Minisymposium

"Zonnestroom, hoe nu verder"

Georganiseerd door KIVI NIRIA, afdeling Technische Fysica
28 februari 2008, 19h00 - 22h30 in Hotel Breukelen

^^^
Uiteraard werd de aftrap van het druk bezochte mini-symposium door zonneprof Wim Sinke
gegeven. Op het scherm het bekende energiemix-in-de-nabije-toekomst plaatje, met in geel het
snel groeiende aandeel van zonne-energie technologieën (grotendeels PV en CSP).

Sprekers:

Wim Sinke (ECN, Petten)
"Zonnestroom, het is zover!"

Rutger Schlatmann (NUON Helianthos)
"Industriële ontwikkeling in de zonnecelproductie"

Richard van de Sanden (TUe, Faculteit Technische Natuurkunde, Eindhoven)
"Zonnecellen en dunne film technologieën"

Een korte impressie

Een behoorlijk technisch en deels diepgravend symposium, maar voor ingenieurs uiteraard byzonder interessant (ook voor nitwits als Polder PV die met enige moeite spanning en stroom uit elkaar kunnen houden). Verheugend was trouwens dat de gemiddelde leeftijd van de in grote getalen toegestroomde bezoekers relatief laag leeg te zijn, en dat er ook de nodige dames bij waren, wat een zeer goede zaak is. Want zeker als ook in Nederland de technologische ontwikkeling rond zonne-energie en andere duurzame energietechnieken in de praktijk gestalte gaat krijgen door de opbouw van eigen productiefaciliteiten (zoals bij Solland Solar in Limburg feitelijk al het geval is, alsmede bij enkele zeer hoog gespecialiseerde bedrijven als OTB), zijn er natuurlijk wel ingenieurs nodig om de benodigde apparatuur en industriële complexen te ontwerpen en te laten bouwen.

Wim Sinke

Prima pares van de zonnestroom in Nederland, bracht in vogelvlucht een wederom zeer goed verteerbaar overzicht van de huidige (onvoorstelbaar hard gaande) ontwikkelingen in de business, en mocht dan ook terecht op bijval vanuit de zaal rekenen. Zijn presentatie loog er dan ook weer eens niet om. Zonder Wim stelde zonnestroom byzonder weinig voor, dat kunnen we gerust op zijn palmares bijzetten. De leukste uitspraak ditmaal van Wim, bij de presentatie van zijn "grid-parity" (opwekkosten zonnestroom bereiken kleinverbruikerstarief) bereikbaarheid vanuit zuidelijk Europa (eerst Italië omdat daar de elektriciteitstarieven relatief hoog zijn en de zoninstraling dik op orde):

(EZ raaskalt dat het een lust is en vindt om een niet nader gespecificeerde, mystieke reden dat pas in de dertiger jaren van de 21e eeuw de "doorbraak" van zonnestroom is gekomen...). Van mij kan het niet snel genoeg gaan gebeuren (alhoewel 2015 ook nog maar 7 jaartjes is - worden dat 7 vette of 7 magere jaren? Zo ja, voor wie dan wel?). Om dan de elektriciteits-sector echt (van onderop) open te gaan breken...

<<< Wim Sinke, professor bij het ECN, heeft altijd boeiende presentaties over de zonnestroom sector. Daarbij wordt een intelligente mix van technologie, de stand van zaken, de prijsontwikkeling, de marktcondities, en af en toe een diplomatieke opmerking richting het politieke establishment gegeven en is de goede toehoorder meteen weer helemaal "bij" tot het volgende optreden van Sinke... Als u ooit in de gelegenheid bent om hem te horen spreken: gemiste kans als u niet gaat! Voor referentielijst (een fractie van wat Wim allemaal zoal doet, hij reist stad en land af om ook voor u zonnestroom op termijn bereikbaar te maken), zie links onderaan deze pagina.

Rutger Schlatmann

Interessant was het om weer eens wat van het Helianthos project te horen van de R&D manager Rutger Schlatmann die het door NUON van AKZO overgenomen dunne laag project kwam toelichten. Het gaat om een concept met amorf silicium in een flexibele folie wat in een roll-to-roll proces opgeschaald gaat worden richting commerciële productie. Er zijn nog wel wat technische hobbels te nemen. Zo is het lastig om voor de geplande toepassing (grote industriële daken waarvoor "rollen" van zo'n 6 meter lengte geproduceerd moeten gaan worden) goede monitoring, ijk- en meetapparatuur te krijgen. Je bepaalt bijvoorbeeld niet zomaar even onder een standaard flash-apparaat (waar normaal gesproken een PV-module van 1-2 vierkante meter onder past) het nominale STC vermogen van een lap zonnefolie van 6 meter lengte... Veel technieken zijn wel al onder de knie, er wordt veel zelf ontwikkeld, en het is dus nu doorbijten geblazen om enkele stevige commercialisatie hobbels te nemen. Men is bij Helianthos bijvoorbeeld ook al met verouderingstests bezig om te kijken hoe het materiaal zich "op termijn" zal gaan houden onder belastende omgevingscondities (temperatuur, luchtvochtigheid, etc.). Veel succes daarbij gewenst, in ieder geval!

