Een nieuwe studie toont aan dat, in tegenstelling tot het wijdverbreide geloof in de zonne-energie-industrie, nieuwe soorten zonnecellen en -panelen hoeven niet per se 25 tot 30 jaar mee te gaan om economisch levensvatbaar te zijn in de huidige markt.

Liever, zonnepanelen met een initiële levensduur van slechts 10 jaar kunnen soms economisch zinvol zijn, zelfs voor installaties op netschaal, waardoor mogelijk de deur wordt geopend voor veelbelovende nieuwe fotovoltaïsche technologieën die als onvoldoende duurzaam worden beschouwd voor wijdverbreid gebruik.

De nieuwe bevindingen worden beschreven in een paper in het tijdschrift Joule , door Joël Jean, een voormalig MIT-postdoc en CEO van startup-bedrijf Swift Solar; Vladimir Bulovic, hoogleraar elektrotechniek en informatica en directeur van MIT.nano; en Michael Woodhouse van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Colorado.

"Als je praat met mensen in het zonneveld, ze zeggen dat elk nieuw zonnepaneel 25 jaar mee moet gaan, Jean zegt. "Als iemand een nieuwe technologie bedenkt met een levensduur van 10 jaar, niemand gaat er naar kijken. Dat is algemeen bekend in het veld, en het is een beetje verlammend."

Jean voegt eraan toe dat "dat een enorme barrière is, omdat je een levensduur van 25 jaar niet in een jaar of twee kunt bewijzen, of zelfs 10." Dat vermoeden, hij zegt, heeft veel veelbelovende nieuwe technologieën aan de zijlijn gelaten, aangezien conventionele kristallijne siliciumtechnologieën de commerciële markt voor zonne-energie overweldigend domineren. Maar, vonden de onderzoekers, dat hoeft niet zo te zijn.

"We moeten niet vergeten dat waar mensen uiteindelijk om geven niet de kosten van het paneel zijn; het zijn de genivelleerde kosten van elektriciteit, "zegt hij. Met andere woorden, het zijn de werkelijke kosten per geleverde kilowattuur gedurende de nuttige levensduur van het systeem, inclusief de kosten van de panelen, omvormers, rekken, bedrading, land, installatie arbeid, toelaten, netinterconnectie, en andere systeemcomponenten, samen met de lopende onderhoudskosten.

Een deel van de reden dat de economie van de zonne-energie-industrie er tegenwoordig anders uitziet dan in het verleden, is dat de kosten van de panelen (ook wel modules genoemd) zo sterk zijn gedaald dat nu, de "balans van het systeem" kosten - dat wil zeggen, alles behalve de panelen zelf - overtreft dat van de panelen. Dat betekent dat, zolang nieuwere zonnepanelen elektrisch en fysiek compatibel zijn met de stellingen en elektrische systemen, kan het economisch zinvol zijn om de panelen te vervangen door nieuwere, betere als ze beschikbaar komen, terwijl u de rest van het systeem opnieuw gebruikt.

"De meeste technologie zit in het paneel, maar de meeste kosten zitten in het systeem, Jean zegt. "In plaats van een systeem te hebben waar je het installeert en alles na 30 jaar vervangt, wat als u de panelen eerder vervangt en al het andere hetzelfde laat? Een van de redenen die economisch kunnen werken, is dat als u ze vervangt door efficiëntere panelen, ", wat waarschijnlijk het geval zal zijn, aangezien een breed scala aan efficiëntere en goedkopere technologieën over de hele wereld worden onderzocht.

Hij zegt dat wat het team in hun analyse ontdekte, is dat "met enkele kanttekeningen bij de financiering, jij kan, in theorie, een concurrerende prijs krijgen, omdat uw nieuwe panelen steeds beter worden, met een levensduur van slechts 15 of zelfs 10 jaar."

Hoewel de kosten van zonnecellen jaar na jaar zijn gedaald, Bulovic zegt, "de verwachting dat men een levensduur van 25 jaar moest aantonen voor elke nieuwe zonnepaneeltechnologie is gebleven als een tautologie. In deze studie laten we zien dat naarmate de zonnepanelen goedkoper en efficiënter worden, de kostenbalans verandert aanzienlijk."

