Sharp ontwikkelt zonnecel met potentiële efficiëntie van 60 procent

Onderzoekers van Sharp hebben een fotovoltaïsche cel gemaakt die efficiënter is dan huidige zonnecellen door ervoor te zorgen dat energetische elektronen die voortkomen uit zonnestralen veel minder van hun energie verliezen.

Het prototype vertrouwt op een aantal lagen niet nader gespecificeerde halfgeleidende materialen met een dikte van een paar nanometer. Deze lagen creëren een kortere weg voor de energierijke elektronen dan gebruikelijk in andere zonnecellen. Deze kortere weg zou ervoor zorgen dat de energie binnen deze elektronen niet verloren gaat aan hitte, maar juist wordt omgezet in elektrische energie.

Op het moment is het prototype volgens MIT Technologie Review nog veel te dun om het volledige spectrum aan zonlicht te absorberen en kan het slechts op één golflengte licht omzetten in energie. Huidige zonnecellen beschikken over de mogelijkheid op meerdere golflengtes licht tegelijkertijd te verwerken. Dit is alleen wel de eerste keer dat iemand erin zou zijn geslaagd om energie te produceren uit deze hoogenergetische elektronen die over een enorme hoeveelheid energie beschikken. In theorie kunnen zonnepanelen die van deze techniek gebruik maken een rendement tot wel 60 procent halen; dat is bijna een verdubbeling van het rendement waar veel huidige zonnepanelen over beschikken.

Als Sharp het prototype omzet in een volwaardige werkende cel, verplettert het bedrijf het efficiëntierecord gevestigd in 2013 door twee Duitse en een Frans onderzoeksinstituut; hun zonnecel behaalde een efficiëntie van 44,7 procent. Als zonnepanelen over cellen met een hoger rendement beschikken, zou ook de energieprijs van dergelijke panelen dalen. Dit kan een duw in de goede richting zijn om zonnepanelen nog meer aan de man te brengen.

Reacties (66)

[ATS]

Wat ik me nu afvraag: er wordt een efficiëntie geclaimd van 60%. Maar tegelijk staat er dat er slechts één golflengte gebruikt wordt. Er ís dus helemaal geen cel die de 60% gaat halen. En als je dit toepast in combinatie met lagen die wel de andere golflengtes kan benutten, wat doet dat dan voor het rendement van die lagen?

[Silmarunya]

Lager, hoe dan ook. Hoeveel lager kun je onmogelijk berekenen of zelfs maar schatten met wat we nu weten. We weten niets over hoe het zit met warmteproductie, verstrooiing binnen het paneel, transparantie,...

Dit artikel is eigenlijk volkomen nietszeggend. Er is een nieuwe techniek ontwikkelt die in theorie zou kunnen doorontwikkeld worden en daar dan in theorie een rendement van 60% kan halen en die in theorie met redelijk rendement zouden kunnen gestapeld worden.

Wetende dat het in deze branche het productieproces en niet het concept is dat het moeilijke deel is, zou ik niet te veel wakker liggen van deze aankondiging.

[Verwijderd]

Dat was het woordtje " potentiële " in de titel.

[SpiekerBoks]

Zo, dat zijn mooie scores! Als daar over tien jaar buiten het lab twee derde van overblijft dan is het nog steeds een revolutie. Misschien goed te combineren met de prisma's die het licht splitsen in de juiste golflengtes.

Edit:
Met een holografische folie is het zonlicht te splitsen én focusseren. Een soort combinatie van Fresnel lenzen en prisma's lijkt het.

Heb je van deze, ongetwijfeld duurdere, zonnecellen van Sharp een stuk minder nodig. En hele dunne streepjes halfgeleider materiaal zijn ook nog eens prima te koelen. Mooi spul!

[Reactie gewijzigd door SpiekerBoks op 22 juli 2024 20:46]

[Verwijderd]

Zonnecellen die een efficiëntie hebben boven de SQ-limiet (~33%) zullen altijd bestaan uit meerdere juncties (multijunction PV cell) zoals bv GaInP/GaAs/Ge, in tegenstelling tot de standaard Si-PV cell. Dit is geen nieuw concept en bestaat al vele jaren.

Vanwege het zeer ingewikkelde proces en het gebruik van dure metalen in een omgeving met giftige en explosieve dampen is de kostprijs een factor 1000 meer dan Si-PV cellen. Ze worden daarom enkel gebruikt voor ruimtetoepassingen of in concentrated PV. De kans dat deze cellen ooit economisch aantrekkelijk zullen zijn tov gewone zonnepanelen in een land met maar ~1500 uur zon per jaar is zo goed als nihil.

[Idunno_WhyNoT]

Ik werk zelf aan een toepassing met hoogenergetisch licht. Dan wordt absorptie eerder een vloek dan en zegen.

Ik vraag me dus af hoe ze de levensduur van deze zonnecellen op peil housen. Een beschermende coating kan al een groot deel van het licht dan al absorberen.

