ENGINEERINGNET.BE - Zonnepanelen zijn niet meer weg te denken uit het straatbeeld. Je ziet ze voornamelijk op zuidgerichte daken of in zonneparken, deze laatste sporadisch drijvend.
En dat is een positieve evolutie, want het streefcijfer van de EU voor hernieuwbare energie is in maart verhoogd naar 45% tegen 2030, een verdubbeling van het huidige Europese niveau van 22%. Tegelijkertijd groeit de verkoop van elektrische personenwagens exponentieel, en kan de auto-industrie een sleutelrol spelen bij het verminderen van de wereldwijde CO2-uitstoot (met als doel een vermindering met een derde tegen 2030).
Elektrische voertuigen stoten namelijk tot drie keer minder CO2 uit dan voertuigen met een brandstofmotor. Die uitstoot kan verder worden verminderd naarmate de aangeleverde elektriciteit koolstofarmer wordt.
Synergie tussen markten
Er is al een synergie tussen beiden te zien op de markt: de integratie van zonnecellen in het dak van een elektrische auto, waardoor de auto zichzelf op een milieuvriendelijke manier deels kan opladen. Een efficiënt ‘zonnedak’ kan het comfort van de bestuurder verhogen, de afhankelijkheid van de primaire batterij verminderen en het elektriciteitsnet ontlasten.
Met andere woorden: minder vaak opladen en een langere batterij levensduur (gezien de diepte van ontlading verminderd wordt). In de huidige personenwagens hebben dergelijke zonnedaken echter een beperkte vermogensoutput. Zo is het extra rijbereik slechts enkele kilometers (bijvoorbeeld Toyota Prius Prime, Karma Fischer Revero, Hyundai Sonata). Efficiëntere zonnedaken zijn nog in ontwikkeling of gaan gepaard met hoge kosten, waardoor verder onderzoek essentieel is.
Nieuwe generatie hoog-efficiënte zonnepanelen
In het kader van een imec.icon-project heeft een consortium van Vlaamse bedrijven en onderzoekspartners zich gericht op deze problematiek. Het SNRoof project (Solar multi-junction cells iNtegrated in 3D curved ROOFs of electric vehicles) heeft de betrouwbaarheid en veiligheid van een nieuwe generatie hoog-efficiënte zonnepanelen onderzocht voor toepassing in gebogen glazen autodaken. Daarbij is ook rekening gehouden met de esthetiek, die niet onbelangrijk is in de auto-industrie.
Maximaal elektrische energie genereren
Het resultaat na twee jaar onderzoek is een succesvolle integratie van imecs ‘multi-wire’ interconnectie in gebogen glazen zonnepanelen. In tegenstelling tot traditionele serie-configuraties, voorziet deze opstelling een enorme vrijheid in de (elektrische) lay-out van het zonnepaneel. Hierdoor kan het beschikbare oppervlak maximaal benut worden (en dus maximaal elektrische energie genereren) met een minimum aan extra materialen en/of kosten.
Bovendien is met deze ‘multi-wire’ configuratie een parallelle schakeling van zonnecellen-circuits mogelijk, waardoor de energieproductie van de cellen met verschillende oriëntaties ten opzichte van de zon (door het gebogen oppervlak) gemaximaliseerd kan worden en zodoende een energiewinst in de schaduw kan worden bereikt. Als resultaat leidt deze innovatieve interconnectie, in vergelijking met conventionelere verbindingen, tot een efficiëntiewinst van 6%.
Extra mogelijkheden
Maar de mogelijkheden reiken verder. Het consortium bekeek de toevoeging van extra optische coatings, waardoor de efficiëntie nog verder kan worden verhoogd, en tegelijkertijd de opwarming van de zonnepanelen en de cabine kan worden tegengegaan. Dit laatste verhoogt het passagierscomfort en vermindert het aircoverbruik.
Bovendien is ook de integratie van veelbelovende tandemcellen aangetoond, waarbij de elektriciteitsproductie van silicium enerzijds en perovskiet zonnecellen anderzijds wordt gecombineerd. Automatisering van het (oorspronkelijk handmatige) productieproces van de ‘multi-wire interconnectiefolies’ is ook gerealiseerd, waardoor toekomstige innovaties op een kostenefficiënte manier kunnen worden geïmplementeerd in deze glazen zonnepanelen.
Flexibiliteit
“Verdere opschaling is absoluut noodzakelijk”, aldus Jonathan Govaerts, projectcoördinator en senior onderzoeker aan imec en UHasselt binnen EnergyVille. “Maar wat dit project zo bijzonder maakt, is het proof-of-concept voor een breed scala aan toepassingen.
De flexibiliteit van de ontwikkelde “multi-wire” interconnectie bij het integreren van zonnecellen in verschillende oppervlakken en diverse configuraties is indrukwekkend. Gecombineerd met de volgende generatie zonnecellen zijn zonnedaken op vrachtwagens niet ver weg, en bovendien opent deze techniek de deur ook voor andere applicaties, zoals bijvoorbeeld integratie in metalen motorkappen, lichtgewicht structuren of uitdagende architecturale vormen.”
Naadloze integratie
Hoewel de huidige rasteropstellingen van zonnepanelen niet snel zullen verdwijnen uit het straatbeeld, vormen ze slechts een begin. Het SNRoof project opent de deur naar een naadloze en organische integratie van zonnepanelen in onze omgeving, onopvallend strevend naar een klimaatneutrale toekomst.
Consortium
Het imec.icon SNRoof consortium bestond uit industriepartners AGP eGlass, IPTE Factory Automation, Arkema France Sa, en Michiels Group, alsook de onderzoekscentra imo-imomec en imec/EnergyVille (TFPV, PVCM, Energy systems onderzoeksgroepen). Dit imec.icon project werd gefinancierd door imec en het Vlaamse Agentschap Innoveren & Ondernemen.
Over Jonathan Govaerts
Dr. Jonathan Govaerts behaalde zijn doctoraat in de elektrotechniek aan de Universiteit Gent, België, in 2009. Sindsdien werkt hij bij imec in Si PV, waarbij hij zich concentreert op de interconnectie en inkapseling van wafer-gebaseerde silicium zonnecellen. Als senior onderzoeker bij imec/UHasselt/EnergyVille is hij betrokken bij diverse projecten, met technische interesses die zowel cellen als modules beslaan, over het volledige spectrum van fabricage, karakterisering en simulatie tot betrouwbaarheid en toepassing. Zijn inspanningen zijn gericht op het creëren van technologieën voor de naadloze integratie van fotovoltaïsche cellen in ons dagelijks leven.
