De nieuwste ontwikkelingen rondom zonnepanelen

Silicium is nog even de baas

De meeste zogenaamde dunne-film zonnecellen blijven qua efficiency en betrouwbaarheid ver bij silicium achter en zijn bovendien vaak van zeldzaam, en duur, materiaal gemaakt. Silicium, of zand, heeft als groot voordeel dat het vrijwel onbeperkt aanwezig is. Deze factoren zorgen ervoor dat silicium zonnecellen, ondanks het feit dat ze niet moeders mooiste zijn en je ze niet om een lantaarnpaal kunt wikkelen, de onverstoorbare marktleider zijn.

Daar komt bij dat efficiëntie alleen niet zaligmakend is. De efficiëntie van commerciële silicium zonnecellen schommelt tussen de 14% en 22%. Silicium cellen komen in twee smaken: polykristallijne cellen en monokristallijne cellen. Maar hoewel polykristallijne cellen qua efficiëntie aan de onderkant van de bandbreedte zitten, is juist het marktaandeel van dit type sterk gegroeid in de afgelopen jaren.

Dit komt omdat polykristallijne cellen een stuk goedkoper zijn om te produceren. Dus zeker voor mensen met een flink dak is dit type paneel een goede optie om de terugverdientijd van hun systeem te verkorten. Voor mensen met een klein dak zijn monokristallijne panelen weer een goede mogelijkheid om toch aan een mooie stroomopbrengst te komen.

Ontwikkeling van rendement en opbrengst van zonnepanelen: het theoretisch maximum is in zicht

Ondanks de stroom aan innovaties zijn zonnepanelen redelijk waardevast. Hoe komt dit? Allereerst omdat er op de middellange termijn nog geen vervanger in zicht is voor de oerdegelijke, praktisch onderhoudsvrije en op massale schaal geproduceerde silicium panelen: 95% van alle zonnepanelen die in 2017 werden geproduceerd zijn gemaakt van dit materiaal.

Hoe staat het dan met innovaties binnen de silicium technologie? Efficiëntie van zonnecellen wordt afgemeten aan de hoeveelheid zonlicht die ze omzetten in elektriciteit. Bij de eerste silicium cel in 1953 lag dat percentage rond de 4,5%. Inmiddels kunnen de meest geavanceerde silicium cellen 26% van zonlicht dat op hen valt in stroom omzetten.

Dit betekent echter niet dat het conversiepercentage van silicium cellen nog vier keer over de kop kan. Het theoretisch maximum voor zonnecellen ligt rond 33%. Dit komt omdat elk materiaal waar zonnecellen van gemaakt zijn slechts een gedeelte van het lichtspectrum in stroom kan omzetten. Dat silicium cellen inmiddels een conversie van 26% hebben bereikt is een hele prestatie en experts verwachten niet dat er nog veel rek in zit.

Prijsontwikkeling: einde aan de vrije val?

De prijs van zonnepanelen is sinds 1975 in een vrije val. In dat jaar bedroeg de groothandelsprijs van een wattpiek vermogen 80 euro. Nu kost een wattpiek slechts 30 eurocent. En door technologische verbeteringen levert die wattpiek ook nog meer stroom op. Een gemiddeld zonnepaneel heeft vandaag de dag 278 wattpiek vermogen. Voor dat paneel zou je in 1975 ruim 22.000 euro voor hebben betaald.

Maar hoeveel ruimte is er nog voor kosten om verder te zakken? De rek is er nog niet helemaal uit is. Zo verwacht onderzoeksbureau GTM dat de prijs in de aankomende 5 jaar met nog eens 27% zal zakken. De vrije val is inmiddels wel een zacht glooiende lijn geworden. Ook voor andere hardware componenten verwachten experts verdere geleidelijke prijsdalingen. Efficiëntere technologie is een factor die een blijvende positieve invloed zal hebben op de prijs. Meer wattpieken per paneel die bovendien meer zonlicht omzetten in stroom, verhogen het rendement. Maar ook hier worden de stapjes vooruit steeds kleiner, ten minste als het gaat om silicium panelen, de meest gebruikte cel technologie.

Vuurtje stoken

Een tweede manier om het theoretisch maximum per materiaal te omzeilen, is door de intensiteit waarmee zonlicht op een zonnecel valt kunstmatig op te krikken. Dit kun je doen door via lenzen en reflectoren het zonlicht gebundeld op een zonnecel te richten, een beetje als een vuurtje maken met een vergrootglas. Deze technologie staat bekend als concentrated photovoltaics (CPV). In combinatie met tandem cellen is inmiddels een conversiepercentage van 46% gehaald. En onderzoekers kunnen nog even vooruit: het theoretisch maximum van deze combinatie ligt rond 87%.

Het is echter onwaarschijnlijk dat geconcentreerde pv technologie snel op een dak bij jou in de buurt zal verschijnen. Om goed uit de verf te komen hebben geconcentreerde pv systemen niet alleen een hoge zonintensiteit en aparte koeling nodig, maar moeten ze ook meedraaien met de zon. De technologie wordt dan ook vooral op grote schaal toegepast in verzengende streken.

Materialen stapelen heeft de toekomst

Betekent dit dat silicium zonnecellen tot in het oneindige de marktleider zullen blijven? Oneindig is een lange tijd, maar zeker is dat silicium zelfs bij de volgende grote technologische aardverschuiving, de zogenaamde tandem cell, een belangrijke rol zal blijven spelen. De tandem cel of multi-junction cel, schudt het theoretisch maximum per materiaal van zich af door meerdere materialen, die elk een verschillend deel van het lichtspectrum kunnen absorberen, in een zonnecel te combineren. Maar silicium is vrijwel altijd de basis.

Er zijn inmiddels tandem cellen ontwikkeld die net onder de 40% van zonlicht in stroom kunnen omzetten, hoewel ze nog ver verwijderd zijn van grootschalige commercialisatie. Dat neemt echter niet weg dat de tandem technologie in principe geschikt is om ook in panelen voor kleinschalige opwek van zonnestroom verwerkt te worden.

De grote vraag: kopen of wachten?

Vandaag al heeft een zonnesysteem een uitstekende business case met een gemiddelde terugverdientijd van 7/8 jaar, afhankelijk van de omvang van je systeem (hoe groter, hoe lager de eindprijs per wattpiek). Informatie website Milieucentraal berekende dat een investering in een systeem van 10 zonnepanelen, dat zeker 18 jaar lang kosteloos stroom levert, een rendement geeft dat gelijk staat aan een spaarrente van 6% per jaar. Ter vergelijking: als jij je spaargeld nu 10 jaar vastzet, mag je blij zijn met een rente van 1.5%.