België (2011) stimuleert PV dusdanig dat het in rap tempo de kant
op gaat van Duitsland.
De BTW is 6 % als het een huis betreft ouder dan 5 jaar. Je krijgt 0,27
euro per kWh groene stroom certificaat en je bespaart 0,18 euro per kWh
(die je niet hoeft te kopen). Daarnaast krijg je 40 % terug op de
factuur (en soms zijn er nog meer stimuleringsfondsen)
Als je 3500 kWh per jaar verbruikt heb je 4200 Wp nodig = 18 panelen van
240 Wp = 11.700 euro geinstalleerd en wel. = 12402 euro met 6 % BTW. Je
krijgt 40 % terug => kosten 7441,20 euro. 3500 kWh * 0,18 ct = 630 euro
3500 kWh * 0,27 = 945 euro = samen 1575 euro op 7441 euro kosten = 4,7
jaar terugverdientijd. In 10 jaar opbrengst 15750 euro - aanschaf = 8000
euro winst !!
De opbrengsten ontwikkelen zich als
bovenstaand. Paars multi junction zonnepanelen (>40 %) Blauw kristallijn
Si (22%) Groen dunne laag, folies 17 %, Rood verf 10 % en organische
panelen 4 %. Zie onder voor meer details...
Het plaatje boven laat een heuvel vol zonnepanelen zien in Zuid Duitsland. Men tracht energie voor 's-nachts
op de slaan via het samenpersen van lucht of uiteraard via accu's. Ook
brandstofcellen komen in beeld. In 2008 werd een mogelijke doorbraak
gepubliceerd om water te splitsen in waterstof en zuurstof. 5 literflessen
waterstof zijn genoeg om voor de nacht energie op te wekken.
Nog beter zou zijn als oliesjeiks zouden gaan investeren in drijvende eilanden
vol zonnepanelen.
Voorbeelden in China
In Dezhou
staat het grootste bouwwerk van zonneboilers en zonnecellen.
88 % van de energie wordt er door opgewekt.
.jpg)
Theorie van zonnepanelen
De zon is een onuitputtelijke bron van energie
en is schoon. Er is genoeg zonlicht om alle
elektriciteit op te wekken die nodig is.
Zonne-energie wordt toegepast in de ruimtevaart
maar tegenwoordig wordt het toegepast in alle
mogelijke toepassingen zoals in huizen,
gebouwen, rekenmachines, telefoontoestellen,
lichtboeien, waterpompen, zomerhuisjes en
kampeerwagens.
Het proces waarmee een zonnecel zonne-energie
omzet in elektriciteit, wordt ook wel
fotovoltaïsche omzetting of vaak in het kort
“PV” genoemd. De meeste zonnecellen zijn gemaakt
van silicium. Dit silicium bevat twee lagen, de
zogenoemde N-laag en P-laag. Het verschil in de
twee lagen ontstaat door kleine chemische
bewerkingen.
Hierdoor
ontstaat een spanningsverschil over het
tussenvlak die te vergelijken is met de plus (+)
en de min (-) van een batterij. Onder invloed
van licht worden er extra elektronen in de
zonnecel losgemaakt. Door een verbinding tussen
beide lagen te maken wordt er een elektrische
stroom opgewekt. Voor dit proces is niet altijd
de felle zon nodig, ook op een bewolkte dag kan
een zonnecel elektriciteit leveren.
Voor de huidige toepassingen van zonnecellen
wordt als basis silicium gebruikt. De volgende
drie verschillende typen cellen worden
toegepast:
- Monokristallijn silicium zonnecellen
– zijn gemaakt van siliciumplakken die uit
een groot donkerblauw monokristal zijn
gezaagd. Dit is een kostbaar en tijdrovend
proces.
- Multikristallijn silicium zonnecellen
– worden gegoten, zijn goedkoper en zijn
eenvoudiger te maken dan monokristallijn
silicium zonnecellen maar het rendement is
lager
- Amorf silicium cellen – worden
opgedampt op een ondersteunend materiaal. De
opbrengst is niet zo hoog maar ze zijn zeer
bruikbaar voor bijvoorbeeld rekenmachines.
De kosten kunnen omlaag gebracht worden door
minder silicium te gebruiken en door het
productieproces te vereenvoudigen.
PV-systemen
Zonnecellen worden meestal aan elkaar gekoppeld
en ondergebracht in een zonnecel. Panelen met
zonnecellen leveren gelijkspanning van 12 – 24
Volt. In een paneel zijn de cellen tegen regen
en wind beschermd. Meer zonnepanelen worden tot
een compleet systeem gekoppeld inclusief kabels,
regelapparatuur en een draagconstructie. Ze
kunnen gebruikt worden voor netgekoppelde
PV-systemen of voor autonome PV-systemen.
