De zonnecelindustrie is in heftige beweging. Zonnecellen worden steeds goedkoper en de vraag ernaar groeit elk jaar met 30%. Dat betekent een enorme uitdaging voor een industrie die nu al vrij groot is, met dit jaar naar verwachting een omzet van ruim $ 60 miljard, en die voorlopig sterk zal blijven groeien. De marges in de sector zijn flinterdun, de innovaties volgen elkaar in snel tempo op, het is innoveren of ten onder gaan.
Diversificatie in de zonnecelindustrie
Tot nu toe is siliciumtechnologie dominant, zegt Wim Sinke van het Nederlandse onderzoekscentrum ECN. Hun concurrenten, de dunne-filmtechnologieën, hebben het moeilijk; silicium is een moving target, steeds goedkoper, steeds efficiënter. Toch zijn er dunne-filmpanelen, vooral CdTe en CIGS, die qua toprendement nu in de buurt van de standaard siliciumpanelen komen, zo’n 16-18%. Maar qua prijs kunnen ze nog niet concurreren, ze moeten niches in de markt of nieuwe toepassingen zoeken. Daarom wordt er ook hard gewerkt aan dunne-film zonnefolies, waarmee je toepassingen kunt realiseren die nu niet mogelijk zijn. Alle huidige soorten panelen kunnen op termijn maximaal een rendement van ongeveer 25% halen. Daarmee zijn de onderzoekers de komende 5 tot 10 jaar zoet. Hogere rendementen, 30 tot 35%, zijn mogelijk met een stapeling van materialen, zoals een silicium bodemcel en dunne-film topcel. Momenteel is dit het snelst groeiende onderwerp in het PV-onderzoek. Perovskieten ontwikkelen zich heel snel als een kandidaatmateriaal voor de topcel, hun rendement is in een paar jaar tijd snel toegenomen en hun sterkte is dat ze het zichtbare deel van het spectrum efficiënt kunnen gebruiken, terwijl siliciumcellen met name het infrarode deel bijna perfect kunnen omzetten. Maar de bouw van een stabiele en efficiënte ‘tandem’ is heel moeilijk, waarschijnlijk duurt het nog 5 tot 10 jaar voordat zo’n opvolger van de huidige generatie panelen op de markt komt.
Vroeger waren alle panelen bijna identiek. Wij zien nu in de zonnecelindustrie een ontwikkeling naar nieuwe soorten panelen die toegesneden zijn op specifieke toepassingen. Er komen andere kleuren, vormen, en maten en de al genoemde folies. Een voorbeeld van een nieuwe toepassing is de PV auto die Audi wil ontwikkelen op basis van de hoog-rendement GaAs cellen van Hanergy. Audi wil de opbrengst van deze zonnecellen eerst gebruiken om bijkomende functies van de auto van energie te voorzien, zoals de airconditioning; ook dit draagt bij aan het rendement van de motor. Later kan de stroom ook bij het rijden worden gebruikt. In Nederland timmert het start-up bedrijf Lightyear aan de weg met zonneauto’s voor dagelijks gebruik. De meeste dunne-film panelen hebben bij speciale toepassingen het voordeel dat zij relatief eenvoudig ‘op maat’ kunnen worden geproduceerd, al biedt siliciumtechnologie die mogelijkheden ook steeds meer. Een ander voorbeeld van speciale toepassingen zijn de CIGS-panelen van Solar Frontier die kunnen worden gevormd tot fraaie bouwelementen. Maar de enige succesvolle (in de zin van echt grootschalige) dunne-film producent is First Solar die CdTe-panelen produceert. Deze fabrikant richt zich echter volledig op de markt van grote zonnecentrales. Het is nog lang niet duidelijk waar de zonnecelindustrie tenslotte op gaat uitkomen. Momenteel is een gevaar voor vernieuwing, zegt Wim Sinke, een lock-in in standaard Si-technologie omdat die zo grootschalig wordt geproduceerd en zo goedkoop is.
