DE HOND MET JEUK DIAGNOSTISCHE WORK-UP case: GUCCI Intervisie Delft 26 maart 2013 Jacqueline Sinke.
Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke
-
Upload
wimcsinke -
Category
Technology
-
view
83 -
download
2
description
Transcript of Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke
![Page 1: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/1.jpg)
www.ecn.nl
Zonne-energie van niche naar impact Kansen en uitdagingen van grootschalige zonnestroom
Wim Sinke
ECN Solar Energy, UvA, TKI Solar Energy &
European Photovoltaic Technology Platform
Solar PV 2050 Power Lab - 1
Utrecht
17 maart 2014
![Page 2: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/2.jpg)
over impact gesproken: http://www.sma.de/en/company
/pv-electricity-produced-in-germany.html
![Page 3: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/3.jpg)
Inhoud
• Bouwstenen en ingrediënten – veel keus en meer onderweg
• Hoge ambities; kansen en uitdagingen – van niche naar impact: wat betekent dat en wat is ervoor nodig?
– drievoudige integratie
– kansen voor de industrie
• En dit is nog maar het begin… – de toekomst in vogelvlucht
3
![Page 4: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/4.jpg)
Inhoud
• Bouwstenen en ingrediënten – veel keus en meer onderweg
• Hoge ambities; kansen en uitdagingen – van niche naar impact: wat betekent dat en wat is ervoor nodig?
– drievoudige integratie
– kansen voor de industrie
• En dit is nog maar het begin… – de toekomst in vogelvlucht
4
![Page 5: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/5.jpg)
First Solar HyET Solar Manz Solar
Zonnecellen en -panelen Commercieel
5
Wafer-silicium (marktaandeel 90%) - monokristallijn - multikristallijn + quasi mono
Paneelrendementen 14 22%
Toyota Prius Stad van de Zon (NL)
Concentrator (marktaandeel <1%) - gestapelde “III-V” cellen - wafer-silicium
Paneelrendementen 25 33%
Abengoa/Concentrix FhG-ISE
Dunne films (marktaandeel 10%) - cadmiumtelluride (CdTe) - koper-indium/gallium-diselenide/sulfide (CIGS) - silicium
Paneelrendementen 7 14%
![Page 6: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/6.jpg)
Zonnecellen en -panelen Marktaandelen commerciële technologieën
![Page 7: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/7.jpg)
Nieuwe ontwikkelingen Laboratorium en proefproductie
• super-hoog-rendement concepten (nanotechnologie aan de km2)
– volledig gebruik van alle kleuren licht (optimaliseer cel of pas lichtspectrum aan)
– geavanceerd lichtmanagement & concentratie van licht
• super-lage-kosten concepten & technologieën voor nieuwe toepassingen
– zeer snelle en niet-vacuüm fabricageprocessen
– goedkope materialen & laag materiaalgebruik
7
Voorbeeld: spectrumconversie met
quantum dots (UvA)
Voorbeeld: organische zonnecel (Solliance)
Voorbeeld: lichtmanagement met nanopatroon
(AMOLF)
![Page 8: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/8.jpg)
![Page 9: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/9.jpg)
www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg
![Page 10: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/10.jpg)
www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg
![Page 11: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/11.jpg)
www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg
![Page 12: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/12.jpg)
Rendement commerciële panelen Selectie; verleden + korte-termijn toekomst
wafer Si IBC
wafer Si IBC
wafer Si mono wafer Si HIT
wafer Si multi CdTe
CIGS
tf a/µcSi
tf aSi
wafer Si IBC
M.J. de Wild-Scholten SmartGreenScans
![Page 13: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/13.jpg)
Rendementen commerciële panelen Verwachte ontwikkeling op langere termijn
![Page 14: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/14.jpg)
Towards and beyond 25% 1-sun
module efficiency at competitive cost
• Bring wafer-silicon technology to perfection (to 25%) – ST/MT – reduce process complexity and cost of current high-end technologies
– combine key features of current high-end technologies (e.g. rear hetero-junction, rear contact)
– use ultra-thin wafers + advanced light management
• Combine the best of two worlds (beyond 25%) - MT – high-efficiency wafer-silicon + wide-gap (or low-gap) thin-film technology (one-sun
tandems)
• Novel routes (to and beyond 25%) - MT/LT – high-efficiency wafer-silicon + spectrum converters
– other multi-gap approaches (bulk thin films, quantum dots, nanowires, etc.)
– other high-efficiency approaches ( multi carrier, hot carrier, intermediate band, etc.)