Nadere uitleg Helianthos technologie:

Het amorfe silicium (a-Si) bestaat uit een laag van plm. 0,2-0,3 µm, waaronder zich een laag van 1-4 µm bevindt met mikrokristallijn Si (µc-Si), wat m.b.v. een geavanceerde PEVCD plasma techniek bij plm. 150-200 ºC op een transparante, getextureerde TCO laag wordt opgedampt. De complete sandwich is behoorlijk ingewikkeld, er wordt gebruik gemaakt van een tijdelijke aluminium film als drager (i.v.m. noodzakelijke nat-chemische processtappen bij 500 º C), die uiteindelijk wordt vervangen door een lichtontvangende laag (Teflon-achtig polymeer als "encapsulant") waaronder de TCO laag met de Si-sandwich en tenslotte de back contact layer zich bevinden. De onderzijde kan van kunststof of, desnoods, van glas zijn, naar verkiezing.

Plaatje uit presentatie van Bernd Stannowski. Links doorsnede van de complete "systeem sandwich", rechts foto van het "roll-to-roll" productieproeces. © NUON - Helianthos

Het wereldrecord efficiency wat tot nu toe bereikt is met a-Si/µc-Si tandems is 9%, met als stabiel resultaat 8% (v.d. Sanden/Jülich Univ.). Er is nog steeds veel research gaande naar de toe te passen silicium technieken. Er wordt ook al gedacht aan driedelige tandem combinaties om een maximaal deel van het zonnespectrum te kunnen gaan gebruiken.

Richard van de Sanden

De heer van de Sanden bracht een zeer technisch, doch boeiend betoog over nieuwe ontwikkelingen bij de zonnecel technologie. Veel werd er verteld over nieuwe plasma depositie technologieën waarmee het bijvoorbeeld mogelijk is zeer dunne, homogene antireflectie lagen op zonnecellen aan te brengen, zoals de Nederlandse firma OTB tegenwoordig aan de man brengt. Onder anderen bij het beroemde Amerikaanse zonnestroom bedrijf Sunpower (wat installatiebedrijf PowerLight Corp. heeft overgenomen, een eerste stap om een zeer grote geïntegreerde onderneming te gaan worden).

Drie belangrijke "zonnecel generaties" volgens van de Sanden:

• kristallijn (poly, mono, "ribbon")
• dunnelaag commercieel (CdTe) resp. upcoming (CIS, CIGS, etc.)
• nieuwe ontwikkelingen, met twee trends
  (a) heel erg goedkoop in productie (organisch, plastic)
  (b) duur maar met hoge efficiency (triple junction, concentrator technologieën)
• exoten (nog in de hersenpan), zoals fotoluminescentie, quantumdots, dat soort science fiction-achtige grut

De "economy of scale" van de snoeihard groeiende zonnestroom industrie (reeds veel meer silicium afnemend dan de met verbijstering toekijkende IT-sector...) begint inmiddels zijn vruchten af te werpen. Van de Sanden verwijst naar een net gepubliceerd artikel in Science. Abstract (extreem kort, en feitelijk nietszeggend), wie het artikel te pakken krijgt s.v.p. kopie naar Polder PV (thanx!):

http://www.sciencemag.org/cgi/content/summary/319/5864/718

Plasma depositie is volgens van de Sanden een zeer aantrekkelijke technologie, met name omdat het hoge "doorzet" snelheden garandeert en dus zeer interessant is voor volledig geautomatiseerde zonnecel productie (kostenreductie driver). De in samenwerking met TU-e en OTB ontworpen apparatuur kan ongeveer 80 nanometer siliciumnitride per 10 seconden opdampen. Men is met opschaling bezig en met meerdere plasmabogen om homogene antireflectie lagen te krijgen.

Verder bijdragen over kristallijn groeien van silicium op glas als alternatief voor het alsmaar dunner maken van (klassieke) silicium cellen, waarbij steeds grotere kans op breuk is en kostbaar materiaal verlies (de geleidende elektrische verbindingen moeten namelijk grotendeels nog gesoldeerd worden, wat grote risico's op breuk geeft. Andere benaderingen zijn gewenst, zeker als de industrie groter gaat groeien. Ook in de glastechnieken zal de plasma opdamp methode een grote rol kunnen gaan spelen. De markt groeit zo hard dat er nu bijvoorbeeld al "conventionele" LCD machines gebruikt worden voor het maken van zonnecellen (bijv. bij Oerlikon Solar in Zwitserland).

Er wordt samengewerkt in het innovatieve NOVASIL project binnen het door SenterNovem gesubsidieerde EOS innovatie programma (2008-2012).

Ook wordt samengewerkt met Scheuten Solar binnen het AURORA programma, waarbij weer een totaal andere benadering van dunne laag (CIGS) glaslaminaat technologie wordt gebezigd waarbij gebruik gemaakt wordt van batch technieken voor met fotovoltaïsche coating voorziene glaspareltjes...

