1.2. Soorten PV-panelen (Spectrum Solar, s.d., Energids, 2012)

Het materiaal dat momenteel het vaakst wordt gebruikt om zonnecellen te produceren, is silicium. Dat materiaal kan in drie vormen voorkomen: monokristallijn silicium, polykristallijn (of multikristallijn) silicium, en amorf silicium.

Deze verscheidenheid aan materiaaltypes levert zonnepanelen op waarvan het type, de prijs, de levensduur en het rendement verschillen. Zo zijn er zonnepanelen van de eerste generatie. Deze maken gebruik van monokristallijn of polykristallijn silicium (rendement van 12 tot 19 %).

De zonnepanelen van de tweede generatie bestaan uit dunnelaag- of dunne-film zonnecellen van amorf silicium. Die benaming geldt ook voor de zonnepanelen op basis van andere materialen die recenter op de markt zijn gekomen: CIS (koper-indium-selenium), CIGS (koper-indium-gallium-selenium), en CdTe (cadmiumtelluride).

De bijzonderheid van de tweede generatie is dat ze gebruik maakt van fijne halfgeleiderlagen (“thin films”). Dat verklaart waarom deze panelen minder duur en esthetischer zijn, maar ook een lager rendement hebben (van 5 tot 11 % lager rendement t.o.v. de eerste generatie).

De zonnepanelen van de derde generatie zijn ondermeer ontwikkeld met polymeer zonnecellen, quantum-dots, dye-sensitized zonnecellen en nanoantennes. Bij de derde generatie zonnepanelen is sprake is van een nog lichter materiaal. Van de derde generatie zonnepanelen zijn de polymeer zonnecellen bij het grote publiek bekend als plastic zonnecellen.

Monokristallijn silicium panelen

Monokristallijne panelen gebruiken kristallijn silicium, een basis halfgeleidermateriaal. Kristallijn silicium wordt geproduceerd in grote platen die in een bepaalde grootte kunnen worden gesneden en gebruikt kunnen worden als één grote cel in een paneel. Metaalstroken over de gehele cel geleiden de elektronen uit de cellen in een elektrische stroom. Monokristallijne panelen zijn duurder om te produceren dan de polykristallijne panelen. De monokristallijne varianten zijn echter zeer efficiënt en zijn als gevolg daarvan vaak meer kosteneffectief op de lange termijn. Monokristallijn panelen hebben typisch een efficiëntie van 15-18 %, hetgeen betekent dat voor elke eenheid van zonne- energie die de cel raakt, het paneel 15-18 % van deze zonne-energie kan converteren in elektrische energie.

Polykristallijn silicium panelen

Polykristallijne of multikristallijn fotovoltaïsche maken gebruik van een reeks cellen in plaats van de enkele grote cel die gebruikt wordt in de monokristallijne panelen. Het nadeel van deze panelen is dat zij per oppervlakte-eenheid een lager rendement (12-14%) hebben in vergelijking met monokristallijne panelen. Er zijn verschillende soorten polykristallijne panelen: ‘Cast Polysilicium’, ‘String Ribbon Silicium’, ‘Amorf silicium of Thin Film Panels’.

Groep III–V – technologieën

De naam van deze technologieën is afkomstig van hun grondstoffen, die in het periodiek systeem gegroepeerd zijn als groep III en groep V elementen. Groep III-V technologieën zijn zeer effectieve, maar dure fotovoltaïsche technologieën. De technologieën maken gebruik van verschillende materialen met hoge conversierendementen van meestal rond 25%. Een typisch materiaal dat in deze technologie gebruikt wordt, is galliumarsenide, dat gecombineerd wordt met andere materialen om halfgeleiders te produceren die kunnen reageren op verschillende soorten zonne-energie. Hoewel deze technologieën zeer effectief zijn, is het huidige gebruik ervan beperkt als gevolg van hun hoge kostprijs. Ze worden voornamelijk gebruikt in ruimtevaarttoepassingen.

Gebouwgeïntegreerde fotovoltaïsche panelen (BIPV)

BIPV-technologieën dienen het tweeledige doel om enerzijds elektriciteit te produceren en anderzijds als een bouwmateriaal te fungeren. Een bepaalde type BIPV integreert semitransparant lagen amorf silicium in glas, dat gebruikt kan worden gebruikt als een vensterruit dat zonlicht in een gebouw binnen laat en tegelijk elektriciteit produceert. Een andere toepassing is het gebruik van fotovoltaïsche panelen met de grootte van grind als dakbedekking. Momenteel hebben BIPV-technologieën meestal een zeer lage efficiëntie, maar ze zijn inzetbaar in plaats van andere bouwmaterialen en zijn beschikbaar in een breed scala van esthetische mogelijkheden.