14
![Page 15: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/15.jpg)
Technology evolution in (1 sun)
wafer-based and thin-film PV
front junction, front & rear
contacts (monofacial or
bifacial)
glass-based for mainstream applications
(inorganic)
typical module
efficiency range / TRL
wafer silicon based
thin film
typical module
efficiency range / TRL
17-21% 20-23% 22-25% 25-30% 30-35+% TRL 7-9 TRL 5-8 TRL 3-5 TRL 2-3 TRL 1-2
front junction, rear contacts (monofacial)
MWT
rear junction, rear contacts (monofacial)
IBC
glass- and foil-based for mainstream applications
(inorganic / organic)
wafer silicon (IBC) + thin-film
hybrids (3/4-terminal
tandems)
(10) 12-15% (5) 12-20% 25-30% 20-35+% TRL 7-9 TRL 3-6 TRL 2-3 TRL 1-3
wafer-silicon + thin-film
multi-junctions
all thin-film multi-junctions
![Page 16: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/16.jpg)
Technology evolution in (1 sun)
wafer-based and thin-film PV
front junction, front & rear
contacts (monofacial or
bifacial)
glass-based for mainstream applications
(inorganic)
typical module
efficiency range / TRL
wafer silicon based
thin film
typical module
efficiency range / TRL
17-21% 20-23% 22-25% 25-30% 30-35+% TRL 7-9 TRL 5-8 TRL 3-5 TRL 2-3 TRL 1-2
front junction, rear contacts (monofacial)
MWT
rear junction, rear contacts (monofacial)
IBC
glass- and foil-based for mainstream applications
(inorganic / organic)
wafer silicon (IBC) + thin-film
hybrids (3/4-terminal
tandems)
alternatives: bifacial,
heterojunction
alternatives: flexible (for
specials)
alternatives: bifacial, ultra-thin + LM,
heterojunction
alternatives: ultra-thin + LM, heterojunction,
spectrum converters
alternatives: semi-transparent, colored, etc. for specials,
thin-film tandems and hybrids (3/4 terminal tandems)
alternatives: spectrum converters
alternatives: ultra-thin + LM,
spectrum converters
(10) 12-15% (5) 12-20% 25-30% 20-35+% TRL 7-9 TRL 3-6 TRL 2-3 TRL 1-3
wafer-silicon + thin-film
multi-junctions
all thin-film multi-junctions
![Page 17: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/17.jpg)
Silicon wafer based tandems
17
![Page 18: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/18.jpg)
Commercial module efficiencies History + long-term projections (simplified estimates)
![Page 19: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/19.jpg)
Nanotechnology for high-efficiency PV:
finding the way in a jungle of options
19
![Page 20: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/20.jpg)
Example: advanced light management
to cross the 25% efficiency barrier for silicon
20
![Page 21: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/21.jpg)
Example: spectrum shaping to boost
efficiency (“add-on” to solar cells)
21 Courtesy: Tom Gregorkiewicz (Univ. of Amsterdam)
![Page 22: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/22.jpg)
Commercial module efficiencies History + long-term projections (simplified estimates)
![Page 23: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/23.jpg)
Inhoud
• Bouwstenen en ingrediënten – veel keus en meer onderweg
• Hoge ambities; kansen en uitdagingen – van niche naar impact: wat betekent dat en wat is ervoor nodig?
– drievoudige integratie
– kansen voor de industrie
• En dit is nog maar het begin… – de toekomst in vogelvlucht
23
![Page 24: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/24.jpg)
Zonne-energie mondiaal Cumulatief geïnstalleerd vermogen
24
![Page 25: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/25.jpg)
Zonne-energie in Nederland Cumulatief geïnstalleerd vermogen
25
2013: 700 MWp? (0.5% van totaal elektriciteits- gebruik)
![Page 26: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/26.jpg)
Zonnestroom mondiaal Impact op lange termijn – IEA scenario “Testing the limits”
= 40.000 km2 moduleoppervlak @ 30% rendement
![Page 27: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/27.jpg)
Zonne-energie mondiaal Impact op lange termijn – Shell Lens Scenario “Oceans”
![Page 28: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/28.jpg)
Impact met zonnestroom Wat zijn de uitdagingen?
• Concurrerende opwekkosten (typisch 0.05 €/kWh) 0,5 1 €/Wp turn-key systeemprijzen (incl. marges)
• Integrale kwaliteitsborging
• Van hernieuwbaar naar volledig duurzaam
• Integratie in elektriciteitsnet, omgeving en economie
![Page 29: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/29.jpg)
Leercurve zonnepanelen Effecten van volume en innovatie
29 Fraunhofer ISE (2013)
![Page 30: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/30.jpg)
30 Fraunhofer ISE (2013)
2020
Leercurve zonnepanelen De markt is zijn tijd vooruit
![Page 31: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/31.jpg)
Ontwikkeling systeemprijzen (Duitsland)
31
![Page 32: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/32.jpg)
Concurrentiepositie zonnestroom Kleine en grote systemen (instraling 1000-1200 kWh/m2/jaar)
32
![Page 33: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/33.jpg)
Grid parity zonnestroom Huishoudens NL (verbruik 3500 kWh/jaar)
33
![Page 34: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/34.jpg)
Grid parity zonnestroom Klein commercieel NL (verbruik 50.000 kWh/jaar)
34
![Page 35: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/35.jpg)
Long-term potential for cost & price
reduction (Global Energy Assessment, 2012)
35
![Page 36: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/36.jpg)
Duurzaamheid: materialen Nog geen consensus
36 36
![Page 37: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/37.jpg)
Kwaliteit op alle niveaus Voorwaarde voor grootschaligheid
• Alle niveaus en aspecten: componenten, systemen, installateurs, productieprocessen, etc.
