Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 1...

Joint Solar Panel

WorkshopGrensverleggende

Ideeën voorFotovoltaïsche

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 ZolingenShell Solar Energy B.V. en TU/e

Joint Solar Panel




Bergen (NH)

2

Inhoud

• Principe

• De verschillende zonneceltechnologieën

• Kosten

• Waar willen we terechtkomen?

Joint Solar Panel




Bergen (NH)

3

Werkingsprincipe

• Absorptie van foton

• Generatie van elektron-gat paar

• (Diffusie)

• Landingsscheiding

• Externe stroom

Zonlicht Contactrooster

Anti-reflectiecoating

N-type gebied

Overgang

P-type gebied

Achtercontact

1

2

3

4Ip

Joint Solar Panel




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

h Eg

Geleidingsband

> Eg

Valentieband

Ec

Ev

E1

E2

Joint Solar Panel




Bergen (NH)

5

De verschillende zonneceltechnologieën

Laboratorium-rendement

(%)

Pilotproductie-rendement

(%)

Productie-rendement

(%)Kristallijn silicium Eénkristallijn Multikristallijn

2420

13 – 1612 – 15

Dunne film Amorf silicium CdTe Cu(InGa)Se2

141619

9 – 1010 – 12

5 – 8

III – V verbindingen 33

KleurgesensibiliseerdPlastic

112.5

5-

--

Joint Solar Panel




Bergen (NH)

6

Eenkristallijn silicium zonnecellen

• Oorspronkelijk ontwikkeld voor de ruimtevaart

• Doorontwikkeld voor aardse toepassingen

• Laboratoriumrendement 24%, productierendement 13 - 16%

• Nog steeds in gebruik

Joint Solar Panel




Bergen (NH)

7

Multikristallijn silicium zonnecellen

• Verkregen met giettechniek

• Laboratoriumrendement 20%, productierendement 12 - 15%

• Spectaculaire groei, nu grootste marktaandeel

• Focus op ‘high volume’ productie

Joint Solar Panel




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)

Joint Solar Panel




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

glas

TCO voorzijde contact

i-laag

n+ -laag

achterzijde contact

encapsulant

zonlicht

p+ -laag

Joint Solar Panel




Bergen (NH)

10

Cadmiumtelluride zonnecellen (CdTe)

• Eenvoudig te produceren

• Bedenkingen tegen cadmium

• Laboratoriumrendement 16%

• Pilotproductierendement 9 - 10%

Koperindiumgaliumdiselenide (Cu(In, Ga) Se2)

• Productie wel complexer

• Laboratoriumrendement 19%

• Pilotproductierendement 10 - 12%

Joint Solar Panel




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)

Joint Solar Panel




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

Joint Solar Panel




Bergen (NH)

13

Verdeling over de verschillende zonneceltechnologieën

Productie in IEA landen in 2000 (totaal 239 MWp)

Eénkristallijn Si22,5%

Amorf Si 7,1%

Multikristallijn Si51,9%

CIS0,2%

CdTe0,5%

Dunne film Si0,4%

Si-linten1,6%

Onbekend en overige

2,5%

Amorf Si op éénkristallijn Si

13,3%

Joint Solar Panel




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

Joint Solar Panel




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)

Joint Solar Panel




Bergen (NH)

16

Huidige en verwachte c.q. gewenste ontwikkeling van de kWh-kosten voor

netgekoppelde PV-systemen in Nederland

• Afschrijvingstermijn 20 jaarreële rente 4%kosten onderhoud1% van investeringjaaropbrengst 850 kWh/kWp

• Conventioneel:

kleinverbruikerstarief 0,15 €/kWh

primaire opwekkosten 0,03 €/kWh

Tijdstip Moduleprijs BOS-prijs Systeemprijs Schatting kWh-kosten

€/Wp €/Wp €/Wp €/kWh200020102020Lange termijn

3,5 – 41,5 – 210,7

1,510,50,3

5 – 5,52,5 – 31,51

0,50 – 0,550,25 – 0,300,150,10

Joint Solar Panel




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%)

Joint Solar Panel




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

Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 1...

Documents

Transcript of Workshop Grensverleggende Ideeën voor Fotovoltaïsche Conversie, 21 en 22 maart 2002 Bergen (NH) 1...