Dunne films hebben veelbelovende vooruitzichten vanwege hun efficiënte materiaalgebruik, compacte vorm en potentieel voor prestatieverbetering. Ze hebben hun plaats in de energiemarkt, maar recente innovaties hebben geleid tot belangrijke vooruitgangen in zowel gevestigde als nieuwe technologieën. Fotovoltaïsche (PV) systemen zijn afhankelijk van voortdurende innovaties in de gehele waardeketen – van materialen, via apparaten en productieprocessen, tot systemen, normen en beleidsmaatregelen. Er is echter een aanzienlijk potentieel om de rol van PV verder uit te breiden, met name buiten de huidige nadruk op de energiemarkt. De bezorgdheid over landgebruik is bijvoorbeeld afgenomen door de implementatie van slimme “agrivoltaïca,” waarin PV-energieproductie ook de gewasproductie kan verbeteren, en “drijvende PV” die gebruikmaakt van wateroppervlakten zoals dammen en meren.

De gebouwde omgeving biedt zowel uitdagingen als kansen om deze energie-intensieve sector om te vormen naar het gebruik van schone, hernieuwbare energie. Dit kan bijdragen aan de wereldwijde overgang naar een toekomst met 100% hernieuwbare energie. Het is echter van cruciaal belang om de prestaties van fotovoltaïsche systemen zorgvuldig te schatten, waarbij niet alleen lokale klimaatomstandigheden maar ook installatie- en onderhoudsvoorwaarden in overweging moeten worden genomen. Zonnestraling en omgevingstemperatuur zijn de klimatologische factoren die respectievelijk de uitgangsstroom en spanning van een fotovoltaïsch module beïnvloeden. Wind kan bijvoorbeeld zowel de module koelen als bijdragen aan het reinigen van het vuil dat zich op het oppervlak ophoopt, afhankelijk van de windrichting.

Voor gebouwen-integrated photovoltaics (BIPV) en gebouwtoepassingen van photovoltaïsche systemen (BAPV) moet er niet alleen aandacht zijn voor de beschikbare zonnestraling in een bepaald gebied, maar ook voor de installatieomstandigheden. Het is essentieel om de modules op een geschikte afstand van de ondergrond te plaatsen om een vrije luchtcirculatie mogelijk te maken, wat bijdraagt aan de koeling van de modules. Tevens moet er worden geïnstalleerd op plaatsen zonder schaduwwerking en met een adequate hellingshoek (> 5° zoals aanbevolen door fabrikanten) om de ophoping van vuil te minimaliseren.

Naarmate PV verder groeit als onderdeel van onze schone energietoekomst, wordt het steeds noodzakelijker om de aanwezigheid van PV in de gebouwde omgeving uit te breiden. Net zoals Brazilië opkomt als een belangrijke markt voor PV, zal het land ook een belangrijke rol gaan spelen in de toepassing van PV binnen de gebouwde omgeving. Dit is al zichtbaar in het PV-portefeuille in Brazilië, en het is te verwachten dat BAPV op korte termijn het consumentensegment zal domineren, terwijl BIPV zijn plaats zal vinden in commerciële en stedelijke omgevingen. Er is echter een aanzienlijk verschil tussen de huidige situatie en de toekomstige implementatie van BIPV en BAPV. Deze transformatie vereist aanzienlijke investeringen en de betrokkenheid van alle relevante sectoren. De samenwerking tussen PV-wetenschappers en ingenieurs met architecten en bouwkundig ingenieurs is essentieel om de beste beslissingen te nemen en de transformatie te versnellen.

De fabricage-industrie moet uitbreiden om producten te leveren die specifiek zijn ontworpen voor BIPV. Beleidsmakers moeten eveneens een belangrijke rol spelen om deze verandering in een redelijk tijdsbestek te realiseren. Dit zal een paradigmaverschuiving betekenen, waarbij de nadruk ligt op het combineren van architectonische waarde met hoge prestatie-eisen. De mogelijkheid voor deze transformatie bestaat.