• Behoefte aan informatie, coördinatie en communicatie (certificaten, labels, garanties, etc.)
• Hoge prioriteit in onderzoek en bedrijven
37
![Page 38: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/38.jpg)
Inhoud
• Bouwstenen en ingrediënten – veel keus en meer onderweg
• Hoge ambities; kansen en uitdagingen – van niche naar impact: wat betekent dat en wat is ervoor nodig?
– drievoudige integratie
– kansen voor de industrie
• En dit is nog maar het begin… – de toekomst in vogelvlucht
38
![Page 39: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/39.jpg)
Netintegratie Duitsland verkent (en verschuift) de grenzen
39
M. Lippert,
SAFT
Bron: Fraunhofer ISE
(2013)
![Page 40: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/40.jpg)
Bijdrage zonnestroom op lange
termijn (scenario’s Duitsland)
40
15-30% PV
Bron: Fraunhofer ISE
(2013)
![Page 41: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/41.jpg)
Integratie in de omgeving Esthetiek: alleen technologie
41 41
![Page 42: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/42.jpg)
Integratie in de omgeving Esthetiek: technologie ontmoet ontwerp
42 42
RidderSolar
![Page 43: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/43.jpg)
Integratie in de omgeving Maatschappelijk draagvlak is geen vanzelfsprekendheid
Not in my backyard / Not on my roof / Not in my nature
43
![Page 44: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/44.jpg)
Maatschappelijke integratie Draagvlak is geen vanzelfsprekendheid
44 44
Oh my God, please help our country and send us a terrific and destructive hailstorm!
Bron: Michael Marčák
![Page 45: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/45.jpg)
Inhoud
• Bouwstenen en ingrediënten – veel keus en meer onderweg
• Hoge ambities; kansen en uitdagingen – van niche naar impact: wat betekent dat en wat is ervoor nodig?
– drievoudige integratie
– kansen voor de industrie
• En dit is nog maar het begin… – de toekomst in vogelvlucht
45
![Page 46: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/46.jpg)
Herwaardering van de
maakindustrie in de VS en Europa
46
![Page 47: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/47.jpg)
Herwaardering van de
maakindustrie in de VS en Europa
Drivers
• Banen en omzet over de hele supply chain
(waarde PV sector 70100 G€ per jaar)
• Uitstekende kennispositie te gelde maken
• Voorkomen van nieuwe vorm van energieafhankelijkheid
47
![Page 48: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/48.jpg)
Wat maakt productie van
zonnepanelen goedkoop?
48
![Page 49: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/49.jpg)
Productie in alle delen van de wereld?
49
![Page 50: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/50.jpg)
Inhoud
• Bouwstenen en ingrediënten – veel keus en meer onderweg
• Hoge ambities; kansen en uitdagingen – van niche naar impact: wat betekent dat en wat is ervoor nodig?
– drievoudige integratie
– wat kan de chemische industrie ermee?
• En dit is nog maar het begin… – de toekomst in vogelvlucht
50
![Page 51: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/51.jpg)
De toekomst in vogelvlucht (afgeronde getallen)
51
Nu 2020 Langetermijn
potentieel
Paneelrendement (%)
722 1025 2050
Turn-key systeemprijs
(€/Wp)
13
0.82
0.51
Opwekkosten NL
(LCoE, €/kWh)
0.100.30
0.080.20
0.050.10
Energieterugverdientijd NL (jr) 12 0.51 0.250.5
Opgesteld vermogen wereld (TWp) 0.1 0.51 10-50
![Page 52: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/52.jpg)
De toekomst in vogelvlucht (afgeronde getallen)
52
Nu 2020 Langetermijn
potentieel
Paneelrendement (%) 520 / 2530
(Si: 1220)
1025 / 3035
(Si: 1624)
2040+
(Si: 2030+)
Turn-key systeemprijs
(€/Wp)
1.25
0.83
0.61.5
Opwekkosten NL
(LCoE, €/kWh)
0.060.50
0.040.30
0.030.15
Energieterugverdientijd NL (jr) 0.52 0.251 0.250.5
Opgesteld vermogen wereld (TWp) 0.1 0.51 10-50
x 23
x ½⅓
x 100+
![Page 53: Solar PV 2050 Power Lab 17 03 2014 Sinke](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052412/5595f9901a28abb9548b45ad/html5/thumbnails/53.jpg)
53 Stad van de Zon, Gemeente Heerhugowaard, NL (foto KuiperCompagnons)