De meest efficiënte zonnecellen ter wereld

De ontwikkelingen binnen de zonne-industrie staan niet stil. Regelmatig komt er een bericht voorbij dat onderzoekers een nieuwe efficiëntierecord hebben verbroken. Potentiële kopers van zonnepanelen zijn  jaloers op de behaalde percentages als zij deze vergelijken met het rendement van commercieel beschikbare zonnepanelen.

Welke zonnecel het meest efficiënt is? Eigenlijk is het een vraag die de consument zichzelf niet hoeft te stellen, want die is niet te koop voor de doorsnee particulier. Maar nieuwsgierig en vergelijkend Nederland wilt het toch graag weten: hoe groen is het paneel aan de overkant en waar ligt de huidige limiet?

Een lijst van onlangs gerapporteerde zonnecelefficiëntierecords. Van onbetaalbare zonnecellen naar zonnepanelen uit het topsegment voor consumenten. De nadruk ligt op zonnecellen, het hoofdbestandsdeel van zonnepanelen. Daarin zit de nuance.

Records

44,7 procent: Het Duitse Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems heeft het zonnigste record in handen. De hoogste efficiëntie is bereikt met een geconcentreerde ‘four-junction’ zonnecel. Dit is een type zonnecel waarin verschillende meerdere halfgeleidermaterialen in vier lagen worden gebruikt. Het is een ingewikkeld type zonnecel dat nog lang niet geschikt is voor commerciële of huishoudelijke toepassingen.

44,4 en 38,8 procent: Net een stapje lager, een multi-junction zonnecel geproduceerd door Sharp. Vergelijkbaar met de Duitse zonnecel maakt deze gebruik van geconcentreerd licht. Het record? Maar liefst 44,4 procent.

Een andere zonnecel van Spectrolab behaalde een record met een percentage van 38,8 procent. Echter, maakt deze zonnecel géén gebruik van geconcentreerd licht. Het verschil tussen de verschillende types zonnecellen is vaak klein; de één gebruikt geen object om het inkomende licht, dat de zonnecellen raakt, te bundelen en de ander wel. Het concentreren van licht is dan ook extra kostbaar vanwege het gebruik van dure lenzen.

De multi-junction zonnecel van Spectrolab wordt gebruikt door NASA voor ruimtevaarttoepassingen zoals de Mars Exploration Rovers. Hierbij kan een klein beetje extra ruimte (dankzij extra efficiëntie) een enorm verschil kan maken.

32,6 en 30,8 procent: Het Spaanse zonne-onderzoeksinstituut (IES) en de technische universiteit van Madrid (UPM) ontwikkelden in 2008 een ‘two-junction’ geconcentreerde zonnecel met een efficiëntie van 32,6 procent. De Californische zonnecelontwikkelaar Alta Devices maakte een galliumarsenide (GaAs) zonnecel met een rendement van 30,8 procent. Hier werd géén geconcentreerd licht bij gebruikt.

Zonnepanelen

Het rendement van commercieel beschikbare zonnepanelen, beter gezegd zonnemodules, ligt een stuk lager. De belangrijkste reden is dat er minder onderzoek plaatsvindt naar zonnepanelen. Voor de fabrikanten is het onrendabel om te investeren in panelen met onverkoopbare, want prijzige, zonnecellen.

Records van zonnepanelen voor commercieel en huishoudelijk gebruik zijn daardoor minder spectaculair, maar wel degelijk belangrijk als alternatieve energiebron.

36 procent: Zonnemodules van Amonix uit Californië staan bovenaan de lijst van de meest efficiënte (C)PV-modules. Echter, zijn dit panelen die stroom opwekken met behulp van geconcentreerd licht (hier staat de C voor) en mede daardoor niet geschikt voor huishoudelijke doeleinden. De modules van Amonix worden bijvoorbeeld gebruikt in de woestijn in Alamosa, Colorado in de Verenigde Staten. Het zonne-energiebedrijf Cogentrix gebruikt de CPV-modules voor zijn 30 megawatt geconcentreerde CPV-installatie.

21,5 procent: het Amerikaanse zonnepanelenbedrijf SunPower heeft de meest efficiënte zonnemodules ter wereld bedoeld voor huishoudelijk gebruik. Het gaat om SunPower’s X-serie modules en deze monokristallijne zonnepanelen, die geproduceerd worden uit één siliciumkristal, zijn de koplopers in de rendementstesten. Voor dit type paneel tast je wel dieper in de buidel. Het Nuon Solar Team gebruikte hetzelfde type zonnecellen (SolarPower Maxeon) uit de X-serie modules van SunPower voor de zonnewagen Nuna 7. Met een aantal vernuftige aanpassingen wist het team uit Delft daarmee als eerste over de finish te komen in de World Solar Challenge 2013.

16,1 procent: FirstSolar, de marktleider in cadmiumtelluride (CdTe) zonnepanelen, claimt wederom het record bij dit type zonnecel. FirstSolar gebruikt voor haar dunne-film zonnecellen andere halfgeleiders dan silicium, namelijk cadmium en tellurium. Deze eveneens Amerikaanse zonnepanelenproducent maakt dankzij een efficiënt productieproces panelen tegen een lage kostprijs. Hierdoor is dit type paneel bijvoorbeeld op zonovergoten locaties nabij de evenaar,  een economisch gunstigere optie.

Foto: Nuon Solar Team via Flickr