[Verwijderd]

Ik hoop echt dat zonnepanelen zo ver ontwikkeld worden dat je er gewoon een paar op je huis ( en op je auto) kan plakken en dat je dan gewoon klaar bent. Lijkt me geweldig om onafhankelijk te zijn van de energie-branche. Volgens mij heeft die branche enorm veel macht.

[pegagus]

Je jaarlijkse energieverbruik opwekken is wel redelijk te doen (mits je genoeg dakoppervlakte hebt. Opslag is veel belangrijker.

Maar zelfs met opslag denk in niet dat we uiteindelijk echt zonder netaansluiting kunnen. Het rendement in de winter is veel te laag, terwijl je energieverbruik dan het hoogst is.

[Verwijderd]

Ik denk dat dit met de passieve woningen in de nabije toekomst (nieuwbouw verplicht in aantal jaren in Belgie) zeer goed te doen is.
Voor opslag meen ik dat supercapacitoren wel eens uitkomst zouden kunnen bieden.

[Silmarunya]

Condensatoren zijn vooral wenselijk daar waar snel laden en ontladen nodig is. Zonnepanelen die een vrij gestage stroom aanbieden overdag en een huis dat in het donker aan hetzelfde gestage tempo stroom slurpt is niet het scenario waar condensatoren tot hun recht komen.

Ik zou eerder denken in de richting van batterijen, in het bijzonder flow-batterijen zoals een vanadiumredoxbatterij.

[computerjunky]

Hier halen we nog geen 10% van het jaarverbruik.
Tn de ochtend staat de zon aan de eerste helft achter een boom en ander dak en om 1 uur gaat de zon naar de andere kant van het huis waar een boom van de gemeente staat dus zou alles in de schaduw staan. En dat terwijl er op het dak wel plaats is voor een 5500 WH installatie...

Ons huis staat net 90 graden gedraait ten opzichte van wat optimaal is.

[ATS]

Dat kan al tot op grote hoogte. Grootste probleem is niet de hoeveelheid energie, maar de opslag ervan om het op een ander moment te kunnen gebruiken dan je het opwekt. Het is immers niet altijd dag, en niet altijd zomer. Maar je wil juist als donker is in de avond of de winter je licht en je verwarming aan hebben. Daar zit dus nog een mismatch. Zonder buffering wordt je niet onafhankelijk van de energie-branche.

[Reactie gewijzigd door ATS op 22 juli 2024 20:46]

[Kapotlood]

Afhankelijk van de productiekosten van zo'n zonnecel zou dat kunnen betekenen dat je met een handvol panelen heel je huis permanent van energie kan voorzien. Dus ook huizen met relatief weinig dakruimte zouden op die manier hun energie uit dit soort panelen kunnen halen én het binnen afzienbare tijd rendabel maken ook.

Het lijkt me overigens (zoals @dbuis ook aangeeft) ook fantastisch als je op ten duur het dak van je auto kan voorzien van dit soort zonnecellen om zo (overdag althans) nagenoeg eindeloos te kunnen rijden. Die ±150-200 kilometer die je nu met een normale electrische auto kunt rijden is totaal niet praktisch, en mensen met appartementen hebben bijna nooit de mogelijkheid om een electrische auto aan te schaffen omdat je daar geen laadpalen kwijt kunt (of de VvE vind het te duur om ze te plaatsen)… met zo'n stel zonnecellen op je auto kun je gewoon altijd rijden!

[Silmarunya]

Dat zal nooit gebeuren, ongeacht hoe efficient zonnecellen worden. De Benelux ontvangt minder dan 1000kWh/jaar/m^2 aan zonne-energie.

Neem dat een auto een dakoppervlak van 2 vierkante meter heeft en ongeveer een derde van de tijd in volle zon staat. Laten we ook even veronderstellen dat panelen morgen magisch 100% van alle inkomende straling omzetten in elektriciteit.

Dat betekent dat er ongeveer 700kWh per jaar kan worden opgewekt, oftewel het equivalent van ongeveer 70 liter diesel. Neem dat een auto 5 liter per 100 kilometer verbruikt: dan heb je ongeveer 1400 kilometer per jaar gereden.

Dat kan nog wat hoger met een Fresnellens, maar heel veel meer zal het niet zijn.

Leuk, maar onbeperkt rijden is het niet.

[Reactie gewijzigd door Silmarunya op 22 juli 2024 20:46]

[ATS]

Omrekenen via diesel is natuurlijk onzin. Een verbrandingsmotor en de hele overbrenging die daar bij hoort heeft een belabberde efficiëntie. Een electromotor is veel efficiënter. Bovendien doen zonnecellen het ook prima als je niet de volle zon staat. Aan de andere kant is die 100% efficiëntie ook niet bepaald realistisch natuurlijk

Onder de streep blijft het feit dat het maar ongeveer 10x het opladen van je Tesla is :-)

[Silmarunya]

Uiteraard is dat geen goede vergelijking, maar kWh is een eenheid waar veel mensen zich in de context van een wagen weinig bij kunnen voorstellen. Liter diesel wel.

