Nieuwe types

Zoals de recordbrekende zonnecel van het Helmholtz-Zentrum Berlin laat zien, staan de innovaties rond zonnepanelen echter zeker niet stil. De afgelopen jaren zijn er veel ontwikkelingen geweest. Daarbij wordt vooral gezocht naar materialen en technieken die een beter rendement opleveren, liefst in combinatie met lagere kosten. Laten we eens een aantal van deze ontwikkelingen nader bekijken:

• Hoog rendement zonnepanelen - Deze zonnepanelen zijn ontworpen om de hoeveelheid elektriciteit die ze produceren uit het ontvangen zonlicht te maximaliseren. Ze gebruiken daartoe geavanceerde materialen en technologieën om hun prestaties te verbeteren, zoals multi-junction-cellen. Deze gebruiken meerdere lagen van verschillende halfgeleidermaterialen om meer van het zonnespectrum vast te leggen.

• Bifaciale zonnepanelen - Deze zonnepanelen beschikken aan beide zijden van het paneel over cellen, waardoor ze zowel van voren als van achteren zonlicht kunnen opvangen. Dit kan hun algehele efficiëntie tot wel 30 procent verhogen.

Flexibele zonnepanelen zijn licht van gewicht en eenvoudig te installeren, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik in tal van toepassingen.

• Flexibele zonnepanelen - Dit type zonnepanelen is gemaakt van flexibele materialen, zoals dunnefilm zonnecellen,. Hierdoor kunnen zij op gebogen of onregelmatig gevormde oppervlakken worden gemonteerd. Ze zijn licht van gewicht en eenvoudig te installeren, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik in tal van toepassingen.

• Transparante zonnepanelen - Deze zonnepanelen zijn gemaakt van transparante materialen waardoor ze als het ware opgaan in hun omgeving. Ze kunnen worden gebruikt op verticale ramen, dakramen en op andere oppervlakken, waardoor ze elektriciteit kunnen opwekken zonder het uitzicht of het natuurlijk licht te belemmeren.

• Zonne-shingles - Deze zonnepanelen zijn ontworpen om eruit te zien als traditionele dakpannen, waardoor ze een meer esthetische optie zijn voor architecten en huiseigenaren. Ze kunnen direct op het dak worden geïnstalleerd, waardoor er geen apart montagesysteem nodig is.

Wereldrecord efficiëntie

Daarnaast wordt er veel onderzoek gedaan naar nieuwe materialen. Wetenschappers van het Helmholtz-Zentrum Berlin hebben, zoals gezegd, het wereldrecord op het gebied van efficiëntie weten te verbreken als het gaat om tandem-zonnecellen. De Duitse aanpak bestaat uit een silicium bodemcel en een uit perovskiet vervaardigde bovencel. Het rendementsrecord van 32,5 procent is officieel bevestigd door het certificerende instituut European Solar Test Installation.

Transparante zonnepanelen kunnen elektriciteit opwekken zonder het uitzicht of het natuurlijk licht te belemmeren.

De onderzoekers hebben hierbij een verbeterde perovskiet-verbinding toegepast met een aangepast oppervlak. Ook ontwikkelden zij een aanpassing voor de elektrische interface waarbij verliezen door ladingsrecombinatie grotendeels worden onderdrukt. Bovendien pasten ze speciale meetmethoden toe om de fundamentele processen die spelen bij het omzetten van licht in elektriciteit beter te begrijpen. Deze ontwikkelingen werden vervolgens met succes overgebracht naar tandem-zonnecellen en gecombineerd met verdere optische verbeteringen die door hetzelfde instituut al eerder waren ontwikkeld.
De afgelopen jaren zijn de efficiëntiewaarden die worden gerealiseerd door verschillende onderzoeksinstellingen en bedrijven die zich richten op fotovoltaïsche technologie, steeds verder gestegen. Zo behaalden in 2021 onderzoeksteams van het Helmholtz-Zentrum Berlin een toenmalige recordwaarde van 29,8 procent efficiëntie. Om dit te bereiken, brachten ze speciale, periodieke nanotexturen in de zonnecellen. Medio vorig jaar wisten Zwitserse technici dit record weer te breken, toen de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) een efficiëntie van 31,3 procent wisten te behalen met een gecertificeerde tandemcel. Nu heeft het Helmholtz-Zentrum dus weer het wereldrecord in handen.

