Zonnecellen
In fotovoltaïsche zonnecellen (PV- of zonnecel) wordt energie uit licht (zonnestraling) direct omgezet in elektriciteit, zonder tussenkomst van thermische of mechanische processen. Het fotovoltaïsch effect treedt op wanneer halfgeleidermateriaal, blootgesteld wordt aan zonnestraling. Licht wordt geabsorbeerd in de zonnecel waardoor er lading wordt vrijgemaakt wat lijdt tot de opbouw van een potentiaalverschil tussen voor- en achterzijde van de zonnecel wat op zijn beurt resulteert in een elektrische stroom: elektriciteit uit zonne-energie.
Een PV-systeem bestaat uit de volgende componenten. Typisch tussen 30 en 100 zonnecellen zijn in serie geschakeld en in een module gepakt. Deze module levert een spanning tussen 10 en 100 volt, afhankelijk van de toepassing. Voor netgekoppelde systemen is er dan een omzetter of inverter nodig die de gelijkstroom uit de modules omzet in wisselstroom.
Er zijn op dit moment twee typen zonnecellen in gebruik: zonnecellen van kristallijn silicium, die wereldwijd het grootste marktaandeel hebben (ongeveer 90%) en dunne-film cellen. De kristallijn silicium cellen zijn er twee subvarianten: monokristallijn en multikristallijn. Cellen van het eerste type hebben een hoger rendement (tussen 15% en 17% van het invallende zonlicht wordt omgezet in elektriciteit), cellen van het tweede type zijn goedkoper, maar hebben een lagere efficiency (tussen 13% en 15%). Dunne-film cellen zijn per oppervlakte-eenheid goedkoper dan kristallijn silicium cellen, maar hebben een lager rendement: tussen 4% en 11%. Het nadeel van een lager rendement komt vooral naar voren bij het benodigde oppervlak om een bepaald elektrisch vermogen te installeren: hoe lager het rendement, hoe meer oppervlakte benodigd is. Per saldo is de prijs per eenheid vermogen van een PV-systeem (watt-piek of Wp) nauwelijks afhankelijk van het gebruikte celtype.
Wereldwijd staat in IEA-landen eind 2002 meer dan 1300 MWp opgesteld (IEA-PVPS, 2003), inclusief India en China staat wereldwijd meer dan 1500 MWp opgesteld. Japan is het land met het grootste vermogen aan PV-systemen, 637 MWp. In Europa staat eind 2002 392 MWp opgesteld, waarvan 277 MWp in Duitsland. Japan en Duitsland hebben in de afgelopen jaren een pro-actief stimuleringsbeleid gevoerd voor de promotie van PV. Overheidsregulering (m.n. in de vorm van feed-in tarieven) speelt hierbij een grote rol. Het beleid biedt deze landen een aantal voordelen zoals de versteviging van hun wereldmarktpositie en het scheppen van werkgelegenheid.
Ontwikkelingsfase en verbeteropties
In technisch opzicht zijn fotovoltaïsche systemen goed ontwikkeld. De productiekosten van elektriciteit zijn echter veel hoger dan bij conventionele elektriciteitsopwekking. R&D richt zich op het verlagen van de kostprijs van de geproduceerde elektriciteit door de investeringskosten te verlagen en door de efficiency en de levensduur en betrouwbaarheid van componenten te verbeteren.
De hoge investeringskosten van een PV-systeem worden voor een deel veroorzaakt door hoge kosten van de grondstof silicium en de wafer, die beide zeer zuiver moeten zijn voor de productie van de cellen. Ook het productieproces zelf is een oorzaak van de hoge prijs: de huidige productielijnen zijn allemaal zeer geavanceerd en duur. Een hogere systeem-efficiency helpt de kostprijs te verlagen mits de celproductiekosten niet te veel stijgen: als de energieopbrengst per oppervlak kan toenemen, is er minder duur materiaal nodig, waardoor de investeringskosten afnemen.
De kosten tijdens de levensduur van een PV-systeem beperken zich tot onderhoud en de vervanging van eventueel uitgevallen systeemcomponenten. Omdat de vervanging van bijvoorbeeld de inverter redelijk kostbaar kan zijn, is het van belang om de betrouwbaarheid van de componenten te verhogen en de operationele levensduur van het complete systeem zo lang mogelijk te laten zijn. De levensduur van kristallijn silicium modules bedraagt tegenwoordig ongeveer 25 jaar, en die van dunne film modules is waarschijnlijk korter. Het streven is om dit voor beide typen te verhogen naar meer dan 30 jaar.
Technische gegevens en kostenaspecten
Huidige kosten
Het zoninstralingsniveau bepaalt primair de opbrengst van een PV-systeem. In België bedraagt de jaaropbrengst van een PV systeem ongeveer 800 kWh/kWp.
Met een investering van 5 - 5,5 €/Wp, 2% jaarlijks onderhoud, een levensduur van 25 jaar en 6% rente resulteert een kostprijs voor elektriciteitsproductie met PV van ruwweg 60 - 65 €ct/kWh.
Toekomstige kostenontwikkeling
De sterke groei in de afgelopen jaren en het verwachte doorzetten daarvan brengt ervaring, inzichten en daarmee gepaard gaande leereffecten met zich mee. Het is de verwachting dat de kosten van PV-systemen verder zullen dalen in de toekomst.
Meer informatie : http://www.zonnecellen.be