De opbrengst van een zonnepaneel is afhankelijk
van de hellingshoek van het paneel en de
richting waarin het paneel staat. De opbrengst
is optimaal (100%) wanneer het paneel een
hellingshoek heeft van 36° en gericht is op het
zuiden.
(maar vanwege materiaalbesparing / gewicht en stormbeveiliging gaat men
steeds meer over op 10-12 graden)
Een gangbaar zonnepaneel van 1 m² heeft
een piekvermogen van 100 Watt-piek. Dit is het
maximale vermogen dat bij maximale
zon-instraling en onder vastgestelde condities
geleverd wordt. Een autonoom PV-systeem van 1 m²
levert ongeveer 40 kilowatt-uur per jaar.
Netgekoppelde PV- systemen levert ongeveer 80
kilowatt-uur per jaar. Het gebruik van een
netgekoppeld PV-systeem van 4 m² komt ongeveer
overeen met 10% van het gemiddeld huishoudelijk
elektriciteitsgebruik of met het verbruik van
een koelkast.
Het verschil
in opbrengst tussen de twee PV-systemen komt
door het gebruik van de accu bij een autonoom
PV-systeem. Wanneer de accu vol is worden de
zonnepanelen uitgeschakeld zodat er geen
zonlicht meer omgezet wordt in elektriciteit.
We vinden het vanzelfsprekend dat elektriciteit
altijd beschikbaar is. We staan er vaak niet bij
stil dat productie van elektriciteit uit
steenkool of aardgas schade veroorzaakt aan ons
milieu. Bij de verbranding van deze brandstoffen
komen schadelijke gassen vrij. Eén daarvan is
het broeikasgas CO2 dat
een grote rol speelt in het broeikas effect. Het
is een gas dat zelfs tot veranderingen in ons
klimaat kan leiden. Vrijkomende stikstofoxiden
en zwaveloxiden veroorzaken zure regen. En op
lange termijn zullen deze brandstoffen opraken.
De afhankelijkheid van deze brandstoffen zal ons
op lange termijn kwetsbaar maken. Het gebruik
van PV-systemen brengt geen uitstoot van
schadelijke gassen en doet geen aanslag op de
schaarse hulpbronnen. Zonne-stroom is schoon,
stil en duurzaam.
PV-systemen zijn relatief kostbaar. Voor iedere
m2 is een investering van € 700
noodzakelijk. Autonome PV-systemen zijn door het
gebruik van accu’s zelfs duurder. Ondanks deze
hoge kosten zijn deze systemen, als er geen
aansluiting op het elektriciteitsnet mogelijk
is, een goed alternatief.
In laboratoria wordt hard gewerkt aan de
ontwikkeling van nieuwe PV-technologieën. De
dunne film zonnecel heeft een laag gewicht, is
flexibel en vanwege het gebruik van minder
silicium minder kostbaar. Verder zijn er
organische cellen in ontwikkeling die gebruik
maken van lichtabsorptie in organisch materiaal.
Op deze manier probeert men de kosten van de
zonne-cellen te reduceren.
Rendementen (maar ze gaan richting 20 %)
monokristallijn 16 - 17 %
multikristallijn 15 %
amorf
6 - 9 %
CdTe
6 - 9 %
CIS
12 %
Meerdere panelen aan elkaar noemt men een string. Om van
gelijkstroom wisselstroom te maken wordt een inverter gebruikt. het
rendement is 91-95 %. De inverter bevat een voorziening om panelen in
hun maximale vermogenspunt te belasten (=MPP maximale power point).
De opbrengst is de prestatiefactor * de jaarlijkse instraling (11oo
W//m2) * het totale piekvermogen van de panelen samen (0,77 in NL) = 850
kWh / kWp.
Een meisje heeft een hele goedkope suntracker ontwikkeld
op basis van het feit dat staal anders uitzet dan aluminium wanneer het
aan warmte wordt blootgesteld. De tracker verbruikt geen elektriciteit.
Zonnecelfolies
Solar integrated is er in geslaagd flexibele zonnepanelen te maken die kunnen
dienen als dakbedekking. Attractief, lichtgewicht, weinig onderhoud en stroom
opwekkend. 20 m2 levert 1 kWpiek ofwel het levert 50 kW per m2
voor 215 - 280 euro per m2 dakbedekking (all in). Leveranciers
www.wekadaksystemen.nl of
www.dimension-5.com 75 eurocent per
Watt.
