Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 1 Waar staan we met fotovoltaïsche zonne-energie en waar willen we terechtkomen? R.J.C. van Zolingen Shell Solar Energy B.V. en TU/e

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 2 Inhoud Principe De verschillende zonneceltechnologieën Kosten Waar willen we terechtkomen?

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 3 Werkingsprincipe Absorptie van foton Generatie van elektron-gat paar (Diffusie) Landingsscheiding Externe stroom

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 4 Bandenplaatje (voor enkelvoudige omzetter) Verliezen –h indien h <  Eg –(h -  Eg) indien h >  Eg –Overige verliezen (o.a. diode-, ohmse- en recombinatieverliezen) Maximum rendement enkelvoudige omzetter 31% Verdere verhoging van rendement door stapeling van cellen

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 5 De verschillende zonneceltechnologieën

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 6 Eenkristallijn silicium zonnecellen Oorspronkelijk ontwikkeld voor de ruimtevaart Doorontwikkeld voor aardse toepassingen Laboratoriumrendement 24%, productierendement % Nog steeds in gebruik

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 7 Multikristallijn silicium zonnecellen Verkregen met giettechniek Laboratoriumrendement 20%, productierendement % Spectaculaire groei, nu grootste marktaandeel Focus op ‘high volume’ productie

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 8 Kristallijn silicium zonnecellen, tendensen Grondstof wordt schaars Ontwikkeling van ‘solar grade’ silicium (Wacker, Bayer, Sunergy) Ontwikkeling van zelfdragend silicium –Linten (ASE negenvlakken, commercieel) –RGS (ECN) Dunne-film silicium (Astropower)

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 9 Amorf silicium zonnecellen Enige dunne-film technologie in ‘high volume’ productie PIN celstructuur Vaak in tandem of triple structuur gebruikt, productie rendement 5 - 8% Interessante combinaties met microkristallijn silicium Focus op ontwikkeling ‘high volume’ productieprocessen (Heliantos) van AKZO, ETP en TUE

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 10 Cadmiumtelluride zonnecellen (CdTe) Eenvoudig te produceren Bedenkingen tegen cadmium Laboratoriumrendement 16% Pilotproductierendement % Koperindiumgaliumdiselenide (Cu(In, Ga) Se 2 ) Productie wel complexer Laboratoriumrendement 19% Pilotproductierendement %

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 11 Zonnecellen gebaseerd op III-V verbindingen Complexe devices Bandgaptuning door samenstelling elementen Zeer hoge rendementen met tandem en heterojunctiestructuren (meer dan 30% onder concentratie op laboratoriumschaal) Ruimtevaarttoepassingen Concentratortoepassingen Ontwikkeling van dunne-film versie d.m.v. lift-off (KUN)

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 12 Kleurgesensibiliseerde en plastic zonnecellen Lange termijn, lage kosten optie Omvangrijke R&D programma’s in Nederland Nog in zeer vroeg stadium van ontwikkeling

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 13 Verdeling over de verschillende zonneceltechnologieën Productie in IEA landen in 2000 (totaal 239 MWp) Eénkristallijn Si 22,5% Amorf Si 7,1% Multikristallijn Si 51,9% CIS 0,2% CdTe 0,5% Dunne film Si 0,4% Si-linten 1,6% Onbekend en overige 2,5% Amorf Si op éénkristallijn Si 13,3%

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 14 Waar staan we nu? Productierendementen wezenlijk lager dan laboratorium- rendementen en theoretische rendementen –Onvolledige lichtabsorptie –Imperfecte materialen, oppervlakken en grensvlakken –Verliezen bij stroomcollectie Afweging tussen kosten en rendement in productie Onderzoek en ontwikkeling met name gericht op kostenverlaging

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 15 De kWh-kosten De kWh-kosten kunnen berekend worden met het ‘levelized energy cost model’ Input: –investeringskosten –afschrijvingstermijn –reële rente –kosten voor onderhoud –jaaropbrengst (kWh)

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 16 Huidige en verwachte c.q. gewenste ontwikkeling van de kWh-kosten voor netgekoppelde PV-systemen in Nederland Afschrijvingstermijn 20 jaar reële rente4% kosten onderhoud1% van investering jaaropbrengst850 kWh/kWp Conventioneel: kleinverbruikerstarief0,15 €/kWh primaire opwekkosten0,03 €/kWh TijdstipModuleprijsBOS-prijsSysteemprijsSchatting kWh- kosten €/Wp €/kWh Lange termijn 3,5 – 4 1,5 – 2 1 0,7 1,5 1 0,5 0,3 5 – 5,5 2,5 – 3 1,5 1 0,50 – 0,55 0,25 – 0,30 0,15 0,10

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 17 Waar willen we terechtkomen? kWh-kostenniveau in de orde van de huidige opwekkosten met de conventionele bronnen Realisatie met behulp van hoog-rendement zonnecellen (rendement > 30%)

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 18 De uitdaging Het vinden van: Zonnecellen die het spectrum beter benutten, bijvoorbeeld door –Stapelen van materialen –Materialen en structuren waarin multiple-foton absorptieprocessen kunnen optreden Zonnecelstructuren die minder gevoelig zijn voor materiaalkwaliteit Meer geschikte materialen voor specifieke structuren