Een team van onderzoekers heeft een baanbrekende micro-concentrator fotovoltaïsche (micro-CPV) module ontwikkeld met een rendement van maar liefst 36%. Wat deze innovatie extra bijzonder maakt: het systeem gebruikt uitsluitend goedkope, commercieel beschikbare componenten.
De nieuwe micro-CPV-module van het Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) behaalt een rendement van 36% onder standaard testcondities (CSTC), waar conventionele silicium zonnepanelen meestal steken op 20–22%. Dat betekent: ruim 70% meer energie uit dezelfde hoeveelheid zonlicht.
Een nieuwe standaard in zonne-energie?
Volgens de studie, gepubliceerd in het IEEE Journal of Photovoltaics, ligt de mediane efficiëntie in praktijksituaties tussen de 31,4% en 33,6%, zelfs bij bedrijfstemperaturen rond de 75 °C. Het onderzoeksteam testte de prestaties een jaar lang in Freiburg, onder reële omstandigheden, en constateerde geen enkele vorm van degradatie.
Productieproces is betaalbaar en schaalbaar
Micro-CPV, oftewel micro-concentrator photovoltaics, is een compacte en efficiënte variant van concentrator-PV-technologie.
De modules maken gebruik van miniatuur multi-junction zonnecellen die minder dan 1 mm² groot zijn, gecombineerd met een lensarray en een bolvormige secundaire optiek om het zonlicht te concentreren. Deze constructie maakt het mogelijk het zonlicht sterk te bundelen op de zonnecellen.
Voor de productie passen ze daarnaast standaardprocessen uit de wereld van printplaten en micro-elektronica toe, waardoor massaproductie betaalbaar en schaalbaar wordt.
De zonnecellen zelf worden geleverd door Azur Space Solar Power en zijn van een type dat normaal gesproken in ruimtevaarttoepassingen wordt gebruikt vanwege hun hoge efficiëntie. Door het sterke concentreren van zonlicht is er maar liefst 1.300 keer minder halfgeleidermateriaal nodig dan bij traditionele zonnepanelen: een enorme besparing van grondstoffen dus.
Enorm potentieel in zonnige gebieden
Micro-CPV werkt het best in zonrijke en droge regio’s waar veel direct zonlicht beschikbaar is, zoals Zuid-Europa, Noord-Afrika, het Midden-Oosten en bepaalde delen van de Verenigde Staten of Australië.
Fraunhofer ISE richt zich vooral op toepassingen in grote zonneparken, agri-PV waarbij landbouwgewassen worden overspannen door zonnepanelen, en gebieden met hoge instraling en weinig diffuse lichtinval. Ze plaatsen de modules op zogenaamde 2-assige trackers die de panelen de hele dag nauwkeurig naar de zon draaien om maximale instraling te garanderen.
Commercialisering is dichtbij
Onder leiding van Frank Dimroth wordt momenteel een spin-off bedrijf opgericht: Clearsun Energy. dat bedrijf gaat zich richten op de brede uitrol van micro-CPV voor zonneparken en agri-PV.
Volgens Dimroth wordt er zelfs gewerkt aan een product met een nog hogere module-efficiëntie van 37%. Daarnaast ontwikkelden de onderzoekers een statistisch model om toleranties in lens- en celplaatsing tijdens productie te meten, wat cruciaal is om de technologie op grote schaal betrouwbaar te kunnen maken. Modules van 60 bij 45 centimeter zijn inmiddels succesvol geproduceerd.
Een vervanger voor zonnepanelen?
In zonnige gebieden, waar ruimte en directe instraling overvloedig aanwezig zijn, kan micro-CPV inderdaad een beter alternatief vormen dan klassieke zonnepanelen. Vooral omdat het materiaalgebruik extreem laag is, wat niet alleen kosten bespaart maar ook de ecologische voetafdruk verkleint.
In Nederland is het echter vaak bewolkt, met veel lichtdiffusie als gevolg. Hier zal klassieke PV voorlopig dus de beste keuze blijven.
Het beste van twee werelden
De micro-CPV-module van Fraunhofer ISE combineert het beste van twee werelden: recordefficiëntie en lage kosten. Hoewel het geen universele vervanger is voor elk zonnepaneel, heeft het wel het potentieel om de wereldwijde zonne-energiemarkt flink op te schudden. Vooral in zonnige delen van de wereld kan dit dé technologie worden die zonne-energie naar een hoger plan tilt.
