Fotovoltaïsche conversie (zonnestroom): van niche naar impact Wim Sinke ECN Solar Energy, UvA, AMOLF, TKI Urban Energy en European Technology and Innovation Platform for Photovoltaics NNV Symposium Energie en Klimaat Uithof, Utrecht 9 juni 2017 www.ecn.nl
Inhoud Zonnestroom: uitdaging en kans Technologieën Kosten en markt One size (no longer) fits all Een blik in de toekomst 2
Inhoud Zonnestroom: uitdaging en kans Technologieën Kosten en markt One size (no longer) fits all Een blik in de toekomst 3
Zonnestroom: van alle markten thuis Volume met en door diversiteit Waka Waka Bolivia Mayersloot (Langedijk) Ameland Lisse 4
Zonnestroom in Nederland: Trendzettende toepassingen Artist impression A37 (Studio Marco Vermeulen) Floatovoltaics (Sunfloat, Tempress en ECN) Op zoek naar nieuw mogelijkheden 5
Mondiale ontwikkeling zonnestroom Wat is bereikt? 1980 vandaag: Rendement zonlicht elektriciteit: Systeemprijzen: Jaarlijkse markt & totaal geïnstalleerd vermogen: 2x 50x 10.000x Bijdrage aan elektriciteitsverbruik: 0% 2% Bewijs van betrouwbaarheid en levensduur Keuze aan technologieën en producten 6
Bold thinking is nodig 7
Mondiale ontwikkeling zonnestroom Wat staat ons nog te doen? vandaag z.s.m.: Rendement zonlicht elektriciteit: Systeemprijzen: Totaal geïnstalleerd vermogen: 2x 3x > 100x Bijdrage aan electriciteits energieverbruik > 20% (50%?) Betrouwbaarheid, levensduur en duurzaamheid bij zeer lage kosten Technologieën en oplossingen voor ieder gebruik 8
Inhoud Zonnestroom: uitdaging en kans Technologieën Kosten en markt One size (no longer) fits all Een blik in de toekomst 9
Wat is er te koop? Stad van de Zon Standaardgebruik: kristallijn silicium (mondiaal marktaandeel >90%) Ridder Solar Modulerendementen 16 22% FhG-ISE Abengoa/Concentrix Standaardgebruik: dunne films (mondiaal marktaandeel <10%) Modulerendementen 8 17% Concentratorgebruik (zonvolgend) (mondiaal marktaandeel <1%) Modulerendementen 25 35% 10
Zonnestroomtechnologieën in de markt 11
Zonnestroomtechnologie in de markt: silicium al ruim 50 jaar marktleider 12
Silicium zonnecel: eenvoud en volume zijn moeilijk te verslaan 180 m 13
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 Efficiency (%) Rendement commerciële panelen: geleidelijke maar robuuste toename 25 20 15 10 5 silicon thin films Wafer silicon - high end mono Wafer silicon - mainstream mono Wafer silicon - mainstream multi Thin-film CIGS Thin-film CdTe Thin-film asi/µcsi 0 Thin-film asi Year 14
Best research-cell efficiencies: the foundation of module efficiency improvement www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg Nu een interactieve versie op: http://spectrum.ieee.org/static/interactive-record-breaking-pv-cells
Recordcellen: complexe architecturen om verliezen te minimaliseren kristallijnsilicium cellen dunnefilm cellen Albert Polman, Mark Knight, Erik C. Garnett, Bruno Ehrler, Wim C. Sinke, Science 15 Apr 2016: Vol. 352, Issue 6283, DOI: 10.1126/science.aad4424
Streven naar perfectie: recordcellen Albert Polman, Mark Knight, Erik C. Garnett, Bruno Ehrler, Wim C. Sinke Science 15 Apr 2016: Vol. 352, Issue 6283, DOI: 10.1126/science.aad4424 http://subsites.amolf.nl/lmpv/shockley-queisser/
Streven naar perfectie: commerciële modules in perspectief Albert Polman, Mark Knight, Erik C. Garnett, Bruno Ehrler, Wim C. Sinke Science 15 Apr 2016: Vol. 352, Issue 6283, DOI: 10.1126/science.aad4424 http://subsites.amolf.nl/lmpv/shockley-queisser/
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 Efficiency (%) Naar hogere rendementen Eerste stap: versmallen van de lab/fab kloof 25 20 15 10 5 siliciu silicon m silicon thin thin films films Wafer silicon - high end mono Wafer silicon - mainstream mono Wafer silicon - mainstream multi Thin-film CIGS Thin-film CdTe Thin-film asi/µcsi 0 Thin-film asi Year 19
