Zonnepanelen kunnen we zelf produceren

Innovaties zijn nodig om zonnestroom de hoofdrol te laten spelen in de energietransitie.

SolarNL

Om grootschalige productie van zonnecellen en modules in Europa – met een sterke Nederlandse inbreng – mogelijk te maken, is in Nederland gestart met een groot consortium. Onder de naam SolarNL werken Nederlandse zonnebedrijven, TNO, kennisinstituut AMOLF, zes universiteiten en enkele hogescholen samen. Dit consortium heeft als doel om de gehele productieketen op Europese bodem op te zetten en daarbij aan het eind van de rit 7 GWp productiecapaciteit in Nederland geïnstalleerd te hebben.
Ter vergelijking: de Europese Commissie heeft als doelstelling om in 2030 40 procent van de Europese pv-markt door Europese producenten te laten beleveren; dit zou minimaal 30 GW jaarlijkse capaciteit door de hele waardeketen inhouden. In totaal heeft het consortium hiervoor ruim 900 miljoen euro beschikbaar, waarvan een in de zomer toegekende Groeifondssubsidie van 312 miljoen euro.
Het programma gaat begin dit jaar van start met drie programmalijnen:
1. Ontwikkeling van hoogrendement siliciumcellen op basis van heterojunctie technologie en bouw van een eerste grootschalige 3GW silicium-HJT-celfabriek.
2. Ontwikkeling van flexibele perovskiet folies: de meest veelbelovende en printbare dunne filmtechnologie en een technologie waarin Nederland koploper is.
3. Op maat gemaakte zon-pv en zeer hoogrendement ‘tandemtechnologie’. Deze programmalijn richt zich op pv-producten die esthetisch zijn te integreren in de gebouwde omgeving, infrastructuur en voertuigen om zo nog meer oppervlak in te zetten voor pv.

‘Snel aan de slag om te zorgen dat investeerders en mankracht zich niet richten op de VS en India’

Europese stand van zaken

Een van de bedrijven die serieus met het opzetten van productieketens aan de slag gaat is MCPV als onderdeel van de Resilient Group. Marc Rechter, medeoprichter en ceo: ‘We zijn in 2020 begonnen met MCPV en hebben de doelstelling om in de komende tien jaar (tot 2030) 15 GW aan cel- en moduleproductie op te bouwen. Niet alleen in Nederland, maar ook in Duitsland, Spanje en mogelijk ook Noord-Afrika.’
De redenen die het bedrijf noemt om juist nu met dit project te straten, liggen in lijn met de eerdere uitspraken van Harald Kerp. Er is ten eerste een noodzaak om goede pv-producten te produceren in het kader van de energietransitie en tevens de afhankelijkheid van landen als China sterk te reduceren. Daarbij hebben verschillende ontwikkelingen duidelijk gemaakt dat het belangrijk is om dit in Europa te doen. Zo toonde Covid aan hoezeer toeleverketens onder druk kunnen komen te staan en heeft de invasie in Oekraïne door Rusland onze ‘energy security’ overhoopgehaald.
Rechter: ‘Maar er zijn meer redenen om juist nu met pv aan de slag te gaan. Bijvoorbeeld de ontwikkelingen in de celtechnologie: pv is de afgelopen twintig jaar 97-98 procent goedkoper geworden, wat voor een belangrijk deel te maken heeft met de opschaling in China. Daar mogen we China wat dat betreft dankbaar voor zijn. In Nederland lopen we echter voor wat betreft de celtechnologie zelf. Zo verhogen we elk jaar de efficiëntie waarmee de cellen zonlicht omzetten in elektrische energie. Dat moeten we vooral doorzetten. Op dit moment zijn er vier technologieën met een hoge potentie waarvan heterojunctie technologie – waar wij ons op richten – de belangrijkste is.’

SolarNL gaat dit jaar van start en omvat drie programmalijnen.

Snelheid

Europa moet wel snel aan de slag. Zo loopt Amerika voor met de door president Biden getekende US Inflation Reduction Act en zijn ook andere grootheden als India op dit gebied bezig. Europa schakelt echter al met onder meer de TCTF regulation (temporary crisis and transition framework) die door de Europese Commissie is goedgekeurd en bedoeld is om steunmaatregelen in belangrijke sectoren voor de overgang naar een ‘netto nul’-economie te stimuleren. Ook wordt er gewerkt aan de NZIA (net-zero industries act) en bestaat er een CRMA (critical raw materials act) die zich richt op het opschalen en het winnen van de benodigde grondstoffen in Europa.
Rechter: ‘Als we kijken naar de grondstoffen die nodig zijn voor pv-panelen dan staan we er goed voor. Alle grondstoffen voor zowel cel als glaskant én de benodigde technologieën om deze grondstoffen (hoofdzakelijk kwartszand) te verwerken, zijn in Europa beschikbaar. We hebben dus alleen een schaalvergroting nodig en dan vooral in de upstream: dus de productie van cellen, wafers, ingots, glas en polysilicon. Wanneer we celproductie kunnen garanderen, dan kunnen we ook de afname van deze producten garanderen aan onze toeleveranciers. Zij kunnen op hun beurt weer investeren om ervoor te zorgen dat ze op tijd met de juiste prijs en kwaliteit kunnen toeleveren. Wanneer we in staat zijn de celproductie op te schalen, dan kunnen we de upstream garanderen en de downstream de-risken. En dat kunnen we daadwerkelijk, want er is veel kennis in Europa, zowel met betrekking tot R&D als de maakindustrie. Maar we moeten daar wel snel mee aan de slag om te ervoor te zorgen dat zowel investeerders als mankracht hun interesse in Europa behouden en zich niet richten op de VS en India.’
Met haar activiteiten opereert het bedrijf vooral in de eerste programmalijn: het opschalen van hoogrendement celproductie tot 3 GW. Daarnaast wordt ook een aandeel geleverd aan de derde programmalijn die zich richt op integratie van pv in andere producten. Dit is onder meer mogelijk met tandemtechnologieën waar heterojunctiecellen als geschikte bodemcel kunnen functioneren. In 2024 start het bedrijf met de bouw van de eerste 300 MW pilot-lijn die in 2025 in productie gaat. Tegelijkertijd wordt in 2025 gewerkt aan de opbouw van de eerste 1 GW-lijn die in 2026 moet gaan draaien. Rechter: ‘Eind ‘26 of begin ‘27 willen we de volledige 3 GW fabriek draaiende hebben om deze vervolgens te repliceren in zowel Nederland als in andere landen met vraag. Uitdagingen liggen onder meer in het vinden van voldoende gekwalificeerde medewerkers.’