Hij zegt dat een van de doelen van het nieuwe artikel is om de onderzoekers te waarschuwen dat hun nieuwe zonne-uitvindingen kosteneffectief kunnen zijn, zelfs als ze relatief kort duren, en kan daarom sneller worden aangenomen en ingezet dan verwacht. Tegelijkertijd, hij zegt, investeerders moeten weten dat ze grotere winsten kunnen maken door te kiezen voor efficiënte zonnetechnologieën waarvan misschien niet is bewezen dat ze zo lang meegaan, wetende dat de panelen periodiek kunnen worden vervangen door nieuwere, efficiëntere.

"Historische trends tonen aan dat zonnepaneeltechnologie jaar na jaar efficiënter wordt, en deze verbeteringen zullen zeker de komende jaren doorgaan, " zegt Bulovic. Op perovskiet gebaseerde zonnecellen, bijvoorbeeld, toen het minder dan tien jaar geleden voor het eerst werd ontwikkeld, had een rendement van slechts enkele procenten. Maar onlangs overschreed hun recordprestatie de efficiëntie van 25 procent, vergeleken met 27 procent voor de record siliciumcel en ongeveer 20 procent voor de huidige standaard siliciummodules, volgens Bulovic. belangrijk, in nieuwe apparaatontwerpen, een perovskiet-zonnecel kan op een andere perovskiet worden gestapeld, silicium, of dunnefilmcel, om de maximaal haalbare efficiëntiegrens te verhogen tot meer dan 40 procent, wat ruim boven de fundamentele limiet van 30 procent van de huidige siliciumzonnetechnologieën ligt. Maar perovskieten hebben problemen met de levensduur en het is nog niet aangetoond dat ze in de buurt kunnen komen van de 25-jarige norm.

Bulovic hoopt dat de studie "het paradigma zal verschuiven van wat als een wereldwijde waarheid is geaccepteerd". Tot nu toe, hij zegt, "veel veelbelovende technologieën zijn nooit begonnen, omdat de lat te hoog wordt gelegd" op de noodzaak van duurzaamheid.

Voor hun analyse het team keek naar drie verschillende soorten zonne-installaties:een typisch residentieel systeem van 6 kilowatt, een commercieel systeem van 200 kilowatt, en een groot 100-megawatt-systeem op schaal met zonne-tracking. Ze gebruikten NREL-benchmarkparameters voor Amerikaanse zonnestelsels en een verscheidenheid aan aannames over toekomstige vooruitgang in de ontwikkeling van zonnetechnologie, financiering, en de verwijdering van de initiële panelen na vervanging, inclusief recycling van de gebruikte modules. De modellen zijn gevalideerd met behulp van vier onafhankelijke tools voor het berekenen van de levelized cost of elektriciteit (LCOE), een standaardmaatstaf voor het vergelijken van de economische levensvatbaarheid van verschillende elektriciteitsbronnen.

Bij alle drie de installatietypes ze vonden, afhankelijk van de bijzonderheden van de plaatselijke omstandigheden, vervanging door nieuwe modules na 10 tot 15 jaar kan in veel gevallen economische voordelen opleveren met behoud van de vele milieu- en emissiereducerende voordelen van zonne-energie. De basisvereiste voor kostenconcurrentievermogen is dat elke nieuwe zonnetechnologie die in de VS wordt geïnstalleerd, moet beginnen met een modulerendement van ten minste 20 procent, een kostprijs van niet meer dan 30 cent per watt, en een levensduur van minimaal 10 jaar, met het potentieel om op alle drie te verbeteren.

Jean wijst erop dat de zonnetechnologieën die tegenwoordig als standaard worden beschouwd, voornamelijk op silicium gebaseerde maar ook dunnefilmvarianten zoals cadmiumtelluride, "waren in de beginjaren niet erg stabiel. De reden dat ze tegenwoordig 25 tot 30 jaar meegaan, is dat ze gedurende vele decennia zijn ontwikkeld." De nieuwe analyse kan nu de deur openen voor een aantal van de veelbelovende nieuwere technologieën die op voldoende schaal kunnen worden ingezet om in de loop van de tijd vergelijkbare niveaus van ervaring en verbetering op te bouwen en om eerder effect te hebben op de klimaatverandering dan zonder vervanging van modules, hij zegt.

"Dit zou ons in staat kunnen stellen om ideeën te lanceren die aan de wijnstok zouden zijn gestorven" vanwege de perceptie dat een langere levensduur essentieel was, zegt Bulovic.