Op dit moment vertegenwoordigen hernieuwbare energiebronnen ongeveer 29% van de wereldwijde elektriciteitsproductie, maar slechts zo'n 2% van de veel grotere vraag naar energie in de gebouwde omgeving. Dit is de cruciale snijvlak waar innovaties in PV-technologie en architectuur elkaar moeten ontmoeten. Er is zowel een beweging nodig richting energie-efficiëntie in de gebouwde omgeving als betere manieren om zonne-energie in deze energie-intensieve sectoren te integreren. Het belangrijkste doel voor de toekomst moet zijn om BIPV de verwachte norm te maken voor onze gebouwde omgeving. Deze verschuiving kan niet plaatsvinden door "business as usual," maar moet met spoed worden geïmplementeerd. De verandering is al begonnen.

Wat is de haalbaarheid van het gebruik van een BAPV-systeem in Iran?

In dit onderzoek werd een BAPV-systeem (Building Applied Photovoltaics) in Teheran geanalyseerd, waarbij de focus lag op zowel de technische als economische haalbaarheid van een PV-systeem op het dak van een woongebouw. De nominale capaciteit van het systeem was 19,5 kW, en de installatie werd verondersteld met een statisch ontwerp en verbonden met het elektriciteitsnet. Het doel was om te begrijpen hoe een dergelijk systeem presteert in de specifieke klimatologische omstandigheden van Teheran, een stad die geconfronteerd wordt met hoge energieverbruikscijfers, luchtvervuiling en een aanzienlijk zonne-energie potentieel.

Het onderzoek ging uit van gedetailleerde weergegevens op uurbasis, gecombineerd met een simulatie die de verwachte energieproductie van het systeem voor een heel jaar visualiseerde. De resultaten toonden aan dat de hoogste energieproductie zich voordeed in augustus, met een significante bijdrage van de zonne-straling. Bij het puur in acht nemen van de globale straling in juni zou de productie hoger lijken, maar de simulaties hielden rekening met alle weersgerelateerde invloeden. Dit toont de complexiteit van zonne-energieproductie, waarbij niet alleen de directe zonnestraling een rol speelt, maar ook schaduw, temperatuur en andere atmosferische factoren de opbrengst beïnvloeden.

De jaarlijkse energieproductie van het BAPV-systeem was aanzienlijk, met ongeveer 29.400 kWh die naar het elektriciteitsnet werd gestuurd. Dit resulteerde in een performance ratio (PR) van 75,6%, wat een goede indicator is voor de effectiviteit van het systeem. Desondanks wees de analyse op een vermindering van de energieproductie van meer dan 16% per jaar door schaduwwerking. Dit benadrukt het belang van de locatie en de installatie van zonnepanelen in omgevingen waar schaduwverliezen minimaal zijn om de rendementen te maximaliseren. Het systeem verminderde de CO2-uitstoot met 17.833 kg per jaar, wat aangeeft dat het een aanzienlijke bijdrage kan leveren aan het verminderen van de ecologische voetafdruk in stedelijke gebieden zoals Teheran.

Echter, de economische haalbaarheid van het project werd niet als positief beoordeeld. De net present value (NPV) was weliswaar positief (129.160,3 $), en de interne rentabiliteitsvoet (IRR) was met 21% aanzienlijk hoger dan de rentevoet van 18%. Dit suggereerde dat het project in theorie financieel levensvatbaar is. Toch was de payback period (PBT) met 8 jaar aan de lange kant, vooral in een context waarin de FIT (Feed-in Tarief) voor kleinere systemen lager was dan voor grotere systemen zoals in dit geval. Bovendien zou de kostprijs van de elektriciteit na het tiende jaar hoger zijn dan de marktprijs, wat de aantrekkelijkheid van de investering verder verzwakte.

De prijsstelling van de componenten in Iran speelt een cruciale rol in deze economische analyse. Door de afhankelijkheid van de wisselkoers zijn de kosten van PV-systemen in Iran aanzienlijk gestegen, ondanks wereldwijde prijsdalingen van fotovoltaïsche panelen. Dit werd verergerd door de recente economische instabiliteit in het land, veroorzaakt door de inflatie en de fluctuatie van de waarde van de lokale munt. De verhoging van de FIT in riyal heeft de situatie niet substantieel verbeterd, omdat de waarde van de lokale munt tegen de dollar of euro aanzienlijk gedaald is, waardoor de kosten in buitenlandse valuta nog steeds hoog blijven.