Laser voor perovskiet zonnemodule (onderzoek bij TNO).

Pv-integratie

De derde programmalijn richt zich op de integratie van pv met behulp van massamaatwerk (mass customization) als deeloplossing om voldoende pv-capaciteit in Nederland te realiseren tot 2050. Er zijn verschillende redenen te benoemen om te investeren in dit thema. Ten eerste maakt geïntegreerde pv het mogelijk om praktisch elk oppervlak te gebruiken voor het produceren van elektrische energie uit zonlicht. Verder maakt massamaatwerk kosteneffectieve oplossingen mogelijk die bovendien veelal in prefab onderdelen worden ondergebracht. Deze worden weer vaak dichtbij de gebruiker of verwerker geproduceerd.
Marc Koetse, TNO-expert op het gebied van massamaatwerk-technologie en tevens programmacoördinator: ‘Bij geïntegreerde pv moet je wel op een andere manier gaan kijken naar de opwekking van zonne-energie. Pv wordt hierdoor namelijk een functionaliteit in een ander product, een soort halffabricaat of add-on, en moet niet worden beschouwd als het hoofdproduct zoals dit bij een los pv-paneel wel het geval is.’
De verwijzing naar halffabricaten is een belangrijke. Het product pv-paneel is namelijk uitsluitend als standaard beschikbaar. Een afwijkende kleur, vorm of andere aanpassing is eigenlijk niet mogelijk of alleen tegen een behoorlijke meerprijs. Toch is ook hier ‘op maat’ produceren mogelijk door gebruik te maken van halffabricaten die (geautomatiseerd) worden vervaardigd met massafabricage-technologieën en deze te integreren in bestaande producten. De kunst is het om een halffabricaat zodanig te maken dat de producent van het product waarin de pv wordt geïntegreerd deze eenvoudig kan meenemen in zijn bestaande productieproces en met zijn bestaande machines.
Koetse: ‘Dit vraag nog de nodige ontwikkeling, want je hebt ook nog rekening te houden met esthetiek, duurzaamheid, veiligheid, betrouwbaarheid en levensduur: de pv moet immers wel functioneel blijven gedurende de gehele levensduur van het product.’

Fraaie geveloplossing waarin pv is geïntegreerd.

Juiste combinatie

Koetse ziet geïntegreerde pv als aanvulling op de manier waarop we op dit moment energie uit zonlicht produceren en níet als vervanging van de markt. ‘Ik denk dat je beiden nodig hebt om die enorme hoeveelheden duurzame energie te kunnen produceren die noodzakelijk zijn in het kader van de energietransitie. Uiteindelijk ga je kiezen voor de cel die het meest geschikt is voor het product waarin de pv geïntegreerd moet worden. Heb je hoge efficiëntie nodig? Dan kom je op heterojunctie technologie. Heb je iets nodig wat flexibel is? Dan zijn printbare perovskiet cellen of andere dunnefilm technieken een logische keuze. Je kunt ook technologieën combineren tot zogenaamde tandemcellen waarmee je tot echt een heel hoge efficiëntie kunt komen.’
Praktisch gezien wordt in deze programmalijn gewerkt met een combinatie van zowel roll-to-roll techniek (disruptief) als sheet-to-sheet. Daarbij ontwikkelt TNO technologieën zodanig dat de maatvoering is te variëren terwijl een batch wordt gerund, maar ook de elektrische eigenschappen zijn te variëren op basis van het product. Tevens is te denken aan variaties in kleur, vorm, grootte enzovoort.
Koetse: ‘Er worden inmiddels al testen uitgevoerd op onze pilotlijn in Eindhoven waar roll-to-roll technieken worden toegepast in combinatie met pick&place robots en technologie. Hiermee kun je in één run verschillende maten laminaten maken zonder kostbare omsteltijden. We zitten daarmee op TRL 6 en 7; wanneer de pilotlijn de werking heeft aangetoond is ons werk gedaan en kunnen bedrijven ermee aan de slag.’ Samenvattend werkt TNO in het kader van de derde programmalijn aan halffabricaten die geautomatiseerd zijn te vervaardigen en naadloos zijn te integreren in de productieprocessen van andere producten.
‘Last but not least: er wordt ook aandacht besteed aan de recyclebaarheid van deze halffabricaten zodat een verantwoorde verwerking van het uitgefaseerde product na afloop van de technische of economische levensduur geen probleem is.’

Tekst: ing. Marjolein de Wit - Blok
Fotografie: TNO, Google maps

Meer weten over innovatieve technieken en ontwikkelingen?
Meld u dan nu aan voor onze gratis nieuwsbrief.