Dunne-film zonnepanelen: Voor- en nadelen

Dunne-film-zonnepanelen zijn een gunstig alternatief voor de wijdverbreide dikke-film-zonnesystemen. Hier kun je lezen voor welke doeleinden dunne-film zonneceltechnologie geschikt is en met welke sterke en zwakke punten je rekening moet houden voordat je dunne-film zonnepanelen voor je PV-systeem koopt.

Dunne-film zonnepanelen – Wanneer is de technologie de moeite waard?

Als je een fotovoltaïsch systeem wilt installeren, heb je de keuze tussen dunne-film zonnepanelen of dikke-film zonnepanelen. Beide soorten modules hebben hun sterke en zwakke punten en zijn geschikt voor verschillende toepassingsscenario’s. Een overzicht.

Dikke film versus dunne film zonnecellen – Wat is waarvoor geschikt?

Als huis- of woningeigenaar moet je eerst de volgende vragen beantwoorden: Hoe groot en hoe krachtig moet mijn fotovoltaïsche systeem zijn? Hoeveel ruimte heb ik beschikbaar? Hoeveel geld kan ik investeren?

Het antwoord op deze vragen is van grote invloed op welke technologie voor het opwekken van zonne-energie het meest geschikt is voor jouw doeleinden. In principe zijn er twee basistypen zonnepanelen beschikbaar: Dunne-film en dikke-film zonnepanelen.

Beide werken volgens het principe van fotovoltaïsche energie (PV), maar ze gebruiken verschillende halfgeleidermaterialen om elektriciteit op te wekken.

• Dikke-film zonnecellen: kristallijn silicium (mono- of polykristallijn).
• Dunne-film zonnecellen: amorf, niet-kristallijn silicium of andere halfgeleidermaterialen zoals koper indium gallium diselenide (CIGS) en cadmium telluride (CdTe) en ook organische zonnecellen gemaakt van koolwaterstofverbindingen.

Externe verschillen

Het duidelijkste verschil: Bij dunne-film zonnepanelen is er geen metalen frame rond de afzonderlijke zonnepanelen. Hun oppervlak ziet er uniform donkergroen, bruin of zwart uit en vertoont hooguit discrete krijtstrepen op de overgangen tussen de cellen.

Dunne-film zonnecellen zijn ongeveer honderd keer dunner dan dikke-film zonnecellen. Dit maakt dunne-film modules ook aanzienlijk lichter dan conventionele zonnepanelen op basis van kristallijn silicium.

Afhankelijk van het substraatmateriaal kunnen dunne-filmcellen ook worden gebogen, waardoor dergelijke flexibele zonnepanelen een harmonieuze integratie in de architectuur mogelijk maken en een breed scala aan toepassingsmogelijkheden bieden. Dankzij deze eigenschap en hun lagere gewicht kunnen dunnefilmcellen ook worden gebruikt om mobiele zonnepanelen te maken.

Naast deze duidelijke verschillen zijn er nog diverse andere verschillen met conventionele fotovoltaïsche systeemtechnologie, zoals de aanschaf- en bedrijfskosten, het toepassingsgebied, de prestaties en de robuustheid. Alle eigenschappen zijn gebaseerd op de specifieke werking van dunne-film zonnecellen.

Werking van dunne-film modules

Qua werking verschillen dunnefilmzonnecellen niet van kristallijne cellen. De lichtquanta (fotonen) die de cel treffen, maken elektronen vrij uit het rooster. In beide soorten cellen dringen de lichtstralen slechts ongeveer 10 micrometer (wat overeenkomt met een duizendste van een millimeter) in het materiaal door, d.w.z. dat het beslissende proces – het genereren van vrij bewegende elektronen als voorwaarde voor de stroomstroming – in een zeer dunne laag plaatsvindt. Het logische gevolg hiervan is dat de zonnecel extreem dun gehouden kan worden.

Productie van PV-dunne-film modules

Het grote voordeel van dunne-film zonnecellen is dat ze veel gemakkelijker en goedkoper te produceren zijn dan dikke-film zonnecellen. Ze worden flinterdun op een dragerlaag gespoten of met damp afgezet, terwijl kristallijn silicium moet worden gesneden, wat met speciale machines in een schone kamer gebeurt. Dankzij de wafertechnologie kunnen wafers met een dikte van slechts 180-250 micrometer worden geproduceerd; de dikte van dunne-film zonnecellen is echter slechts ongeveer 1-5 micrometer. De cellen zijn daardoor ongeveer honderd keer dunner dan conventionele zonnecellen van kristallijn silicium.

Bovendien kunnen dunne-film zonnepanelen goedkope en dunne substraatmaterialen gebruiken, zoals glas of plastic films. Bovendien hebben de modules geen frame nodig. De cellen zijn direct met elkaar verbonden en worden bedekt door een beschermende laag. De geringe dikte beïnvloedt ook het gewicht van de geassembleerde modules: Dunne-film PV-modules wegen 10 kg of minder, terwijl 20 kg heel gewoon is voor dikke-film modules.