Voor de lezer is het belangrijk te begrijpen dat de lage elektriciteitsprijs voor consumenten in Iran een aanzienlijke factor is die de economische aantrekkelijkheid van investeringen in BAPV-systemen beïnvloedt. Zelfs met de gestegen FIT-waarden, blijft de kostprijs voor huishoudens aanzienlijk lager dan de productieprijs van zonnepanelen. Een geleidelijke aanpassing van energie-subsidies en een langzame maar systematische verhoging van de elektriciteitsprijzen zou de motivatie voor het opzetten van BAPV-systemen kunnen verhogen.

Verder moet worden opgemerkt dat de geschatte rendementen van de zonnepanelen sterk afhankelijk zijn van diverse factoren zoals locatie, weersomstandigheden en schaduwwerking. Voor een optimale prestatiestrategie is het noodzakelijk om het ontwerp van PV-systemen af te stemmen op de specifieke omstandigheden van de installatieplaats. Het beleid en de economische stabiliteit in Iran, evenals de flexibiliteit van de energieprijzen, spelen een essentiële rol in het succes van dergelijke projecten.

Wat is de rol van BIPVT-systemen in de verduurzaming van de Maleisische energiemarkt?

Het geïntegreerde fotovoltaïsche-thermische systeem (BIPVT) biedt aanzienlijke voordelen voor de verduurzaming van de Maleisische energiemarkt, vooral gezien de tropische klimaatkenmerken van het land. In dit klimaat, gekarakteriseerd door een constante temperatuur, frequent regenweer en een overvloed aan zonlicht, kunnen de gecombineerde systemen van zonne-energie en thermische energie een belangrijke bijdrage leveren aan zowel de vermindering van de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen als de vermindering van broeikasgasemissies. De toepassing van BIPVT in Maleisië kan de jaarlijkse consumptie van aardgas met 769 m3 verminderen, terwijl de bijdrage van de thermische en elektrische sectoren van dit systeem respectievelijk 266 en 503 m3 per jaar bedraagt. Bovendien verlaagt dit systeem de uitstoot van broeikasgassen met 3143 kg per jaar, waarvan de thermische en elektrische sectoren elk verantwoordelijk zijn voor een vermindering van respectievelijk 667 kg en 2476 kg per jaar.

De energieproductie van een BIPVT-systeem vertoont echter ook verliezen door degradatie van de zonnepanelen. De verliezen van de energetische opbrengst van de fotovoltaïsche panelen (PV) zijn significant, met een verlies van 7194 kWh over de levensduur van het systeem, wat resulteert in een financiële verliezen van 1922 MYR. Dit leidt tot een daling in zowel de netto contante waarde (NPV) als de winstgevendheid van het systeem, zoals te zien is in figuren 17 en 18 van de oorspronkelijke studie. In de loop van de 25 jaar van het systeem heeft het BIPVT-systeem een terugverdientijd van ongeveer 17 jaar, met een interne rente van 2,68%. Ondanks deze uitdagingen biedt het systeem een absoluut winstbedrag van 8388 MYR.

Het is echter belangrijk op te merken dat de systematische integratie van BIPVT in residentiële gebouwen in Maleisië als onderdeel van de bredere strategie voor duurzame energieproductie niet alleen voordelen biedt voor de vermindering van energiekosten en emissies, maar ook voor de verbetering van de energiezekerheid van het land. De strategische verschuiving naar hernieuwbare energie (RE) wordt ondersteund door een reeks beleidsmaatregelen die gericht zijn op de diversificatie van de brandstofmix, ondanks de trage voortgang van de implementatie van deze strategieën tot 2021. De regering heeft zich ten doel gesteld om tegen 2035 een aandeel van 40% van hernieuwbare energie in de nationale energiemix te bereiken, wat een aanzienlijke uitbreiding van zonne-energiecapaciteit met zich meebrengt.

Een belangrijke overweging is de balans tussen de initiatieven die door de Maleisische overheid worden genomen en de werkelijke participatie van de particuliere sector in de ontwikkeling van hernieuwbare energie. De groei van de BIPVT-markt en de bredere toepassing van zonne-energiesystemen kunnen sneller verlopen met meer actieve betrokkenheid van de private sector, evenals met verdere stimulansen en ondersteuning vanuit de overheid. Met een gemiddelde jaarlijkse zonnestraling die het land de mogelijkheid biedt om zonne-energie effectief te benutten, blijft zonne-energie de voorkeursoptie voor de Maleisische energiemix, vooral voor residentiële en commerciële toepassingen.

