5 aug. 2009
6 minuten
Ingebedde toepassingen zijn voor hun voeding vaak aangewezen op batterijen. Maar als ze genoeg gelegenheid hebben om het daglicht te zien, kunnen ook zonnecellen een duurzame duit in het zakje doen. Soms is daarmee zelfs volledige autarkie mogelijk, waarbij de batterijen alleen nog maar dienen om de donkere perioden te overbruggen.
Uiteraard is de haalbaarheid daarvan afhankelijk van het stroomverbruik, de beschikbare oppervlakte en de lichtcondities. Om een echt zelfvoorzienend systeem te kunnen realiseren, zal hier in het ontwerp al van het begin af rekening mee moeten worden gehouden.
"Ik kwam daar toevallig onlangs nog een mooi voorbeeld van tegen”, vertelt Hans Zijlstra van Elincom. "Een langs de weg opgestelde lusdetector die zijn voeding uit een zonnepaneel haalt. Het ziet er op zich prima uit, met een uit de kluiten gewassen paal waarop het paneel onder de optimale hoek is gemonteerd. Alleen, de stroomopbrengst zal minimaal zijn want er is gebruik gemaakt van kristallijne zonnecellen. Die hebben op papier veruit het hoogste rendement maar dat halen ze alleen bij een hoge lichtintensiteit. Deze staat echter helemaal in de schaduw van de bomen. Daarom zou juist hier een paneel met amorfe cellen betere resultaten geven. Die hebben een lagere maximale opbrengst maar blijven bij minder licht relatief goed presteren.”
Zijn voorbeeld illustreert hoe ontwikkelaars zonnecellen lang niet altijd zien als een integraal onderdeel van hun ontwerp. "Jammer want het gaat vaak ten koste van de effectiviteit en dus van de totale prestaties van het systeem. Er zijn meer afwegingen dan alleen de vraag ‘wat levert het meeste vermogen?’ Want dat is altijd de piekopbrengst terwijl voor je eigen applicatie veel belangrijker is wat gemiddeld wordt geleverd.”
Rendement
Hoe groot het verschil is tussen piek- en gemiddelde rendement hangt af van het soort zonnecel, de opstelling en de lichtomstandigheden, legt Zijlstra uit. "Op zich halen kristallijne cellen de meeste elektriciteit uit zonlicht. De hele dure typen, zoals die worden gebruikt in satellieten, weten 25 tot 35 procent van de invallende energie in stroom om te zetten. Varianten voor commerciële toepassingen zitten op ongeveer de helft van dat rendement, 13 á 15%. Alleen doen ze dat uitsluitend als ze de volle zon onder een optimale hoek binnenkrijgen. In de schaduw, onder een boom of binnenshuis daalt de opbrengst sterk. Ook zijn ze behoorlijk temperatuurgevoelig; naarmate het warmer wordt, neemt het gegenereerde vermogen af. Als je met dergelijke omstandigheden te maken hebt, kun je beter amorfe cellen gebruiken. Die hebben een aanzienlijk lager piekrendement van zo’n 7 procent maar zijn wel lichtgevoeliger dus ook als de situatie niet zo gunstig is, blijven ze redelijk presteren. Een van de fabrikanten in ons pakket, het Duitse Schott Solar, heeft zowel kristallijne als amorfe cellen geleverd voor testopstellingen in München. Daarvan werd het geproduceerde vermogen over langere tijd gemeten. Hierbij bleek dat de panelen met amorfe dunne-filmtechniek over het hele jaar bijna tien procent meer vermogen genereerden dan hun kristallijne tegenhangers: 1199 kWh per kWp (kilowattpiek) versus 1093 kWh/kWp. Dat komt door hun hogere prestaties bij bewolking en een ongunstige stand van de zon.”
"Als je dus niet zeker weet dat je applicatie onder de meest gunstige lichtcondities kan functioneren, kun je beter kiezen voor amorfe dunne-filmzonnecellen”, concludeert Zijlstra. "Bijkomend voordeel is hun lagere kosten per watt-piek, dat scheelt zo’n 30% ten opzichte van kristallijne panelen. Bovendien heb je bij die laatste te maken met vaste afmetingen. Daar zijn de fabrieken op ingericht. Het gaat om een halfgeleiderproductieproces en daarbij ben je gehouden aan vaste afmetingen van de siliciumwafers. Ook de amorfe cellen zijn natuurlijk halfgeleiders maar met veel grotere procestoleranties, lagere eisen aan de cleanroom en meer vrijheid in afmetingen en type substraat.”
