Zonnecellen voor consumentenproducten en toepassingen binnenshuis
Uitkomsten explorerend onderzoek S.Y. Kan (TUD)
Download the full English edition of the report here.
Wereldwijd bestaat er steeds meer behoefte aan elektriciteit voor huishoudelijk gebruik, voor toepassing in consumentenelektronica, binnens- en buitenshuis. Zonne-energie (photovoltaische energie, PV) kan een belangrijke rol spelen in het voorzien in deze behoefte op een duurzame manier. Het onderhavige onderzoek heeft aangetoond dat als PV-systemen ten behoeve van gecombineerd gebruik voor consumenten én professionele situaties binnens- en buitenshuis integraal (conversie, opslag en gebruik) worden benaderd, zij een grote bijdrage kunnen leveren aan de energietransitie.
Een eerste stap was om de haalbaarheid van PV voor binnenshuis gebruik te onderzoeken in verband met het benodigde daglicht. De onderzoekers hebben literatuuronderzoek gedaan en interviews met experts en productontwikkelaars afgenomen. Van alle beschikbare PV-technologie zijn de ‘high grade Si-‘cellen, ‘Dye sensitized’-cellen en sommige speciale ‘a-Si’-cellen het meest geschikt voor de lage lichtniveaus die binnenshuis optreden, omdat ze ondanks het weinig licht toch efficiënt blijven werken. Het gebruik van batterijen met een zogenoemd geheugen-effect moet worden vermeden omdat de energie afneemt door het steeds opladen; hiervoor zijn al verschillende alternatieven.
Synergie kan volgens de onderzoekers worden verkregen in gecombineerde conversie-opslag-systemen door het opslagmedium te gebruiken als ‘integrator’ en ‘vertrager’ in de tijd. Zelfs in de winter bij daglichttoetreding uit het noorden zal volgens berekeningen met een herontwerp van de nieuwste generaties mobiele telefoons binnenshuis bellen op zonne-energie mogelijk worden. Een van de voordelen is dat zelfs bij een grote stroomstoring in het normale elektriciteitsnet dit soort apparaten blijven functioneren, wat een unieke toegevoegde waarde oplevert voor consumenten.
Het binnenshuis gebruik van PV is nu nog beperkt tot apparaten met een vermogen van maximaal 5 Watt. Als energieopslag deel gaat uitmaken van de energieconsumptieketen, wordt een vermogen van een paar honderd Watt mogelijk, gesteld dat de gebruiksfrequentie laag genoeg is om de opslagmedia zich opnieuw te laten opladen.
Het segment van professionele toepassingen van PV groeit. Op het eerste gezicht lijkt het energieverlies bij standby- en niet-laden-gebruik bij consumentengoederen en professionele apparaten verwaarloosbaar. Er kan een aanzienlijke energiebesparing (meer dan 50%) worden gerealiseerd door PV binnenshuis toe te passen bij apparaten die normaal voor dit soort energieverlies zorgen. De casestudies laten ook een positieve ecologische terugverdientijd zien voor ‘Synergie-producten’, zeker als wordt uitgegaan van verbeterde PV-technologie. Wel is het nog een uitdaging voor het productontwerp om uit te vinden wat de beste plaats is voor de converter in de apparaten; het product moet gemakkelijk te verplaatsen zijn en niet uit de toon vallen in het interieur. Hiervoor is meer onderzoek nodig. Ook is meer onderzoek nodig om een oplossing te vinden voor de discrepantie tussen de levensduur van de PV-techniek zelf en die van de batterijen of zelfs van het totale product.
De onderzoekers hebben aangetoond dat het milieu wint bij dit soort producten en dat zij een grote rol kunnen spelen in de energietransitie. Nu is een aantal experimenten nodig voor binnens- en buitenshuis gebruik van PV-apparaten, waaronder normaal consumentengebruik. In het programma 'SYN-Energy: The application of photovoltaic (PV) cell energy storage combinations as power sources in consumer and professional products at both outdoor and indoor utilizations' is de thematiek verder onderzocht.