Europese productie zonnecellen terug van weggeweest | Technisch Weekblad
Achtergrond

Europese productie zonnecellen terug van weggeweest

Patrick Marx | donderdag 5 augustus 2021
Energie, Chemie & Materiaalkunde

Langzaam maar zeker starten bedrijven in diverse Europese landen met de productie van zonnecellen. Lang vond die productie vooral in China plaats. Europese inspanningen rond de nieuwste generatie PV-cellen moeten de productie hier weer rendabel maken.

Ooit leidden Europa en de VS de wereldproductie van zonnecellen en de daarvan gemaakt PV-panelen. Goedkope Chinese panelen deden deze industrie de das om. ‘Als je goed je best doet, dan kun je Chinese panelen inkopen voor €80 per stuk. Zo’n bedrag ligt zelfs in China onder de prijs voor het maken van een paneel’, zo illustreert Max Middelman van het Arnhemse HyET Solar de moordende concurrentie.

Nederlands

HyET Solar is de enige Nederlandse producent van silicium zonnecellen die het verwerkt in lichtgewicht dunne film PV-folies. Het bedrijf richt zich op gebouwen met lichte dakconstructies die geen zware panelen kunnen dragen. Denk aan de vele logistieke pakhuizen en bedrijfsgebouwen langs de snelweg. Middelman: ‘Onze folies wegen 600 gram per m2, een fractie van het gewicht van traditionele panelen met een glasplaat.’

HyET Solar, dat voortkomt uit Akzo Nobel, ontwikkelde het productieproces samen met de TU Delft. Middelman: ‘In één fabriek vindt de hele productie plaats, van grondstof silaangas tot kant en klare PV-folie. Bij de traditionele fabricage van PV-cellen vindt de productie in meerdere fabrieken plaats waarbij grondstoffen en halffabricaten over de wereld gesleept worden. We hebben deze transportkosten niet en bovendien kopen we onze grondstoffen lokaal in. Onze folies hebben daardoor potentieel de laagste CO2-voetafdruk van alle PV-cellen’, aldus Middelman.

Europa

De huidige productie van HyET Solar bedraagt 1 MW per jaar. Binnenkort opent in Arnhem een 40 MW productielijn. Deze hoeveelheden vallen nog in het niet bij nieuwe fabrieken elders in Europa. Het Zwitserse Meyer Burger opende dit voorjaar in het oosten van Duitsland een 400 MW fabriek. Het bedrijf heeft de financiering rond voor opschaling naar 5 GW en plant uitbreiding naar 7 GW. Meyer Burger zet in op SHJ-cellen (zie kader) die het bedrijf vanaf 2022 ook integreert in eigen PV-panelen (570 W piekvermogen met 22,3% rendement). Verder werkt het bedrijf aan IBC-SHJ cellen met een rendement rond 25%. Ook in Duitsland bouwt het Engelse Oxford PV een fabriek die gestapelde silicium-perovskiet zonnecellen gaat maken. Deze cellen halen in het laboratorium al een rendement van ruim 29%. Het Spaanse Greenlands bouwt samen met het Duitse onderzoeksinstituut Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE aan een 5 GW fabriek in de buurt van Sevilla. Meer Europese landen werken op deze manier aan de grootschalige terugkeer van de PV-industrie.

Gelora Bung Karno Stadium, Jakarta

Concurreren

Wat maakt deze initiatieven nu concurrerend met panelen uit China? Natuurlijk valt bij lokale productie een groot deel van de transportkosten weg. ‘De winst zit ook in de keuze voor de PV-techniek en productietechniek’, zegt hoogleraar Applied Silicon Photovoltaics van de TU Delft en programmamanager PV Technologie bij TNO, Arthur Weeber. ‘De in China gangbare productietechnieken, allemaal ontwikkeld in Europa, bereiken hun limiet; hogere rendementen zijn niet haalbaar. De Europese industrie en onderzoekspartners zetten de afgelopen tijd in op nieuwe technieken die de komende jaren een rendement van meer dan 30% kunnen halen (op de lange termijn zelfs meer dan 40%). Europa heeft nu een technologisch en kennisvoordeel op China waardoor we kunnen concurreren op prijs.’

De industrie in Europa heeft volgens Weeber meer concurrentievoordelen: ‘In Europa zijn de milieueisen strenger en arbeidsomstandigheden beter. Ook is er meer aandacht voor recycleerbaarheid van de panelen. Glas en aluminium recyclen is makkelijk, maar de meeste waarde van het paneel zit in de zonnecel zelf die nu nauwelijks gerecycled wordt. De Europese Unie heeft tegenwoordig voldoende economische middelen om op dergelijke maatschappelijke en milieuvoordelen te sturen.’