In Eindhoven staat de eerste nul-energieschool met
zonnefolies die gekoeld worden door een energiedak.
Het energiedak, ontwikkeld door onder
andere de TU Eindhoven,van Schiebroek dakbedekkingen, is een thermisch
systeem, waarbij de zonnecollector bestaat uit een buizenregister met
warmtewisselaar dat onzichtbaar is opgenomen in de isolatiemateriaal van
de dakconstructie. Daarover heen ligt een kunststof dakbedekking met
daarin geïntegreerd, een laag elektriciteit opwekkende pv-cellen. De
PV-cellen worden gekoeld door het energiedak. de zon maak het koelwater
in het buizen warm zodat het ondergronds kan worden opgeslagen voor de
winter. Er is 850 m2 flexibele monokristallijn PV geplaatst waarvan men
denk dat het 52.000 kWh gaat opbrengen. Onderhoud is gering. 1 maal per
15 jaar groot onderhoud en meestal zijn de inverters dan aan vervanging
toe.
Cilindervormige zonnecellen
Op platte daken kan men nu ook
cilindervormige zonnecellen plaatsen. Zie
www.solyndra.com en de plaatjes
onder. Men plaatst ze op een dak met een witte reflecterende onderlaag.
Dat geeft een koel dak en het zonlicht wordt ook onder tegen de buizen
gereflecteerd. De buizensystemen zijn licht van gewicht zodat ze goed op
platte daken te installeren zijn.16 kg / m2 t.o.v. 30 kg / m2 voor
normale PV cellen. 182 Wp per cel ofwel zo'n 90 Wp / m2 = 72 kW
Tegenwoordig kan men
ook CIGS cellen aanbieden. Ze zijjn mooi qua uiterlijk en men gebruikt
geen silicium maar als het halfgeleidermateriaal een mix van koper,
indium, galium en selenium. Zie
www.solibro.be
Nieuwe generatie zonnecellen
MAXXUN, is een opstartende
onderneming die werkt aan de productie van zonnecellen gebaseerd
op de luminescent solar concentrating (LSC) technology Het
belangrijkste voordeel is dat de kosten twee maal zo laag kunnen
worden. De luminescent solar concentrating system is
gemaakt van een groot plastic vel , een fluorescerende laag en
een zonnecel. De fluoreserende laag absorbeert licht en zendt
het dan uit op de juiste golflengte. Een deel van dit
uitgezonden licht wordt opgevangen door het plastic vel en
getransporteerd via inwendige reflectie naar de zonnecel.
Op de zonnecellen is een laag aangebracht die het zonlicht wel
binnenlaat maar niet meer laat verlaten.
Zonnecel gaat
door de 40 % efficiency barrière
Een photovoltage cel leverde laatst een
opbrengst van 40,7 %. De cel is gemaakt in de
laboratoria van Boeing. deze doorbraak kan
leiden tot PV-systemen die 3 euro per watt
kosten en die per KWh 0,08 - 0,10 eurocent kost. Men denkt dat zelfs nog hogere
opbrengsten mogelijk zijn.
De cel is gemaakt door een
stuctuur die multi-junction zonnecel noemt. Er
wordt meer van het spectrum geabsorbeerd. In een
multi-junction cel worden individuele cellen
gemaakt uit lagen waarbij iedere laag een deel
van het spectrum absorbeert. Ook wordt zonlicht
geconcentreerd op de cellen.
Hierdoor wordt meer energie
van het zonlicht gebruikt en zijn er minder
cellen nodig om hetzelfde op te wekken.
In 1980 was de opbrengst
maximaal 16 %. In 1994 brak men door de 34 %
barrière en kreeg men alle aandacht van de
ruimtevaartindustrie. Nu zit men op 40 % en er
kan nog meer bereikt worden. Kosten 7000
euro / cm2
DSM heeft een
antispiegellaag voor zonnepanelen ontwikkeld. Door de coating kan de
opbrengst van een paneel met gemiddeld zestien procent rendement met een
halve tot een hele procent verhogen. DSM verwacht dat
zonnepaneelfabrikanten de eerste gecoate panelen volgend jaar al op de
markt kunnen brengen.
Zonnepanelen van Si (silicium) absorberen alleen maar licht van 1,1 µm
(is licht nabij Infra Rood). Heeft het licht een grotere golflengte dan
is er geen effect en bij een lagere golflengte (dus richting zichtbaar
licht) komt het teveel aan energie vrij als warmte. Vandaar dat maximaal
30 % rendement te halen is en normaal is 20 %. In de praktijk komt het
neer op 8-15 %.
