Wat is een betere deal:een gevestigde, kant-en-klaar type zonnepaneel of een hypermodern type dat meer vermogen levert voor een bepaald gebied maar meer kost?

Het blijkt dat dit verre van een eenvoudige vraag is, maar een team van onderzoekers van MIT en elders heeft een manier bedacht om de beste optie te vinden voor een bepaalde locatie en type installatie. Het komt erop neer dat voor daksystemen op huishoudelijke schaal op relatief droge locaties, de efficiëntere maar duurdere panelen zouden beter zijn, maar voor installaties op rasterschaal of voor installaties in nattere klimaten, de gevestigde, minder efficiënte maar goedkopere panelen zijn beter.

De kosten van zonnecellen blijven dalen, terwijl de installatiekosten en de bijbehorende apparatuur relatief constant blijven. Dus, het uitzoeken van de afwegingen bij het plannen van een nieuwe installatie is ingewikkelder geworden. Maar de nieuwe studie biedt een duidelijke manier om de beste technologie voor een bepaald project in te schatten, zeggen de auteurs.

De bevindingen worden vandaag gerapporteerd in het tijdschrift Natuur Energie , in een paper van MIT-afgestudeerde studente Sarah Sofia, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde Tonio Buonassisi, onderzoeker I. Marius Peters, en drie anderen bij MIT en bij First Solar en Siva Power, zonne-energiebedrijven in Californië.

De studie vergeleek twee basisvariëteiten van zonnecellen:standaardontwerpen die een enkel type fotovoltaïsch materiaal gebruiken, en geavanceerde ontwerpen die twee verschillende typen combineren (tandemcellen genoemd) om meer van de energie in zonlicht op te vangen. Voor de tandemcellen de onderzoekers vergeleken ook verschillende varianten:die waarbij elk van de twee cellen in serie met elkaar is verbonden, zogenaamde tandemcellen met twee knooppunten, en die waarbij elke cel afzonderlijk is bedraad, tandemcellen met vier knooppunten genoemd.

In plaats van alleen te kijken naar de hoeveelheid vermogen die elke soort kan leveren, het team analyseerde alle bijbehorende installatie- en operationele kosten in de loop van de tijd, om een ​​meting te produceren die de levelized cost of elektriciteit (LCOE) wordt genoemd, een maatstaf die alle kosten en opbrengsten over de levensduur van het systeem omvat.

"Standaard single-junction-cellen hebben een maximale efficiëntie van ongeveer 30 procent, "Sofia legt uit, overwegende dat "tandemcellen, twee materialen gebruiken, kan een veel hoger rendement hebben, boven de 40 procent." Maar hoewel een hogere efficiëntie in principe natuurlijk een voordeel is, "wanneer je een tandem maakt, je hebt eigenlijk twee zonnecellen in plaats van één, dus het is duurder om te produceren. Dus, we wilden zien of het de moeite waard is, " ze zegt.

Voor hun analyse het team keek naar drie soorten omgevingen:dor (Arizona), gematigd (South Dakota), en vochtig (Florida) - omdat de hoeveelheid waterdamp in de lucht kan beïnvloeden hoeveel zonlicht de zonnecel bereikt. Op elk van deze locaties is ze vergeleken de standaard twee soorten single-junction zonnecellen (cadmiumtelluride, of CdTe, en koper-indium-gallium-selenide, of CIGS) met twee verschillende soorten tandemcellen, twee- of vier-kruising. Dus, in elke omgeving werden in totaal vier verschillende technologieën bestudeerd. In aanvulling, zij hebben onderzocht hoe de algehele LCOE van de installaties zou worden beïnvloed, afhankelijk van het feit of de totale energieprijzen constant blijven of in de loop van de tijd dalen, zoals veel analisten verwachten.

De resultaten waren enigszins verrassend. "Voor residentiële systemen, we hebben aangetoond dat het tandemsysteem met vier terminals [de meest efficiënte zonnecel die beschikbaar is] de beste optie was, ongeacht de locatie, " zegt Sofia. Maar voor installaties op utiliteitsschaal, de cel met de laagste productiekosten is de beste deal, vonden de onderzoekers.

De nieuwe bevindingen kunnen belangrijk zijn voor degenen die nieuwe zonne-installaties plannen, zegt Sofia. "Voor mij, waaruit bleek dat een vier-terminale tandemcel een duidelijke kans van slagen had, lag niet voor de hand. Het toont echt het belang aan van een hoge energieopbrengst in een woonsysteem."

Maar omdat systemen op utiliteitsschaal de kosten van de installatie en de besturingssystemen over veel meer panelen kunnen spreiden, en omdat de ruimte in dergelijke installaties doorgaans minder beperkt is, "we hebben nooit een kans gezien" voor de duurdere, efficiënte cellen in dergelijke instellingen. In grote reeksen, "omdat de installatiekosten zo laag zijn, ze willen gewoon de goedkoopste cellen [per watt vermogen], " ze zegt.

De studie kan helpen bij het sturen van onderzoeksprioriteiten op het gebied van zonnetechnologie, zegt Sofia. "Er is veel werk op dit gebied geweest, zonder dit eerst te vragen [of de economie eigenlijk wel logisch zou zijn]. We zouden de vraag moeten stellen voordat we al het werk doen. ... Ik hoop dat dit kan dienen als een leidraad voor waar de onderzoeksinspanningen op moeten worden gericht, " ze zegt.

De methodologie die het team heeft ontwikkeld om de vergelijkingen te maken, zou van toepassing moeten zijn op vele andere vergelijkingen van zonnetechnologieën, niet alleen de specifieke typen die voor dit onderzoek zijn gekozen, zegt Sofia. "Voor dunnefilmtechnologieën, dit is generaliseerbaar, " ze zegt.

Omdat de materialen die ze voor de case met vier terminals hebben bestudeerd al gecommercialiseerd zijn, Sofia zegt, "Als er een bedrijf was dat een belang had, "praktisch, betaalbare tandemsystemen met vier knooppunten voor residentiële toepassingen kunnen mogelijk vrij snel op de markt worden gebracht.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.