Ontwerpspecificaties
"Het begint er meestal mee dat een bedrijf zegt: ik heb hier een leuk apparaat en dat zou ik op zonne-energie willen zetten”, aldus Zijlstra. "De motivatie kan heel divers zijn. Misschien wil de leverancier een groene uitstraling hebben en het product duurzaam in de markt zetten. Maar het kan ook zijn dat het onhaalbaar is om een lichtnetkabel te trekken terwijl andere voedingsopties, bijvoorbeeld uitsluitend met batterijen, evenmin mogelijk zijn. Als je in dat stadium kiest voor zonnecellen ben je in feite al te laat. Je moet eigenlijk een stap verder teruggaan en beginnen met het integrale ontwerp, met de energiebalans van je product: wat gaat er aan vermogen uit en wat komt erin.”
"Om te beginnen is het uiteraard van belang dat het apparaat een minimaal verbruik heeft. Maar meestal spelen ook de afmetingen een belangrijke rol. Dat is een samenspel met de keuze voor de batterij. In principe wil je het liefste een groot zonnepaneel en een kleine batterij. Alleen is dat niet altijd haalbaar, bijvoorbeeld omdat er aan de buitenkant te weinig oppervlakte beschikbaar is of omdat de applicatie ook tijdens de donkere wintermaanden door moet blijven werken. In dergelijke gevallen zal de verhouding opschuiven richting grote batterij en kleinere zonnecel.”
Distributie
"Overigens is Elincom geen systeemhuis”, verduidelijkt Hans Zijlstra. "De verantwoordelijkheid van het complete ontwerp ligt niet op ons bordje. Wel werken we nauw samen met systeemhuizen en worden we in een vroeg stadium bij de ontwikkeling betrokken, mede omdat de onderdelen die wij leveren optimaal gekozen moeten worden. Voor de lijnen die wij voeren kunnen we, samen met onze fabrikanten, het ontwerp voor onze rekening nemen. Daarbij kan het gaan om standaardproducten maar ook om maatwerk.”
De distributie van zonnecellen is een direct gevolg van de samenwerking met ontwikkelbedrijven. "Oorspronkelijk richtten we ons puur op passieve bouwstenen. Inmiddels klopt dat niet meer want ons assortiment omvat onder andere ook geheugens en sensoren. ‘Alles waar achteraf geen software in hoeft’ dekt de lading beter. Net als andere distributeurs willen we natuurlijk graag de meeste meerwaarde bieden en daarbij richten we ons niet op de logistiek met directe levering uit voorraad maar op toegevoegde technische waarde. We schuiven dan ook meer en meer op van reguliere naar speciale componenten en de zonnepanelen zijn daar een voorbeeld van. Eigenlijk werden we op het idee gebracht door een vraag van Salland Electronics, een van de ontwikkelbedrijven waar we mee samenwerken. Zij merkten dat het lastig was om aan zonnecellen te komen. Grote panelen was geen enkel probleem, die kan de gemiddelde installateur zo leveren. Maar als je ze zelf wilt integreren, wordt het een ander verhaal. Dat was voor ons aanleiding om op zoek te gaan naar fabrikanten die ook voor onze markt geschikte producten aanbieden. Die zoektocht resulteerde erin dat we nu PV-cellen van drie fabrikanten in ons pakket hebben DBK met kristallijne maatwerkpanelen, PowerFilm met flexibele dunne-filmcellen en Schott Solar met dunne-film glasmodulen. Onze presentatie tijdens de D&E-dag zal worden verzorgd door Antoon Wesselink van Schott Benelux. Hij gaat alle gangbare technieken op het gebied van zonnecellen nader toelichten en ook de nodige tips en trucs geven voor ontwerpers die ermee aan de slag willen gaan.”
THEO VAN GELDER
Inl.: Elincom electronics, Klaverbaan 101-103, 2908 KD Capelle a/d IJssel, tel.: (010) 2640270, fax: (010) 2640275, e-mail: info@elincom.nl