Eigenschappen: Wat onderscheidt dunne-film zonnecellen

Om ervoor te zorgen dat jij als gebruiker op lange termijn tevreden bent met je PV-systeem, mag je aankoopbeslissing niet alleen gebaseerd zijn op ontwerp of prijs. Elke modulevariant heeft voor- en nadelen. Ga na welke zwakke punten je in je sollicitatie het meest zult accepteren en welke voordelen voor jou bijzonder belangrijk zijn.

Efficiëntie

De centrale reden waarom dikke-film modules momenteel de markt domineren: Met een rendement van 15-22 % leveren ze aanzienlijk betere prestaties dan PV-dunne-film modules. Hun gemiddelde efficiëntie is slechts 10-13 %. Daardoor kan op een bepaald dakoppervlak aanzienlijk minder zonne-energie worden geproduceerd: Tot nu toe was dit het belangrijkste obstakel voor een bredere verspreiding van dunnefilmzonnepanelen in de residentiële sector. Bij commerciële toepassingen zoals zonneparken speelt het oppervlak niet de doorslaggevende rol, maar zijn de fabricagekosten de belangrijkste factor. Daarom zijn dunne-film zonnepanelen hier algemeen aanvaard.

Het onderzoek heeft de laatste jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt en in studies zijn al rendementen tot 25% bereikt voor dunne-film zonnecellen. Enkele commerciële leveranciers bieden al modules aan met een rendement van ongeveer 17 %, hoewel deze duurder zijn, waardoor het basisprijsvoordeel van dunnefilm-PV-modules weer verdwijnt.

In termen van efficiëntie van zonnepanelen zijn dunne-filmcellen momenteel dus inferieur in vergelijking, maar in perspectief zou het verschil met dikke-film-zonnetechnologie kleiner moeten worden.

Prestaties bij weinig licht

Dikke-film modules leveren meer opbrengst op dan dunne-film modules, maar ze werken het best in direct zonlicht. De fabrikanten van dunne-film modules beloven dat ze een voordeel hebben bij weinig licht in de ochtend of middag, bij bewolking of smog, en dus de voorkeur verdienen bij ongunstige of onstabiele lichtomstandigheden. Deze stelling kan echter niet over de hele linie bewezen worden.

Temperatuurbestendigheid

Enerzijds bevorderen hoge temperaturen de geleidbaarheid van halfgeleiders, d.w.z. ze bevorderen de stroom van elektronen. Anderzijds kan het feit dat deze stroom ongericht is, in de praktijk een negatief effect hebben op de elektriciteitsopbrengst.

De temperatuurcoëfficiënt geeft informatie over de temperatuurbestendigheid van zonnecellen. Het geeft aan hoeveel het vermogen van een module afneemt per graad verwarming boven de standaardwaarde (25 graden). Voor PV-dunne-film modules is de temperatuurcoëfficiënt 0,1-0,3% per Kelvin, voor dikke-film modules 0,3-0,5% per Kelvin. Dunne-film zonnecellen zijn daarom iets minder gevoelig voor hoge temperaturen.

Degradatie van de module

De prestaties van zonnepanelen nemen gedurende hun levensduur af. Deze zogenaamde degradatie heeft in de beginperiode een veel groter effect op PV-dunne-film modules dan op dikke-film zonnepanelen. De lichtgeïnduceerde degradatie wordt echter altijd verrekend in het totale rendement en is daarom verwaarloosbaar. De bijkomende leeftijdsgebonden degradatie is ook meer uitgesproken bij dunne-film modules. Hun levensduur is daarom korter, waardoor de garanties van de fabrikanten ook korter zijn.

Duurzaamheid

De energie die nodig is om PV-systemen te maken wordt binnen een paar jaar gecompenseerd. Na één tot twee jaar hebben dunnefilmzonnecellen al evenveel elektriciteit opgewekt als nodig was voor hun productie. Dikke-film systemen doen er iets langer over, zo’n twee tot tweeënhalf jaar.

Dunne-film zonnecellen van cadmiumtelluride bevatten kleine hoeveelheden van het giftige zware metaal cadmium. Critici zien hierin het gevaar dat het door de hoge temperaturen uit de verbinding zou kunnen oplossen, vooral in het geval van brand, en door de lucht verspreid zou kunnen worden. Het inademen van de dampen wordt beschouwd als kankerverwekkend en schadelijk voor onder andere het immuunsysteem. Maar omdat de kans dat de stof op deze manier uit het materiaal vrijkomt in het algemeen gering wordt geacht, is cadmiumtelluride toch toegestaan.

Montage

Als je opdracht geeft voor de installatie van dikke-film zonnepanelen, kun je er zeker van zijn dat je dienstverlener routine-ervaring heeft in het werken met dit type PV-systeem: Dikke-film PV-systemen zijn immers de wijdverbreide standaard en de installatie is betrekkelijk eenvoudig. Bovendien is het materiaal robuust en worden de cellen beschermd door een frame.