Concentratorsystemen

Een mogelijke piste om de kost van fotovoltaïsche energieopwekking te verlagen, is door de zonneceloppervlakte te verkleinen en het zonlicht hierop te concentreren met behulp van spiegels en lenzen. Voor deze systemen gebruikt men zonnecellen met een zeer hoog rendement. Het grootste nadeel van deze panelen is dat ze afhankelijk zijn van direct licht om elektriciteit te kunnen produceren, terwijl op zich zelf staande en werkende PV-panelen eveneens indirect licht kunnen valoriseren. Dit systeem is kortom voornamelijk rendabel in regio’s met zeer veel zon. De systemen an sich zijn wel iets goedkoper doordat zonnecellen zelf (die in dit geval in mindere mate nodig zijn) duurder zijn dan de lenzen en spiegels.

Hoge - efficiëntie multi-junctie apparaten

Multi-junctie apparaten gebruiken meerdere lagen zonnecellen waarbij elke laag bepaalde golflengten van de invallende zonne-energie absorbeert. In een typische opstelling reageert de bovenste fotovoltaïsche laag op de hoogenergetische kortegolfzonnestraling. De invallende zonnestralen met een langere golflengte worden gecapteerd door de onderliggende zonnecellen. In deze apparaten worden meestal materialen zoals galliumarsenide en amorf silicium gebruikt. Hoewel er al multi-junctie apparaten met succes zijn gebouwd, bevinden deze apparaten zich momenteel voornamelijk nog in het stadium van onderzoek en ontwikkeling.

Polymere zonnecellen (Luther et al., 2002; Zonnepanelen Energie, s.d.).

Een polymeerzonnecel is een type van flexibele zonnecellen, gemaakt van polymeren[1], die elektriciteit uit zonlicht maken door het fotovoltaïsch effect. Polymere zonnecellen zijn organische zonnecellen (ook wel "plastic zonnecellen" genoemd). Ze zijn een type van dunne film zonnecellen[2].

Vergeleken met siliciumgebaseerde panelen, zijn polymere zonnecellen licht (belangrijk voor kleine autonome sensoren), potentieel wegwerpbaar en goedkoop te fabriceren, flexibel en aanpasbaar op moleculair niveau. Het nadeel van polymere zonnecellen is hun (voorlopig) lagere rendement t.o.v. panelen o.b.v. harde materialen[3]. Ze zijn bovendien relatief gevoelig voor fotochemische afbraak.

Een organische zonnecel is gemaakt op basis van organische polymeren, kortom helemaal anders qua opbouw t.o.v. anorganische siliciumzonnecellen. Het proces om polymere zonnecellen te maken is goedkoper dan dat van siliciumzonnecellen. Een organische zonnecel bestaat uit een combinatie van polymeren en koolstof in de vorm van nanobuisjes en fullerenen. Deze twee liggen in een golvend patroon naast elkaar. Bij bestraling met zonlicht zullen de elektronen in het polymeer opgewekt worden. In de fullerenen zullen ze worden opgevangen en worden afgesnoerd via de nanobuisjes. De nanobuisjes werken als kleine geleiders die een groot vermogen aan elektronen aankunnen.

1.4. Hoeveelheden          

PV CYCLE, de vzw achter het pan-Europese PV-terugname- en recyclagesysteem, gaat ervan uit dat fotovoltaïsche (PV) panelen een technische levensduur van 30 jaar hebben. Een belangrijke deel van de PV-capaciteit werd pas in de jaren ’90 is geïnstalleerd. Bijgevolg verwacht PV CYCLE in Europa een aanzienlijk aantal afgedankte PV-panelen in de komende 10-15 jaar.

De voorspelling van de toekomstige hoeveelheid afgedankte PV-panelen hangt af van een aantal factoren. De belangrijkste factoren die de hoeveelheid geproduceerd afval beïnvloeden zijn transportschade, installatieschade, gevallen van garantie en de PV-panelen op het einde van hun levensduur.

Momenteel hebben slechts 1% van alle ingezamelde fotovoltaïsche (PV) modules effectief het einde van hun levensduur bereikt. De meeste ter verwerking verzamelde PV-modules hebben transport- of installatieschade als reden van verwerking (PV CYCLE, 2013a).

Figuur 1: Absolute hoeveelheid verwerkte afgedankte PV-panelen in periode 2010-2013 (PV CYCLE, 2013b).

Figuur 2: Percentuele verdeling van het totaal door PV CYCLE behandelde afgedankte zonnepanelen, per PV-technologie (PV CYCLE, 2013b).