Het is daarnaast van cruciaal belang om de langdurige prestaties van BIPVT-systemen nauwkeurig te monitoren, vooral met betrekking tot de degradatie van de fotovoltaïsche panelen en de gevolgen hiervan voor de uiteindelijke kosten en opbrengsten van de systemen. Hoewel de initiële investering van BIPVT-systemen mogelijk uitdagend is voor een breed scala aan consumenten, kan de daling in operationele kosten en de positieve ecologische impact de economische voordelen op de lange termijn rechtvaardigen.

Wat zijn de belangrijkste uitdagingen en kansen voor de ontwikkeling van zonne-energie in Oman?

In Oman heeft zonne-energie de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt als een vitale bron van hernieuwbare energie. Dit heeft voornamelijk te maken met de overvloed aan zonneschijn, waardoor de regio zeer geschikt is voor de implementatie van zonne-energiesystemen. De Omani overheid heeft zich dan ook gecommitteerd aan het bevorderen van hernieuwbare energie, met name zonne-energie, als onderdeel van haar bredere strategie voor duurzame ontwikkeling.

De invloed van het klimaat op zonne-energiesystemen is in Oman een cruciaal aspect. Onderzoek toont aan dat de hoge temperaturen en de frequente zandstormen in het land aanzienlijke invloed kunnen hebben op de prestaties van fotovoltaïsche (PV) systemen. Studies van Kazem et al. (2020) en Kazem & Chaichan (2015) wijzen uit dat stofophoping op zonnepanelen de efficiëntie kan verminderen, wat een uitdaging vormt voor de duurzame prestaties van zonnepanelen in het noorden van Oman. Het gebruik van gespecialiseerde reinigingstechnieken en het ontwikkelen van stofbestendige technologieën voor zonnepanelen zijn daarom essentiële stappen om de prestaties van zonne-energiesystemen in de regio te waarborgen.

Er zijn echter ook veelbelovende ontwikkelingen. In een studie van Sharples en Radhi (2013) werd de technische en economische haalbaarheid van geïntegreerde fotovoltaïsche systemen (BIPV) in gebouwen in de Golfregio geëvalueerd. Dit type systeem biedt een dubbele functie, aangezien het zowel de energieproductie optimaliseert als de architectonische esthetiek van gebouwen verbetert. De toepassing van BIPV kan niet alleen bijdragen aan de energietransitie van Oman, maar ook aan de stedelijke ontwikkeling van het land, aangezien steeds meer gebouwen worden uitgerust met zonnepanelensystemen.

Oman heeft al verschillende grote zonne-energieprojecten uitgevoerd, zoals de ontwikkeling van het al-Dhahirah PV-project, dat 500 MW opwekt. Dit is een belangrijke stap in de richting van het bereiken van de nationale doelstellingen voor hernieuwbare energie. Volgens de Internationale Energieagentschap (IEA) is de vraag naar zonne-energie in Oman de afgelopen jaren toegenomen, mede door de aantrekkelijke financiële stimulansen en subsidies voor zowel particuliere huishoudens als bedrijven. Bovendien benadrukt de IRENA (2022) dat de Omani overheid zich richt op het diversifiëren van haar energiebronnen, met name door in te zetten op zon- en windenergie.

Daarnaast moeten we het belang van het verzamelen van nauwkeurige zonne-energiegegevens voor de planning en uitvoering van zonne-energiesystemen niet onderschatten. Organisaties zoals het Wereldbank en Solargis bieden gedetailleerde zonne-informatie die essentieel is voor het optimaliseren van de energieopbrengst van zonne-energiesystemen. Deze gegevens helpen niet alleen bij het verbeteren van de prestaties, maar spelen ook een sleutelrol bij het ontwikkelen van nieuwe technologieën die zijn afgestemd op de specifieke klimatologische omstandigheden van Oman.