Met het materiaal
lanthanide-ionen kunnen de blauwe en groene deeltjes
in twee infrarode deeltjes worden geknipt. Hierdoor
levert het 'donkere deel' van het zonlicht twee keer
zoveel stroom.
''Het materiaal bestaat nu uit
poeder, maar dat moet worden
omgevormd tot doorzichtig
materiaal. Op die manier kan het
als een extra laagje op
bestaande zonnecellen worden
aangebracht'', aldus Linda
Aarts.
Het materiaal kan over vijf tot
tien jaar voor alle soorten
zonnepanelen worden gebruikt,
verwacht ze.
Veel
fotonen hebben teveel energie.
Elektronen worden uit hun baan
geknikkerd, geven hun warmte af
en vallen dan meteen weer terug.
Als je dat kan vertragen kunnen
de elektronen toch gevangen
worden om mee te doen met de
stroom(kring). Dat vangen kan
met loodselenide op titaanoxide.
Een elektron heeft dan 1000 maal
langer de tijd nodig om af te
koelen. Dan kan het rendement
omhoog naar 60 % maar nog veel
hobbels zijn te nemen.
Na drie jaar is de energie die het gekost heeft de panelen te maken weer
terugverdiend.
Goedkope zonnecellen
Professor Laurens Siebeles van de Technische
Universiteit Delft werkt hard aan het beter en
goedkoper maken van
zonnecellen en wel op twee manieren:
-
Zonnecellen maken van goedkoop materiaal,
bijvoorbeeld plastic. Zulke cellen leveren weliswaar minder stroom op,
maar omdat je er heel veel van kan aanschaffen en installeren maakt dat
niet uit.
-
Een nieuwe generatie superkrachtige zonnecellen op
basis van nano-kristallen. Deze spiegelende microkristallen laten het
zonlicht wel binnen, maar niet meer naar buiten. Binnenin de kristallen
stuitert het licht dus een paar keer heen en weer en blijft steeds
energie opleveren. Er komt veel meer stroom uit hetzelfde oppervlak
In Spanje is een wet aangenomen die elke nieuwe
woning verplicht tot het installeren van zonnecellen (VK 08-12-07)
2008: 1
kW-piek kost 4300 - 4800 euro. Tot 3000 kWh geeft het
energiebedrijf 0,33 ct terug per kWh stroom die wordt teruggeleverd.
De
bovenstaande zonnecellen leveren warm water en elektriciteit. De
cellen krijgen ook zonlicht aan de onderkant en de cellen worden
gekoeld met water dat warm wordt. Zo werkt de uitvinding ook als een
zonnecollector.
Een filmpje is
hier te zien.
Zenit: Geconcentreerd zonlicht
Het project Zenit ontwikkelt een zonnepaneel die
elektriciteit levert tegen een concurrerende kostprijs. Hiertoe
onderzoekt aanvrager Peter Penning een concentrator. Die is in staat
zonlicht op een oppervlak van een vierkante meter in enkele vierkante
centimeters te concentreren. In combinatie met een zonnecel, die het
licht omzet in elektriciteit, kan de concentrator een hoog rendement
leveren met een relatief lage kostprijs per m².
In Duitsland bestaat het bedrijf
Solar Focus dat zonlicht concentreert op een klein, duur zonnepaneeltje
met enorm hoog rendement > 40 %.
Suncycle (zie
www.suncycle.nl ) concentreert
licht op een multilayer zonnecelletje via lenzen.
Zie ook
dit filmpje
Lage prijs
Jaarlijks komt gemiddeld 75% van het directe zonlicht op de
concentratorcel terecht. Deze cel levert een hoog rendement: 25 tot 35%
in plaats van de 10 tot 15% die gewone zonnepanelen opleveren.
De prijs van een cel is hoog, maar de cel heeft slechts een klein
oppervlak nodig. Enkele vierkante centimeters per vierkante meter
zonlicht. Daar komt bij dat de concentrator niet duur is. Dit houdt de
kosten van het totale paneel per vierkante meter zonlicht in de hand.
Door de lage prijs per vierkante meter kan de prijs van de opgewekte
stroom concurreren met elektriciteit uit fossiele brandstoffen.
In de USA gaan ze ze als
volgt maken
Fotovoltaische vloeistoffen
De prijs moet die van een liter verf
worden. Het rendement zal zo'n 10 % zijn. Als het goed koop is verf
je er muren mee, sluit je de boel aan en klaar is Kees
Organische
zonnecellen
Je kunt de uitdaging om goedkope en efficiënte zonnecellen te maken op
twee manieren aangaan: de productiekosten van hoog-rendementzonnecellen,
zoals de III-V-zonnecellen omlaag brengen of het rendement van
goedkopere zonnecellen, bijvoorbeeld organische zonnecellen, opvoeren.