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 Efficiency (%) Naar hogere rendementen Eerste stap: versmallen van de lab/fab kloof 25 20 15 10 5 siliciu silicon m silicon thin thin films films Wafer silicon - high end mono Wafer silicon - mainstream mono Wafer silicon - mainstream multi Thin-film CIGS Thin-film CdTe Thin-film asi/µcsi Praktische grens voor modules van één materiaal 0 Thin-film asi Year 20
Waar wordt aan gewerkt? Hoog-rendementconcepten Lage-kostenconcepten & technologieën voor nieuwe toepassingen UCLA (VS) UCLA
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 Efficiency (%) Naar hogere rendementen Volgende stap: tandems? 25 20 15 10 5 siliciu silicon m silicon thin thin films films Wafer silicon - high end mono Wafer silicon - mainstream mono Wafer silicon - mainstream multi Thin-film CIGS Thin-film CdTe Thin-film asi/µcsi hybride tandems? (silicium met speciale dunne film) 0 Thin-film asi Year 22
Inhoud Zonnestroom: uitdaging en kans Technologieën Kosten en markt One size (no longer) fits all Een blik in de toekomst 23
Leercurve zonnepanelen: effecten van volume en innovatie 24
Game-changing kostenverlaging 25
Game-changing kostenverlaging www.bloomberg.com/news (29 oktober 2014)
Prijsontwikkeling zonnestroomdaksystemen (Duitsland) -75% (Bron: Fraunhofer ISE) 28
Opwekkosten ( /kwh) Indicatieve ontwikkeling opwekkosten zonnestroom (Nederland) Diverse systeemgroottes en typen en financieringsmodellen 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 1985 1995 2005 2016 2025 2035 2045 Jaar Hoog Laag 29
Opwekkosten ( /kwh) Indicatieve ontwikkeling opwekkosten zonnestroom (Nederland) Diverse systeemgroottes en typen en financieringsmodellen 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 1985 1995 2005 2016 2025 2035 2045 Jaar Hoog Laag 30
Verleden of toekomst omarmen? 31
Banen in hernieuwbare energie
Zonnepanelen wereldwijd: Dutch technology inside Tempress Nederlandse productietechnologie voor de mondiale PV-sector (voorbeelden) Levitech 33
Nieuwe technologie voor de wereldmarkt: NL industrie samen met ECN Metal Wrap-Through (MWT) cel Tweezijdig werkende cel voorzijde Interdigitated Back-Contact (IBC) cel 34
Solliance: perovskietcellen en -modules: voor enkel en tandemgebruik Bijvoorbeeld CH 3 NH 3 PbX 3 (X = Br, I en/of Cl) Printbaar 36 Perovskiet minimodule
Wereldwijd jaarlijks bijgeplaatst vermogen (in gigawatt-piek; GWp) 300 37
Wereldwijd geïnstalleerd vermogen (GWp)
Geinstalleerd vermogen NL (in MWp)
Bijdrage PV aan elektriciteitsvraag Bron: IEA PVPS (2017) 40
Meer dan daken
Groeiscenarios PV in NL
PV-bijdragen aan NL energiesysteem (indicatief) NL 2016: 2 GWp 2% van elektriciteitsgebruik EU gemiddelde 2015 3% (DE, IT, GR: 7-8%) NL 2020: 6 GWp (40 km 2 panelen) 5% NL 2023: 10-12 GWp (60 km 2 ) 8-10% NL 2030: 20-30 GWp (100 km 2 ) Langere termijn: >150 GWp (>500 km 2 ) Voor elektriciteit (incl. opslag), en warmte en brandstoffen (P2X)
Inhoud Zonnestroom: uitdaging en kans Technologieën Kosten en markt One size (no longer) fits all Een blik in de toekomst 45
Lage opwekkosten maken nieuwe toepassingen mogelijk Van laagste kosten naar hoogste waarde Producten in soorten en maten Zonnestroom voor elektriciteit én warmte én brandstoffen (ook via import) 46
Vormvrijheid http://energieanders.nl/trienergia- driehoek-paneel- 100wp-detail Julianadorp Foto Paul Pex 47
Esthetische kwaliteit ZEP BV Exasun Heijmans/AERspire
Flexibiliteit HyET Solar (NL) / BrummenEnergie
Meer kleuren
Stroom uit ramen Physee PowerWindow (NL)
Oplossingen voor plaatsen met een vlekje Prototype van schaduwlineaire module (ECN)
Van opwekkosten naar waarde van elektriciteit Eneco CrowdNett 53
Inhoud Zonnestroom: uitdaging en kans Technologieën Kosten en markt One size (no longer) fits all Een blik in de toekomst 54
COP21, Paris z.s.m.
Gebruik van fossiele brandstoffen Van zon naar zon Terug naar normaal wij, nu tijdperk van de zon tijdperk van de zon -2000 0 2000 4000 6000 Jaar
http://www.fototavling.nu/externaskript/bidrag/kontraster/large/large_catch-the-sun-4311.jpg