Voor- en nadelen nieuwe types

Bij het Duitse en Zwitserse onderzoek gaat het om research waarvan de resultaten nog niet commercieel beschikbaar is. De hiervoor genoemde nieuwe types zijn dit al wel. Met een groter aanbod aan alternatieven, gaat zich dan ook direct de vraag opdringen wat de belangrijkste voor- en nadelen van de deze nieuwe types zonnepanelen zijn.

• Hoog rendement zonnepanelen - Deze kennen een aantal duidelijke voordelen. Dat is allereerst een hogere elektriciteitsproductie per oppervlakte-eenheid in vergelijking met standaard zonnepanelen. Hierdoor kan dit type paneel meer elektriciteit produceren gedurende de levensduur van het paneel, wat resulteert in lagere kosten gemeten over de gehele levensduur. Daar staan helaas ook nadelen tegenover. De productie is complexer en daardoor duurder. Dit heeft voor de eindgebruiker als nadeel dat de aanschafprijs in de regel ook hoger zal uitvallen. En dat speelt natuurlijk direct door in de berekeningen ten aanzien van de terugverdientijd.

• Bifaciale zonnepanelen - Dat dit type paneel in staat is zonlicht aan beide zijden van het paneel op te vangen, levert een interessant voordeel op: de efficiëntie neemt toe. Ook kunnen bifaciale panelen in verschillende omgevingen worden gebruikt, inclusief installaties op de grond en op het dak van een woning of gebouw. De nadelen die hier tegenover staan hebben wederom te maken met kosten: ze zijn duurder om te produceren dan standaard zonnepanelen. Bovendien spelen de omstandigheden waaronder dit type paneel wordt toegepast een belangrijke rol. De efficiëntie zal namelijk flink beïnvloed worden door de lichtomstandigheden. Denk bijvoorbeeld aan een situatie waarbij een van beide zijden van het paneel geheel of gedeeltelijk in de schaduw staat.

Zonne-shingles kunnen direct op het dak worden geïnstalleerd, waardoor ­­er geen apart montagesysteem nodig is.

• Zonne-shingles - Dit zijn zonnepanelen in de vorm van dakpannen. Ze kunnen dan ook direct op een dak worden geïnstalleerd. Er is dus geen apart montagesysteem nodig. Dat kan uiteraard ook een esthetisch voordeel opleveren. Ook hier zien we echter dat er doorgaans sprake is van een lager rendement in vergelijking met standaard zonnepanelen. De kostprijs ligt ook wat hoger, terwijl niet elk dak geschikt is voor plaatsing, zoals platte daken.

• Flexibele zonnepanelen - De voordelen van dit type paneel liggen natuurlijk voor de hand. Ze kunnen op gebogen of onregelmatige oppervlakken worden gemonteerd. Ze zijn bovendien licht in gewicht en veelal eenvoudig te installeren. Dit maakt het mogelijk om relatief veel flexibele panelen op te stellen. Dat is ook nodig, want doorgaans kennen deze panelen een lager rendement in vergelijking met standaard zonnepanelen. Ook bestaan er zorgen ten aanzien van de duurzaamheid van de panelen, zeker in vergelijking tot standaard zonnepanelen. Doordat dunnefilm zonnecellen worden toegepast kunnen de kosten wat lager uitvallen dan bij de huidige standaardpanelen.

• Transparante zonnepanelen – Dat deze panelen kunnen worden gebruikt op ramen en andere (transparante) oppervlakken maakt dit type erg interessant. Ze kunnen immers elektriciteit opwekken zonder dat het zicht wordt belemmerd en zonder dat de lichtinval negatief wordt beïnvloed. Zeer geschikt voor onder andere toepassingen waarbij het design en de esthetiek een belangrijke rol spelen. Daarmee zitten deze panelen wat positionering betreft wellicht iets meer aan de bovenkant van de markt. Het rendement zal in de regel wat lager uitvallen, maar gezien de positionering is het maar de vraag of dat door de eindgebruiker als een serieus obstakel zal worden gezien.

Veel van de nieuwe oplossingen zijn inmiddels commercieel verkrijgbaar. Hoogrenderende zonnepanelen, bifaciale zonnepanelen, flexibele zonnepanelen, transparante zonnepanelen en zonne-shingles worden allemaal al geproduceerd en zijn beschikbaar via meerdere fabrikanten, ook in Nederland. Het is wel belangrijk te beseffen dat de exacte kosten van deze producten kunnen variëren. Ook zijn sommige paneeltypes in bepaalde landen beter beschikbaar, wat ook weer invloed kan hebben op de prijs en op de termijn waarop zij leverbaar zijn.

Tekst: Robbert Hoeffnagel
Fotografie: Meyer Burger, LG, AES Sales, Wienerberger, iStock