Natuurlijk zijn er zorgen dat China, net als afgelopen decennia, de nieuwe technieken koopt en wederom de Europese industrie wegconcurreert. Weeber hoopt dat we inmiddels geleerd hebben van de vorige keer: ‘Europese machinebouwers hebben een afzetmarkt nodig en die vonden ze in China. Daarom is het zaak dat we in Europa de productieschaal zodanig vergroten dat de machinebouwers hier voldoende afzetmogelijkheden vinden. De plannen van de EU, 20 GW productie in 2025, zijn daarvoor nog niet voldoende.’ De Europese industrie lijkt dit ook in te zien. Waar Meyer Burger aanvankelijk inzette op een jaarlijkse productie van panelen met een capaciteit van 1 GW zijn er nu dus concrete planen voor 7 GW.

Intellectueel eigendom

HyET Solar is zich bewust van het risico dat haar productietechniek in verkeerde handen komt. Behalve in Nederland, werkt het bedrijf aan twee fabrieken in Indonesië (300 MW) en Australië (mogelijk 1 GW). Hoewel het bedrijf haar machines exporteert, past het angstvallig op het intellectuele eigendom. Middelman: ‘Alle kennis blijft in Nederland, bovendien zijn we deels eigenaar van de fabriek in Indonesië, waardoor we controle over de machine hebben. We trainen mensen om met de machine te produceren, maar houden de details over het proces geheim.’

In ons land vindt veel van het onderzoek plaats dat leidt tot nieuwe (productie)technieken voor zonnecellen en folies. Zo verricht bijvoorbeeld TNO R&D naar de productie en toepassing van zowel kristallijn silicium PV, dunne-film PV als van tandem PV-cellen. 

In november opent op de Brainport Industries Campus in Eindhoven een pilot-productielijn voor flexibele dunne film halffabricaten op basis van CIGS-zonnecellen (zie kader). Projectmanager van TNO, Peter Toonssen legt uit: ‘De focus van R&D met deze lijn ligt op producten waarin wij in eerste instantie flexibele solar laminaten integreren. Producenten van bijvoorbeeld dakbedekking helpen we op die manier aan de integratie van zonnecellen in hun product en productieproces.’

Golfplaat

TNO ontwikkelde samen met golfplatenfabrikant Eternit, HyET Solar en de Zuyd Hogeschool een asbestvrije golfplaat met geïntegreerd PV-folie. De platen dienen bijvoorbeeld als vervanging voor de asbest golfplaten op de vele boerderijen en stallen in ons land. Een ander voorbeeld zijn CIGS PV-panelen met de structuur van dakpannen. ‘Je ziet nu schuine daken waarbij een aantal panelen om dakkapellen en schoorstenen heen liggen. De flexibele PV-laminaten die we nu ontwikkelen zijn geschikt als vervanging van dakpannen op het hele dak. Hoewel het rendement van de flexibele laminaten wat lager is dan dat van conventionele technologie zal zo’n dak toch meer opbrengen, er liggen immers meer zonnecellen op’, zegt Toonssen.

Al met al zit de Europese productie van zonnecellen, en de panelen en folies die daarmee gemaakt worden, in de lift. De EU zet in op onafhankelijkheid van andere landen als het om zonne-energie gaat. Het is daarbij vooral zaak om concurrerend te blijven met China. 

 

Soorten zonnecellen

Zonnecellen die van de onderstaande technieken gebruik maken, zijn vanaf 2021/2022 in massaproductie.

PERC (Passivated Emitter Rear Cell)

De huidige standaard die de markt domineert. Aan de achterzijde van het silicium zit een diëlektrische laag (aluminiumoxide en siliciumnitride) die energieverliezen voorkomt en in combinatie met het metaal-achtercontact ‘ongebruikt’ licht terug reflecteert in het silicium.

SHJ (Silicon Heterojunction)

De SHJ-cel bestaat uit kristallijn silicium, aan beide zijden gecoat met een zeer dun laagje amorf silicium. Omdat er geen direct contact meer is tussen elektroden en het kristallijne silicium, is er nog minder energieverlies. Bovendien is deze cel, in een volledig transparante behuizing, tweezijdig bruikbaar. Ook licht dat via reflecties op de achterkant valt, levert energie op (geschikt in open veld).

SHJ-IBC (SHJ met Integrated Back Contact)

SHJ cellen waarbij alle contacten aan de achterkant verwerkt zijn zodat deze aan de voorkant meer licht kan opvangen (geschikt voor daken).

Silicium-perovskiet tandemcel

Door op het silicium in deze cel een dun laagje perovskiet aan te brengen, wordt een hogere fractie van de energie in licht omgezet in elektrische energie. Ook perovskiet is een halfgeleidermateriaal: het zet licht met een kortere golflengte om in elektrische energie. Het materiaal is transparant voor licht met een langere golflengte. Dat licht wordt in het silicium omgezet in elektrische energie.

Silicium dunne film

Amorf silicium halfgeleidermateriaal is geschikt voor dunne films. Dit bewijst HyET Solar met haar producten. Deze cellen halen nu 12% rendement.

CIGS-dunne film (koper-indium-galliumselenide)

De slechts een paar micrometer dikke laag CIGS halfgeleider is voldoende voor een rendement van 18%.

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je nu aan!

Gratis proefabonnement TW

Bestel nu 2 gratis proefnummers TW