Naast de technologische vooruitgangen en de overheidssteun zijn er echter ook structurele obstakels. De implementatie van zonne-energiesystemen wordt vaak belemmerd door een gebrek aan lokale kennis en ervaring op het gebied van zonne-energie-installaties. Opleiding en het aantrekken van internationale expertise kunnen belangrijke stappen zijn om de lokale capaciteit op dit gebied te versterken. De overgang naar een op zonne-energie gebaseerde economie vereist tevens substantiële investeringen in infrastructuur en netwerken. Het versterken van de samenwerking tussen de publieke en private sector kan daarbij van cruciaal belang zijn.

Een ander belangrijk aspect is de economische haalbaarheid van zonne-energieprojecten in Oman. Het gebruik van zonne-energie biedt aanzienlijke voordelen op de lange termijn, zoals lagere energiekosten en verminderde afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. Echter, de initiële investering in zonne-energiesystemen kan voor veel bedrijven en huishoudens een struikelblok vormen. Daarom is het belangrijk dat de overheid subsidies en belastingvoordelen blijft verstrekken om de kosten voor de eindgebruiker te verlagen. Bovendien zijn er wereldwijd veel onderzoeken en modellen ontwikkeld die inzicht geven in de optimalisatie van kosten en baten van zonne-energiesystemen, die ook voor Oman van toepassing kunnen zijn.

Naast de economische voordelen, moeten ook de sociale voordelen van zonne-energie in overweging worden genomen. De inzet van hernieuwbare energie kan bijdragen aan de energiezekerheid van het land, de werkgelegenheid in de duurzame energiesector vergroten en bijdragen aan de wereldwijde klimaatdoelstellingen. Oman heeft de potentie om een belangrijke speler te worden op het gebied van hernieuwbare energie in de regio, wat kan leiden tot een diversificatie van de nationale economie en een vermindering van de afhankelijkheid van olie- en gasinkomsten.

Het succes van zonne-energie in Oman hangt sterk af van een geïntegreerde benadering die rekening houdt met de technische, economische en sociale factoren. Er is een aanzienlijke hoeveelheid werk te verrichten om de huidige obstakels te overwinnen en het potentieel van zonne-energie volledig te benutten. Het is van cruciaal belang dat alle belanghebbenden – van de overheid tot de particuliere sector en de lokale bevolking – samenwerken om de ontwikkeling van zonne-energie te versnellen en Oman in staat te stellen zijn energiebehoeften duurzaam te dekken.

Hoe kunnen we de schaalbaarheid van BIPV-panelen verbeteren voor gebouwen met grote ramen?

De schaalbaarheid van de productie van grote BIPV-panelen (> circa 2m2) is alleen mogelijk wanneer getilede mono-Si-wafers (of getilede substraten van dunne-film PV) worden gelamineerd tussen glasplaten, waardoor een aanzienlijk deel van de visuele opening wordt bedekt. Dit komt door de beperkingen van het bereik-tot-resolutie ratio van industriële laser-patroneringsmachines die worden gebruikt om semiconductormaterialen van delen van het substraatgebied te verwijderen, evenals de beperkingen van lithografische processen die worden gebruikt voor het aanbrengen van een fijn raster van geleiders. Deze processen worden vaak niet in staat geacht om de vereiste precisie en schaalbaarheid te bereiken voor grote oppervlakken. Dit probleem wordt verergerd door de noodzakelijke dikte van de voorste glazen plaat, die in sommige gevallen moet worden vergroot om veiligheidsredenen, zoals windbelasting of om een veilig begaanbaar dak te garanderen. Wanneer de dikte van het voorste glas meer dan 3 mm bedraagt, daalt het rendement van het zonnepaneel snel, door factoren zoals geometrische schaduw, lichtverspreiding en absorptie door het glas, breking en reflectie.

De recente vooruitgangen in materialen en technologieën, zoals perovskieten en kesterieten, worden voorgesteld voor BIPV- en raam-geïntegreerde PV-systemen, maar om de prestaties van deze systemen te verbeteren, zijn nieuwe benaderingen nodig. Dit geldt vooral voor fabrikanten die zich richten op de ontwikkeling van hoogwaardige transparante zonne-ramen die tegelijkertijd energie kunnen genereren en als gewone ramen kunnen worden gebruikt. De uitdaging hier is dat de geleiderstrips die de fotostroom verzamelen van grote, geëtste semiconductorgebieden die op glazen substraten zijn aangebracht, vaak visuele vervormingen veroorzaken in veel BIPV-raamproducten.

