxford PV is van plan het eerste bedrijf te zijn dat deze verkoopt zonnecellen van de volgende generatie. Eerste producten, ontworpen voor residentiële daken, zullen 20% meer stroom genereren met hetzelfde aantal cellen.
Zonnige toekomst
Zonne-energie heeft veel potentieel: 87% van de landen ter wereld kan zichzelf van stroom voorzien met minder dan 5% van hun land. Zoals Elon Musk heeft opgemerkt, zouden de VS de klus kunnen klaren met slechts een paar honderd kilometer zonnepanelen in een klein hoekje van Utah. Maar het VK is niet een van die gelukkige landen: 12.5% van de hele natie zou bedekt moeten zijn met zonnepanelen om zichzelf van stroom te voorzien. Dat is veel gezien het feit dat slechts 6% van het land is bebouwd.
Zon-PV zal daarom deel uitmaken van de mix, maar niet de volledige oplossing. We moeten de efficiëntie van zonnecellen verhogen en tegelijkertijd de productiekosten, omvormers en installatiekosten onder controle houden om de acceptatie echt te stimuleren. Het gemiddelde huis voor vier personen in het VK heeft momenteel ongeveer 16 zonnepanelen nodig die werken met een rendement van ongeveer 20% om zichzelf van stroom te voorzien. Gezien het lage zonlichtniveau in het VK was de vuistregel tot voor kort dat het 11-14 jaar zou duren voordat zonnepanelen zichzelf zouden terugverdienen.
Maar volgens sommige schattingen is de terugverdientijd van zonnepanelen nu slechts vier jaar en verdere verbeteringen zouden die tijd nog meer kunnen verkorten. Met torenhoge energieprijzen en de crisis van de kosten van levensonderhoud lijkt het erop dat de tijd voor zonne-energie eindelijk is aangebroken.
