Basics deel 1

Meer basics:

Flashdata

Nieuw apertuur rendement record multikristallijn naar ... Kyocera

Apertuur rendement nader verklaard
Wat betekent dat "apertuur rendement" nu eigenlijk precies? Zonnepanelen hebben altijd een "fysieke" inbedding nodig om de gevoelige cellen en/of de dunnelaag folie tegen de elementen te beschermen gedurende de minimaal 25 jaar dat ze op het dak (kunnen) liggen. Bij de dominante, uit kristallijne cellen bestaande modules wordt daartoe alles in een finale, thermische processtap, ingebed in doorzichtige folies, en het "verbond" ingesloten in een aluminium frame. Rond de celzone is er altijd een smalle lege zone, en die doet niet mee aan omzetting van zonlicht in elektriciteit. Omdat die smalle band voor het modulerendement wel meetelt, en de ruimte tussen de celrijen en de frame rand, en de dikte van het frame kan verschillen, wordt vaak voor een "eerlijker" vergelijking van het apertuur rendement gesproken, wat de buiten-omtrek van het fotovoltaïsche celoppervlak betreft. Zie het plaatje voor een voorbeeld berekening. Het door Kyocera opgegeven "apertuur rendement" betreft dus de oppervlakte die wordt afgegrensd door de buitenste celrijen (in de figuur: Ax * Ay). Afgaand op STC condities van 1.000 Watt per vierkante meter, kan met behulp van de parameters "apertuur oppervlakte" en "DC output onder STC condities" van het module in Watt het apertuur rendement worden berekend.

^^^ Drie typen "oppervlaktes" van een zonnestroompaneel, relevant voor het bepalen van de specifieke omzettingsrendementen die van toepassing kunnen zijn: (a) de apertuur oppervlakte, het rechthoekige oppervlak wat de buitenste rij zonnecellen omsluit; (b) het totale (fotovoltaïsch actieve) zonnecel oppervlak, gelijk aan het oppervlak van een individuele cel maal het aantal cellen in het module (in onderhavig geval 54 in 6 kolommen en 9 rijen); (c) het module oppervlak: de buitenmaten met elkaar vermenigvuldigd. Alle "witte" tussenruimte in het module, en de dikke in zwart aangegeven framelijst, doen niet mee aan de omzetting van zonlicht, en hebben dus een negatieve invloed op het te bepalen omzettingsrendement, afhankelijk welk type wordt berekend. Hoe meer tussenruimte en hoe dikker de modulelijst, hoe minder het apertuur dan wel module rendement zal worden. Uiteraard blijft het celrendement gelijk, waarbij aangetekend moet worden dat de output van elke cel weer licht kan afwijken van een ander. Hiertoe worden cellen "uitgesorteerd en gematched" om elektrisch gezien een specifieke vermogensklasse te kunnen bereiken van het uiteindelijk samen te stellen module, waarbinnen een zekere mate van (te specificeren) "tolerantie" zal zijn.

Het module rendement zoals dat meestal in commerciële datasheets wordt gebruikt, wordt altijd berekend op basis van de buitenafmetingen van het module zelf, en is dus altijd lager dan het celrendement en het apertuur rendement. Ook bij dunnelaag modules zien we iets dergelijks, zelfs bij exemplaren zonder frame (zoals First Solar CdTe modules, die bij honderdduizenden zijn en worden afgezet). Want er is altijd een niet door celmateriaal bezet stuk buitenrand, wat het verschil tusen "apertuur-rendement" en "module-rendement" veroorzaakt.

Terug naar het recordmodule van Kyocera
De harde data volgens opgave van Kyocera:

• module efficiëntie 16,6% bij een paneel-oppervlakte van 13.379 cm² (1,34 m²)
• apertuur efficiëntie 17,3% bij een apertuur oppervlakte van 12.753 cm² (1,28 m²)
• 54 multikristallijne back-contact cellen met een afmeting van 150 x 155 mm (NB: dus niet zoals gebruikelijk "vierkant", maar iets rechthoekig)

Op basis van die laatste opgave kunnen we uitgaan van een puur celoppervlak van 54 x 15 x 15,5 = 12.555 cm², wat inhoudt dat er tussen de cellen onderling nog 12.753 ("apertuur oppervlakte") - 12.555 ("cel oppervlakte") = 198 vierkante centimeter "verloren" gaat door niet door de cellen zelf bezette tussenruimte. Dat zou in theorie nog een stukje rendements-winst kunnen betekenen, als cellen nog dichter dan normaal (vrijwel) tegen elkaar gelegd zouden kunnen worden. De vraag zal zijn of dat technisch haalbaar is, en zo ja, tegen welke kosten.

Ook kunnen we uit bovenstaande afleiden wat het nominale STC vermogen van het record module is. Een 16,6% modulerendement van een zonnepaneel met een oppervlakte van 1,3379 vierkante meter betekent immers: een nominaal vermogen (STC) van 0,166 x 1.337,9 = 222 Wp.

Kyocera stelt in het verder karige persbericht dat het apertuur rendement record (voor multikristallijne technologie) door het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in Japan zou zijn geverifieerd (status: december 2009).

Helaas ontbreken verdere gegevens van deze Japanse top producent. Over de aard van de "back-contact" celtechnologie verder geen data, en ook geen vooruitzichten op in productie name. Wel de claim dat het nog een "developmental stage" betreft, en dus waarschijnlijk nog niet "klaar voor commerciële productie". Het is bekend dat Kyocera een onderneming is die niet al te grote risico's wil lopen, maar stapsgewijs, en weloverwogen, elke volgende technologische innovatie inpast in het productieproces als alle onzekerheden zijn uitgesloten en het proces tot in de puntjes wordt beheerst. M.a.w.: als het uiteindelijk op de markt zal gaan komen, mag verwacht worden dat het een "dijk" van een module zal gaan worden. Zoals alle zonnepanelen van deze Japanse producent.

Andere efficiëntie records en besprekingen: zie hier.

http://global.kyocera.com/news/2010/0202_owfs.html

Zie ook: het (essentiële) verschil tussen "cellen" en "modules" in relatie tot omzettingsefficiëntie. Reactie van Polder PV op Energiebusiness.nl n.a.v. discussie over deze materie (13 november 2011):

http://www.energiebusiness.nl/2011/11/baanbrekende-zonnecel-behaalt-rendement-van-bijna-29-procent/