Zoals ik zelf aangaf: het is een schatting. Het zal er zeker geen grootte-ordes naastzitten, maar misschien wel enkele tientallen procenten.

Bovendien: een verbrandingsmotor heeft een rendement van ongeveer 30%, een elektrische wagen iets minder dan 90% (beide in optimale omstandigheden). Dat is dezelfde grootte-orde als de overschatting die ik maak door een rendement van de zonnecellen van 100% te veronderstellen; het nettoresultaat is dus verbazend dicht bij de werkelijkheid.

[Reactie gewijzigd door Silmarunya op 22 juli 2024 20:46]

[Pixxel]

"Deze kortere weg zou ervoor zorgen dat de energie binnen deze elektronen niet verloren gaat aan hitte, maar juist wordt omgezet in energie". Hitte/warmte is uiteraard ook een vorm van energie.

Ik blijf overigens benieuwd wanneer we deze, of die 44% zonnecellen in het wild gaan tegen komen. Het lijkt me geniaal als dergelijke fotovoltaïsche oplossingen bijvoorbeeld als meerdere gestapelde(verf?) lagen op dingen kunnen worden aangebracht ofzo... Misschien wel een reden om je auto wat vaker te wassen dan.

[Striker_zelf]

Mijn huidige installatie levert nu 1/3 van het jaarverbruik, zo'n 2000 kWh, met een efficiency van 15%, dus een 45% efficiente cell, die nu er al is zou in mijn geval de volledige stroom behoefte dekken...

Alleen, ze zijn nog rete-duur en nergens te koop...

[teacup]

Als zonnepanelen over cellen met een hoger rendement beschikken, zou ook de energieprijs van dergelijke panelen dalen.

Dit is natuurlijk ook afhankelijk van de uiteindelijke energieopbrengst van panelen met deze cellen en de (kost)prijs van deze panelen. Zonder deze informatie kan nog niet gesteld worden dat de energieprijs ook inderdaad daalt.

[Reactie gewijzigd door teacup op 22 juli 2024 20:46]

[dupy]

Dit off-topic gedoe over politiek en economie. Het wordt eens tijd dat we mondiaal terug gaan naar de basis. Wie kan het goedkoopste produceren en laat die de markt bedruipen. Elk gebied, land, of hoe je het noemen wilt kan zich specialiseren en differentiëren en zodoende een bestaansrecht opbouwen als het gaat om export. Een land als Nederland heeft veel mogelijkheden, maar je gaat er niet heen op wintervakantie als je wilt skiën over lange pistes. Als belastingen de nationale producenten moeten beschermen betekent dit simpelweg dat ze niet competitief zijn. Een zonnepaneel uit China krijgt nog diverse logistieke kosten bovenop de kostprijs. Dit logistieke voordeel moet voldoende zijn voor de binnenlandse producenten om de competitie aan te gaan.
On-topic: afgaande op dit bericht begrijp ik die 60% niet zo goed. Dit kan alleen maar gaan om een relatief klein gedeelte van het zonnespectrum wat dan gesteld wordt op 100%.

[Verwijderd]

Te simplistisch, de sociale voorwaarden zijn in China een heel stuk minder dan wat ze hier zijn. Daarom hebben we 2 oplossingen:
1) ons eigen sociale systeem afbouwen tot het niveau van de concurrentie, China
2) invoertaksen heffen om dit verschil te compenseren
Ik weet niet wat jij hier kiest, maar ik zal me blijven verzetten tegen sociale verarming.
en on-topic: je zou deze paneeltjes ook kunnen gebruiken om elektronica dmv een laser wireless te voeden, het beperkte frequentiespectrum is voor zo'n toepassing net gunstig

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 22 juli 2024 20:46]

[styno]

"In theorie kunnen zonnepanelen die van deze techniek gebruik maken een rendement tot wel 60 procent halen; dat is bijna een verdubbeling van het rendement waar veel huidige zonnepanelen over beschikken."

Verdriedubbeling, aangezien huidige commerciele panelen maximaal een rendement van 20% halen.

"Als zonnepanelen over cellen met een hoger rendement beschikken, zou ook de energieprijs van dergelijke panelen dalen."

Dit is onzin. Niet de efficientie van een paneel bepaalt de prijs van elektriciteit maar de bouwkosten. Als efficientie de prijs bepaalt, waarom zijn dan de huidige efficientste panelen (40+%) astronomisch duur?

[Juggie0007]

Vraag en aanbod echter de markt wordt zwaar verstoort door (R)overheden

[SuperDre]

tja, hoevaak hebben we dit nu inmiddels niet gehoord... Het gaat hier weer om 'theorie' maarja praktijk moet dat dus nog uitwijzen... Duurt nog jaren voordat we hier iets van zullen zien in productie...