211service.com
Welke technologie is de volgende stap voor de zonne-industrie?
Installaties van zonnepanelen blijven snel groeien, maar de productie van zonnepanelen zit in het slop omdat het aanbod veel groter is dan de vraag (zie Waarom we meer zonne-energiebedrijven nodig hebben om te falen). De slechte markt vertraagt misschien de innovatie, maar de vooruitgang gaat door; te oordelen naar de stemming deze week op de IEEE Photovoltaics Specialists Conference in Tampa, Florida, blijven mensen in de industrie optimistisch over de vooruitzichten op lange termijn.
De technologie die bijna iedereen verrast, is conventioneel kristallijn silicium. Een paar jaar geleden kostten siliciumzonnepanelen $ 4 per watt, en Martin Green, professor aan de Universiteit van New South Wales en een van de toonaangevende onderzoekers van siliciumzonnepanelen, verklaarde dat ze nooit onder de $ 1 per watt zouden gaan. Nu is het ongeveer 50 cent watt, en er is sprake van 36 cent per watt, zegt hij.
Het Amerikaanse ministerie van Energie heeft zich tot doel gesteld om tegen 2020 minder dan $ 1 per watt te bereiken - niet alleen voor de zonnepanelen, maar voor complete, geïnstalleerde systemen (zie Waarom zonne-installaties in de VS meer kosten dan in Duitsland). Green denkt dat de zonne-industrie dat doel nog sneller zal bereiken. Als dat zo is, zou dat de directe kosten van zonne-energie op zes cent per kilowattuur brengen, wat goedkoper is dan de gemiddelde kosten die worden verwacht voor stroom uit nieuwe aardgascentrales. (De totale kosten van zonne-energie, inclusief de kosten voor nutsbedrijven om de intermitterende werking ervan te compenseren, zouden hoger zijn, maar hoeveel hoger hangt af van hoeveel zonne-energie er op het net is en andere factoren.)
Alle onderdelen van de siliciumzonnepaneelindustrie hebben gezocht naar manieren om kosten te besparen en het vermogen van zonnepanelen te verbeteren, en dat heeft geleid tot gestage kostenbesparingen. Groen wijst op iets alledaags als de pasta's die worden gebruikt om sommige functies op zonnepanelen te zeefdrukken. Het laboratorium van Green bouwde in de jaren negentig een zonnecel die een recordrendement voor siliciumzonnecellen neerzette - een record dat tot op de dag van vandaag standhoudt. Om dat record te behalen, moest hij dure lithografietechnieken gebruiken om fijne draden te maken voor het opvangen van stroom uit de zonnecel. Maar geleidelijke verbeteringen hebben het mogelijk gemaakt om met zeefdruk steeds fijnere lijnen te produceren. Recent onderzoek suggereert dat zeefdruktechnieken lijnen kunnen produceren die zo dun zijn als 30 micrometer - ongeveer de breedte van de lijnen die Green gebruikte voor zijn recordzonnecellen, maar tegen veel lagere kosten dan zijn lithografietechnieken.
Green zegt dat dit en andere technieken het goedkoop en praktisch zullen maken om de ontwerpen van zijn record-zonnecel op productielijnen te repliceren. Sommige bedrijven hebben fabricagetechnieken ontwikkeld voor de voorste metalen contacten. Het implementeren van het ontwerp van de elektrische contacten aan de achterkant is moeilijker, maar hij verwacht dat bedrijven dat vervolgens zullen uitrollen.
Ondertussen hebben onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory flexibele zonnecellen gemaakt op een nieuw type glas van Corning genaamd Willow Glass, dat dun is en oprolbaar. Het type zonnecel dat ze maakten is de enige huidige uitdager van silicium in termen van grootschalige productie: dunne-film cadmiumtelluride (zie First Solar Shines als de Solar Industry Falters). Flexibele zonnecellen kunnen de installatiekosten van zonnecellen verlagen, waardoor zonne-energie goedkoper wordt.
Een van de voormalige studenten en collega's van Green, Jianhua Zhao, medeoprichter van zonnepaneelfabrikant China Sunergy, kondigde deze week aan dat hij een proefproductielijn bouwt voor een tweezijdige zonnecel die licht van zowel de voor- als de achterkant kan absorberen. Het basisidee, dat niet nieuw is, is dat gedurende sommige delen van de dag zonlicht op het land valt tussen rijen zonnepanelen in een zonne-energiecentrale. Dat licht reflecteert op de achterkant van de panelen en kan worden geoogst om het vermogen te vergroten. Dit werkt vooral goed wanneer de zonnepanelen op zand zijn gebouwd, dat sterk reflecterend is. Waar een enkelzijdig zonnepaneel 340 watt kan genereren, kan een tweezijdig zonnepaneel tot 400 watt genereren. Hij verwacht dat de panelen in de loop van een jaar 10 tot 20 procent meer elektriciteit zullen opwekken.
Dergelijke zonnepanelen kunnen verticaal worden gemonteerd, als een hek, zodat de ene kant 's ochtends zonlicht opvangt en de andere kant 's middags. Dat zou het mogelijk maken om de zonnepanelen op heel weinig land te installeren - ze zouden bijvoorbeeld kunnen dienen als geluidsscherm langs snelwegen. Een dergelijke opstelling kan ook waardevol zijn in stoffige gebieden. Veel delen van het Midden-Oosten lijken misschien goede plaatsen voor zonnepanelen, omdat ze veel zonlicht krijgen, maar frequente stofstormen verminderen het vermogen. Verticale panelen zouden niet zoveel stof ophopen, wat dergelijke systemen economisch zou kunnen maken.
Zelfs op langere termijn zet Green in op silicium, met als doel te profiteren van de enorme kostenverlagingen die al met de technologie zijn waargenomen. Hij hoopt de efficiëntie van siliciumzonnepanelen aanzienlijk te verhogen door silicium te combineren met een of twee andere halfgeleiders, elk geselecteerd om efficiënt een deel van het zonnespectrum om te zetten dat silicium niet efficiënt omzet. Het toevoegen van één halfgeleider zou de efficiëntie kunnen verhogen van 20 tot 25 procent tot ongeveer 40 procent. Door er nog een toe te voegen, kan een efficiëntie van wel 50 procent haalbaar zijn, waardoor het aantal zonnepanelen dat nodig is voor een bepaalde installatie zou halveren. De uitdaging is om goede verbindingen te maken tussen deze halfgeleiders, iets wat een uitdaging is geworden door de rangschikking van siliciumatomen in kristallijn silicium.