De Europese zonnecelindustrie
Wat kan de rol zijn van Europa in de zonnecelindustrie? Op dit moment is China heel dominant, overigens op basis van technologie ontwikkeld in Europa en de VS. Het uitgangspunt in Europa is dat wij niet technologisch afhankelijk willen zijn van andere landen voor een energiebron die zo belangrijk zal worden. Technologische afhankelijkheid is haast nog erger dan grondstofafhankelijkheid. Over dit onderwerp is in opdracht van de Europese Commissie een uitgebreid rapport samengesteld; de samenvatting daarvan is net gepubliceerd. Men heeft uitgesproken dat versterking (re-industrialisatie) van de PV-maakindustrie grote economische kansen biedt en kan bijdragen aan energievoorzieningszekerheid. Er zijn met name kansen in de kennisintensieve delen van de productie, in ‘PV op maat’ en in commercialisatie van nieuwe technologieën. De PV-sector zelf benadrukt het belang om de hele waardeketen in stand te houden, en veel deskundigen zetten zich dan ook in voor het behoud van producent SolarWorld, die failliet dreigt te gaan. Het weer opnieuw beginnen is altijd moeilijker dan een goed bedrijf behouden. Maar het is ook duidelijk dat een wereldwijd level playing field nodig is, met onder meer duidelijke labeling (of eisen ten aanzien) van kwaliteit en milieu-impact. Daarvoor moeten we ons sterk maken. Het probleem van Europa is echter dat we het nooit ergens over eens zijn. We moeten nu de juiste dingen gaan doen én snel genoeg, zegt Wim Sinke. De kennispositie is nog altijd heel goed. De industrie is op onderdelen sterk en goed; maar wel heel klein. In Nederland hebben we bijvoorbeeld Tempress, een bedrijf dat gezien de internationale concurrentie een gigantische prestatie heeft geleverd. Er zijn bovendien verschillende nieuwe initiatieven voor productie in Nederland: Energyra, PowerField en Innolane, en meer zijn in voorbereiding. Iets minder op de one-size-fits-all manier, maar voor diverse markten en in diverse uitvoeringen.
Recycling van zonnepanelen is een nog niet goed opgelost vraagstuk. De huidige panelen zijn ontworpen voor de eeuwigheid, dat wil zeggen: er is geen rekening gehouden met de afvalfase. Straks komt er een grote hoeveelheid materiaal vrij, en we weten nog niet hoe dit elegant te verwerken. Momenteel worden panelen eenvoudig gecrusht; de uitdaging is ‘design for sustainability’, waarbij de panelen uit elkaar gehaald worden en het materiaal hergebruikt wordt zonder het te downgraden. Maar de markt van zonnepanelen is een vechtmarkt met heel kleine marges, en een nieuwe designopdracht die waarschijnlijk geld gaat kosten ligt moeilijk in de zonnecelindustrie. De uitzondering op deze regel vormt First Solar met zijn cadmiumhoudende panelen, die zonder take-back- en recycling-concept waarschijnlijk nul panelen zouden hebben verkocht. Overigens, zegt Wim Sinke, denken wij bij ECN met enkele partners al een jaar of twintig na over recycling van zonnepanelen. En kort geleden publiceerde Greenmatch een interessante infographic over recycling van zonnepanelen, met de nadruk op de mogelijkheden van de toekomst.
De zonnecelindustrie is heftig in beweging. Over tien jaar is zonne-energie de grootste én de snelst groeiende energievorm. Het is van belang bij te blijven, op basis van de laatste technologie, goede samenwerking in de keten, een stimulerende overheid, en een goede toegang tot kapitaal. Europa is daar prima toe in staat – als de wil er eenmaal is.
Interessant? Lees dan ook:
Zonne-energie wordt dominant in de energievoorziening
Een gezond verstand of 50-50-40 energiescenario. Deel 2: duurzame energie
Energieopslag in de transitie