Zonne-ramen met een gematigde transmissie van zichtbaar licht hebben het potentieel om zowel aanzienlijke energiebesparingen als substantiële energieopbrengst (tientallen watt per vierkante meter) te bieden, zowel in warme als koude klimaten. Dit komt doordat ze effectief zonnewarmte blokkeren en tegelijkertijd de energie van het zonlicht omzetten in elektriciteit. Dit is vooral relevant wanneer geavanceerde coatings met lage emissie worden gebruikt, die tegelijkertijd de warmtegeleiding minimaliseren en een groter deel van het inkomende zonlicht voor elektriciteitsopwekking benutten.

De noodzaak om de gebouwde omgeving effectief te decarboniseren heeft geleid tot een toegenomen belangstelling voor nieuwe BIPV-technologieën en systemen, vooral die op basis van hoogtransparante zonne-ramen. Deze technologieën zijn inmiddels commercieel beschikbaar en zijn praktisch geïmplementeerd in architectonische toepassingen. In gebouwen met een hoge ramen-muurt-verhouding biedt het installeren van glas-in-zonneelectroden mogelijk de enige levensvatbare manier om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, zelfs als de elektriciteit die per vierkante meter door ramen wordt opgewekt slechts een fractie is van het rendement van conventionele PV-systemen of muurbevestigde BIPV-systemen.

Om een hogere energieconversie-efficiëntie (PCE) en verbeterde PV-opbrengst van semi-transparante zonne-ramen te realiseren, zijn niet alleen nieuwe functionele materialen nodig, maar ook aanpassingen in de structuur van de geïntegreerde PV-systemen. In dit kader zijn er enkele recente innovaties in de zonne-ramen die gebruik maken van luminescente zonneconcentratoren (LSC), in combinatie met nieuwe materialen in dunne films, luminescente stoffen en fotonische technologieën. Het ontwerpen van LSC-systemen die zeer transparant zijn, houdt echter rekening met fundamentele afwegingen en limieten van de theorie, zoals beschreven door Yang et al. De mogelijkheid om een LSC-type raam te ontwerpen met een hogere kans op het verzamelen van fotonen door de PV-elementen en tegelijkertijd een verhoogde quantumopbrengst van de PV-conversie is van cruciaal belang. Het plaatsen van extra, smalle PV-modules rondom het systeem kan bijvoorbeeld de geometrische winstfactor verlagen, maar de algehele lichtopvang efficiëntie verbeteren.

Een andere benadering is het gebruik van luminescent downshifting (LDS) functionaliteit door het kiezen van geschikte luminoforen voor gebruik in transparante LSC. Dit kan de PCE van het systeem verhogen door de spectrale respons tussen de zonnecellen en de omgezette luminescente emissies beter op elkaar af te stemmen. In dit verband is het essentieel om de fundamentele prestatiekenmerken van elk LSC-systeem in overweging te nemen. Deze kenmerken worden bepaald door de geometrische winst, de fotonverzamelingskans en de optische concentratiefactor, waarbij een grotere optische efficiëntie kan worden bereikt door het verbeteren van de concentratie van zonnestraling op de zonnecellen aan de randen van het systeem.

Het is belangrijk te erkennen dat de optische concentratiefactor (Copt) in de meeste LSC-systemen minder dan één is, wat betekent dat de concentratie van zonne-energie in de meeste systemen momenteel matig is. Desondanks blijven er aanzienlijke mogelijkheden bestaan voor verbetering in de technologie van hoogtransparante, grote zonne-ramen en LSC-apparaten. Het ontwikkelen van systemen die de transparantie behouden zonder afbreuk te doen aan de energieopbrengst blijft de belangrijkste uitdaging voor de toekomst van BIPV en zonne-ramen.

Hoe Maak Je De Heerlijke Gerechten In Een Slowcooker?
Hoe kunstmatige intelligentie de systemen voor hernieuwbare energie transformeert
Hoe Politici en Schandalen de Publieke Moraal Beïnvloeden