De meest technische, doch boeiende presentatie was van Richard van de Sanden van de Faculteit Technische Natuurkunde van de TU Eindhoven (rechts, met lichtblauwe blouse, achter hem Wim Sinke). Op zijn laptop onderaan zijn startdia met drie generaties zonnecellen, "driven by cost reduction". Rechts een intrigerend doorzichtig doosje met wat moois (volgende foto's). >>>

<<< Een van de kleinoden die Richard van de Sanden bij zich had: dit nu, beste mensen, is zo'n beroemde Sunpower zonnecel (Amerikaanse fabrikant van prachtige monokristallijne high-power modules). De mooie blauwe gloed is de byzondere antireflectie coating die de TU-e samen met de plasmadepositie apparatuur bouwer OTB (Neerlands Trots!) heeft ontwikkeld. Een mooie, homogene laag die weinig energie kost, met hoge snelheid opgedampt kan worden, en die veel extra rendement oplevert. Doorslaggevend in alle zonnecel research die ten dienste staat van verdergaande, succesvolle commercialisatie en blijvende verbetering van de prestaties van zonnecellen. Daar mogen zowel de TU-e als OTB heel trots op wezen!

De afgeronde "hoeken" van zonnecellen zoals hierboven getoond zijn karakteristiek voor monokristallijne exemplaren (polykristallijne cellen worden uit puur vierkante ingots gezaagd), aangezien deze vorm ontstaat wanneer de uit een kristal "getrokken" cylindrische ingot ontdaan wordt van de zijkanten (gezaagd, de kostbare zijkanten van de mono-Si cylinders gaan weer linea recta de recycling in). En a.g.v. dat byzondere proces dus uitsluitend de hoekcurve nog doet herinneren aan de oorspronkelijke ronde vorm van de vaak meer dan een meter lange uit een puur monokristal bestaande siliciumstaven (zgn. Czochralski-proces).

Voor de achterkant van deze prachtige zonnecellen, zie de volgende detailfoto.

^^^ Byzondere achterzijde van de monokristallijne Sunpower zonnecel. Om de efficiëntie van zonnecellen maximaal op te krikken wil men af van de "vroeger" noodzakelijke, doch licht weg nemende, aan de bovenzijde van de zonnecel aangebrachte elektrische "infrastructuur" (dunne gesoldeerde banen die je nog bij de bulk van de zonnecellen ziet). Een van de manieren om dat te doen is door de elektrische "bedrading" van de cellen naar de onderzijde te verplaatsen, zoals bij deze "back contact" Sunpower cel. Ook Solland doet zo iets dergelijks met hun spinneweb cellen, alleen indirect via gaatjes in de zeer grote cellen die ze binnenkort hopen te gaan produceren (het spinneweb patroon is de zeer dunne, alweer veel minder licht wegnemende elektrische bedrading die de lading van de voorzijde van de cel naar de onderzijde moet verplaatsen via die gaatjes). Het is duidelijk dat in alle proces stappen nog winst geboekt wordt en nog gerealiseerd zal gaan worden. De zonnecel industrie is een volwassen, volwaardige tak van industriële activiteit geworden die de wereld heel wat moois gaat brengen. You can count on it!

Wim Sinke, Crystal Clear
http://www.duurzaamtexel.nl/downloads/Zonne-energie-WimSinke.pdf (dia/sheet overzicht van een van de talloze geweldig informatieve en karakteristieke voordrachten van Wim, uit 2006, maar liefst 7,9 MB groot...)
http://www.ecn.nl/en/news/newsletter/januari-2008/crystalclear/ (recent: mogelijke doorbraak in vervanging breuk-genererende soldeertechniek voor verlijming van elektrische infrastructuur)
http://www.ipcrystalclear.info (een van de "babies" van Wim: het internationaal toonaangevende Crystal Clear project)
http://www.milieudefensie.nl/publicaties/magazine/2000/november/sinke.htm (leuk interview met Homo solaris Wim Sinke in Milieudefensie Magazine)

Rutger Schlatmann, Helianthos
http://www.emtproject.nl/upload/File/pdf/147_SAN.pdf (beschouwend artikel/marktpotentie uit 2007)
http://www.jointsolarpanel.nl/bernd%20stannowski%20zonnecellendag%20utrecht%202006-ok.pdf (technologisch overzicht Helianthos project door Bernd Stannowski)
http://www.onderzoekinformatie.nl/nl/oi/nod/onderzoek/OND1298657/ (afgesloten onderzoek via de KNAW)
http://www.tno.nl/content.cfm?context=markten&content=case&laag1=190&item_id=490

Richard van de Sanden en onderzoek
http://tinyurl.com/2yl7ua (verkorte link naar TU-e pagina met publicaties amorf en nanokristallijn Si onderzoek)
http://web.phys.tue.nl/nl/people_pages/?script=showemp.php&pid=115 (biografie van Richard, referenties)
http://www.onderzoekinformatie.nl/nl/oi/nod/onderzoek/OND1327507/ (NOVASIL onderzoeksprogramma)
http://www.otb-solar.com/solar/ (Nederlands bedrijf wat plasma depositie apparatuur (DEPX) voor de PV-industrie maakt)

Webpagina opgemaakt dd. 2 maart 2008