Dunne-film zonnepanelen zijn daarentegen moeilijker te monteren. Afhankelijk van het ontwerp zijn ze flexibel of stijf, maar in ieder geval dunne ruiten die zonder kozijn bijzonder zorgvuldig gemonteerd moeten worden. Door de geringe prevalentie hebben bedrijven meestal minder ervaring met montage, waardoor de werktijd en de kans op fouten toenemen.

Onderhoud

Dunne-film zonnecellen scoren punten bij het onderhoud omdat ze minder openingen hebben waar vuil zich kan ophopen. Het reinigen van de zonnepanelen hoeft dus minder vaak te gebeuren, wat kostenvoordelen oplevert. Dunne-film modules zijn echter fundamenteel gevoeliger voor milieu-invloeden door hun slanke ontwerp en hun levensduur is korter dan die van dikke-film PV-modules.

Overzicht: dunne-laag en dikke laag zonnemodules in vergelijking

Kosten

De kosten van zonnepanelen zijn de afgelopen jaren gedaald, ongeacht het specifieke type, en zullen in de toekomst blijven dalen, aldus een Fraunhofer-studie. Eén reden voor de prijsdaling is de toenemende concurrentie van fabrikanten uit Azië, een andere betreft de zogenaamde schaalvoordelen: Met een toenemende vraag en grotere productiehoeveelheden is het mogelijk tegen een lagere prijs te produceren.

Dunne-film zonnepanelen zijn de goedkopere optie om te kopen vanwege het eenvoudiger productieproces en het lagere materiaalverbruik in vergelijking met conventionele dikke-film modules. De beste prijsvergelijking is de prijs per kilowattpiek (kWp).

De prijzen voor dunne-film zonnetechnologie variëren afhankelijk van de fabrikant en de kwaliteit van de producten. Momenteel moeten toekomstige PV-exploitanten verwachten 200-1.200 euro per kWp te betalen voor dunne-film zonnepanelen, terwijl dikke-film systemen aanzienlijk duurder zijn met 600-1.600 euro per kWp (vanaf begin 2021).

Bij de berekening moet er echter rekening mee worden gehouden dat er ongeveer anderhalf tot twee keer zoveel dunne-film modules nodig zijn als monokristallijne dikke-film modules voor dezelfde elektriciteitsopbrengst en dat de levensduur van dunne-film modules korter is. Fotovoltaïsche systemen hebben een gemiddelde levensduur van 20 tot 25 jaar. Na 10 tot 15 jaar zijn de aanschafkosten meestal afgeschreven en kunnen alle verdere inkomsten als winst worden geboekt.

Naast de aanschafkosten voor de zonnepanelen moet je rekening houden met andere gemaakte kosten, bijvoorbeeld voor bekabeling, omvormers, montagesystemen, installatie en netaansluiting. Als je de opgewekte elektriciteit vooral voor jezelf wilt gebruiken om te besparen op de elektriciteitskosten, moet je ook investeren in een elektriciteitsopslagsysteem. Verschillende spelers verstrekken hiervoor subsidies.

Voor- en nadelen van dunnefilm fotovoltaïsche cellen in één oogopslag

Overweeg je dunne-film zonnepanelen te kopen? Hier de belangrijkste voor- en nadelen op een rijtje:

Voordelen

• Lage materiaalkosten
• Kan ook worden gebruikt bij slecht licht
• Weinig onderhoud nodig
• Hoge temperatuurtolerantie
• Flexibele montagemogelijkheden dankzij laag gewicht en flexibele modules

Nadelen

• Hoog oppervlakteverbruik voor prestaties vergelijkbaar met kristallijne modules
• Kortere levensduur
• Complexere installatie
• Lagere efficiëntie
• Lagere stabiliteit

Conclusie: Dunne-film zonnecellen zijn momenteel nog geen echt alternatief

Dikke-film zonnepanelen zijn nog steeds de technologie bij uitstek voor fotovoltaïsche systemen op het eigen huisdak. Hoewel de beschikbare dunnefilm-moduletechnologie enkele voordelen biedt, is ze in de meeste gevallen nog niet aantrekkelijk voor gebruik in de particuliere sector. Dunnefilm zonnepanelen kopen is alleen in uitzonderlijke gevallen een optie voor huiseigenaren.

Dikke-film-zonnetechnologie is meestal de betere keuze, vooral voor particuliere gebruikers die slechts beperkte ruimte beschikbaar hebben voor het PV-systeem op het dak van hun huis. In de toekomst kan dit veranderen, want in de afgelopen jaren zijn aanzienlijke rendementsverbeteringen bereikt met dunne-film zonnecellen. Hun marktaandeel in de particuliere sector neemt geleidelijk toe, en met verdere optimaliseringen kunnen dunnefilmzonnepanelen in de toekomst misschien echte concurrentie worden voor conventionele zonnepanelen.