Voor de productie van organische zonnecellen is geen dure apparatuur
nodig de lagen kunnen in principe uit oplossingen verkregen worden.
Lichtgewicht en flexibele zonnecellen met een groot oppervlak kunnen in
een roll-to-roll massafabricageproces geproduceerd worden.
De groep van Prof. René Janssen van de
Technische Universiteit Eindhoven werkt aan organische zonnecellen. In
een mengsel op nanoschaal van een geleidend polymeer en een fullereen
ontstaan op de grensvlakken onder invloed van zonlicht ladingsdragers.
“Inmiddels zijn we wat rendement betreft gevorderd tot 3 à 4%,” meldt
Janssen desgevraagd. Nu ligt het record van efficiëntie op de 8,3 % in
handen van Konarka. Met het
onderzoek, dat 10 jaar zal duren, is het de bedoeling een
efficiëntie van meer dan 15% te behalen.”
“De materialen blijven steeds langer stabiel, maar
een levensduur vergelijkbaar met silicium zonnecellen halen we nog niet.
Pas als duidelijk welke materialen en welke technologie de beste
productieresultaten opleveren, kunnen we concrete uitspraken doen over
de kosten.”
Prof. Poul Larsen, de leider van de groep
waar Schermer werkt, blijft meer zien in III-V-zonnecellen. “Zonnecellen
met een laag rendement moeten een groot oppervlak hebben om een
bruikbare hoeveelheid energie te verzamelen. Zelfs al worden de
organische zonnecellen efficiënter, je zult toch altijd een groot
oppervlak ter beschikking moeten hebben. Als je een huis zelfvoorzienend
met zonne-energie zou willen maken, heb je op de meeste huizen gewoon
niet genoeg dakoppervlak om die zonnecellen kwijt te kunnen. Met onze
hoog-rendementzonnecellen, die je trouwens nog efficiënter kunt maken
door het zonlicht te concentreren met spiegels, kun je in principe wel
voldoende energie verzamelen
Dynamic solar facade
In de V.S. is men
bezig met
systemen die via draaibare lenzen de beweging van de Zon volgen en
te laten vallen op op high-tech zonnecellen. Met record
efficiëntie, zijn de modules naar verwachting 30 procent van het
licht van de zon om te zetten in elektriciteit en 50 procent van
zijn energie te absorberen in de vorm van warmte.
Hier boven staat hoe zonnecellen zich
ontwikkelen. De multilayers halen al meer dan 40 %. De gewone
zonnepanelen blijven rond de 20 % rendement en men is bezig met
vloeistoffen of organische zonnecellen.
Abu Dabi gaat in Geleen (op Chemelot) een siliciumfabriek (voor
PV-panelen) bouwen voor 500 mln. Kan voor duizenden mensen werk
betekenen.
Hier een filmpje over een tunnel van zonnepanelen voor de hoge
snelheidstrein in Belgie.
Vliegtuig op zonnecellen
Bernard Piccard is met een luchtballon de hele wereld
rond gevlogen. Nu wil hij op zonne-energie de wereld rond in een
vliegtuig op zonnecellen.In 2050 wil de luchtvaart CO2 neutraal vliegen.
Strukton plaatst in
opdracht van ProRail deze week de eerste
duurzame perronkappen met zonnepanelen op
station Utrecht Centraal. De zonnepanelen gaan
energie opwekken voor de verlichting, de
roltrappen en de liften in de nieuwe OV-terminal.
Perronkappen met zonnepanelen
In totaal krijgen drie nieuwe perronkappen
(langs de sporen 11/12, 8/9 en 5/7) glasplaten
met zonnecellen. Samen zorgen de zonnecellen
voor een energieopbrengst van ongeveer 85.000
kWh per jaar. Dit staat gelijk aan het
energieverbruik van 25 huishoudens en een
CO2-reductie van 46 ton per jaar. Medio 2012
zijn de drie perronkappen gereed.
In Lelystad bij Acress heb je een testplek
voor zonnepanelen.
Bitronic en Fentogrid zijn bezig met
optimalisatie van stroom uit PV systemen. Het zou mooi zijn als alle
(gelijkstroom)stroom in een 12 Volt accu terecht zou komen en die zo
rechtstreeks onze PC's, verlichting (LED), iPhones. Ipads zou kunnen
voorzien van energie..
MIT (Mitchigan Institute of Technology)
werkt aan zonnepaneel dat 8x beter werkt ? Ze zijn aan het bekijken of
PV te printen is op papier of plastic (bij 120 oC en vacuum)
