Milieuloket:
Zonne-energie

 

Zonne-energie

Zonnepanelen
Bron: euobserver.com

Zonne-energie is ťťn van de bekendste soorten duurzame energie. De zon zelf is eigenlijk een enorme kernfusiereactor. Bij kernfusie komt een enorme hoeveelheid warmte en energie in de vorm van straling vrij. De zon heeft nog voor miljarden jaren aan brandstof. Dit maakt de zon voor ons een onuitputtelijke bron van energie.

De zonnestraling die door de aarde wordt opgevangen is de 'motor' achter bijna alle processen op onze planeet. Voor de mens is zonne-energie op meerdere manieren bruikbaar. De systemen zijn onder te verdelen in twee soorten: passieve en actieve. De passieve systemen richten zich op bouwkundige technieken zoals isolatie en inrichting, die warmte vasthouden. Bij actieve zonnesystemen kunnen we denken aan:

  • fotovoltaÔsche zonnepanelen (PV) oftewel zonnecellen
  • zonneboilers, een systeem om met behulp van de zon water te verwarmen
  • zonnetorens, immense bouwwerken waar de hitte van de zon gebruikt wordt om stroom om te wekken

In Nederland is het aantal geplaatste zonnepanelen en zonneboilers de laatste jaren sterk toegenomen. Toch blijft zonne-energie een relatief klein aandeel houden in de totale hoeveelheid energie die wordt opgewekt in Nederland (enkele procenten).

1.

Zon en zonne-energie

Oorsprong

Door de kernfusiereactie straalt de zon zoveel licht en straling uit. In deze kernfusiereactie gaan twee waterstofatomen samen en vormen een heliumatoom. Bij deze reactie komt een enorme hoeveelheid warmte en straling vrij. De hoeveelheid energie die hiervan op de aarde valt, is in verhouding vergelijkbaar met de hoeveelheid licht dat een speldenknop opvangt op een paar meter afstand van een gloeilamp die naar alle richtingen straalt.

Eigenlijk staat zonne-energie aan de basis van alle duurzame energiesoorten. Windenergie is afkomstig van door de zon onregelmatig opgewarmde lucht. Het plantaardige deel van biomassa kan alleen maar groeien als er licht van de zon op valt. Zelfs fossiele brandstof is in feite zeer lang geleden opgeslagen zonne-energie. Duurzame energiesoorten als windenergie en biomassa noemen we indirecte zonne-energie.

De techniek om zonne-energie om te zetten in elektriciteit is afkomstig uit de ruimtevaart. Hoog in de ruimte is deze vorm van energie namelijk overvloedig aanwezig, in tegenstelling tot een stopcontact. De techniek is langzaam doorgeŽvolueerd in voorwerpen zoals rekenmachines, praatpalen, lichtboeien op zee, enzovoort.

2.

Waarom zonne-energie?

Zonne-energie is een zeer overvloedig beschikbare bron van energie. Het is schoon en raakt de eerste miljarden jaren niet op. De hoeveelheid energie is gigantisch: per minuut vangt de aarde meer energie van de zon op dan we per jaar wereldwijd aan energie verbruiken. Ook in de winter als het wat kouder is geeft de zon nog voldoende energie om er gebruik van te maken.

Helaas zijn de technieken om actief zonne-energie te gebruiken duur. Dat komt mede omdat de grondstoffen voor fabricage van zonnecellen moeilijk te produceren zijn. De hogere kostprijs voor een zonneboiler ten opzichte van een (cv)ketel na ongeveer zeven tot twaalf jaar - afhankelijk van het gebruik - terugverdiend door besparingen op uw energiegebruik.

Beschikbaarheid

Daarnaast is zonne-energie, net als bij windenergie, niet altijd voor honderd procent beschikbaar. De intensiteit van de beschikbare energie van de zon fluctueert per seizoen. In de zomer geeft de zon meer energie af per vierkante meter dan in de winter. Maar ook op kortere termijnen zijn er intensiteitsverschillen, bijvoorbeeld als het bewolkt is. Hierdoor fluctueren ook de prestaties van de zonnesystemen.

3.

Welke soorten zonne-energie zijn er?

Passief

Passief gebruik maken van zonne-energie houd in het gebruik maken van binnenvallend zonlicht, zonder dat daarvoor apparaten nodig zijn. Dit heeft vooral betrekking op de warmte huishouding in gebouwen en woningen, maar ook het invallende licht. Gebruik maken van passieve zonne-energie kan een flinke energiebesparing opleveren.

Voor- en achterkant van een gecombineerde PV- en temperatuur cel (PVT)

Een aantal passieve zonne-energie maatregelen:

  • Grote ramen op de zuidzijde en kleinere op de noordzijde van een woning/gebouw;
  • zonneschermen om oververhitting in de zomer te voorkomen
  • goede isolatie rond warme ruimten
  • inrichting aanpassen (warme ruimten zoals woonkamer aan de zuidzijde, koudere - minder gebruikte - ruimten aan de noordzijde)

Actief

Zonnecellen (PV-systemen)

FotovoltaÔsche systemen (PV komt van het Engelse PhotoVoltaic ), ofwel zonnecellen, zetten zonnestraling direct om in elektriciteit. De systemen bestaan uit panelen van wisselende grootte met daarin een verzameling aan elkaar gekoppelde zonnecellen. Dit is vergelijkbaar met wat planten doen, deze zetten het zonlicht alleen niet om in elektriciteit, maar in chemische energie.

De zonnecellen zijn in serie gekoppeld om een bruikbare spanning te kunnen leveren. Tegenwoordig bestaan de meeste zonnecellen uit twee lagen silicium die met elkaar verbonden zijn met stroomgeleiders. Als zonlicht op silicium valt komen elektronen vrij, die een elektrische stroom veroorzaken via stroomgeleiders tussen de twee lagen. De geproduceerde elektrische stroom gaat - eventueel via een apparaatje om de stroom geschikt te maken voor de ontvanger - naar een accu of het stroomnet.

De technologie voor zonnecellen wordt steeds verder verfijnd. Die ontwikkeling loopt via twee lijnen. Ten eerste worden zonnecellen steeds dunner en worden ze ook flexibeler gemaakt. Dat vergroot de toepasbaarheid van zonnecellen. Daarnaast wordt er gezocht naar manieren om het rendement van zonnecellen te verhogen. Bij de eerste zonnecellen kon maar een heel klein deel van de straling worden opgevangen en maar mondjesmaat worden omgezet in energie. Inmiddels wordt er meer straling opgevangen, en wordt die straling ook efficiŽnter omgezet in energie. Bij beide ontwikkelingen wordt ook gekeken naar hoe zonnecellen gemakkelijker en goedkoper geproduceerd kunnen worden.

Als de prijs van zonnecellen verder daalt, wordt het steeds aantrekkelijker voor bedrijven en particulieren om zonnecellen te installeren. Met genoeg vierkante meter aan zonnecel kan een huishouden geld verdienen, omdat eventuele extra stroom aan het algemene elektriciteitsnet wordt geleverd. Er zijn rendementen te halen die ruim boven de gemiddelde spaarrentes liggen.

Zonneboiler

Schematische opstelling van een zonneboilersysteem

Een zonneboiler maakt gebruik van de zon om water te verwarmen. Het concept is vrij simpel. Het systeem bestaat uit een zonnecollector, een warmtepomp, een opslagvat en een naverwarmer. De zonnecollector ziet eruit als een zwarte bak waar water (soms met antivries) doorheenloopt via heel dunne buisjes. Hier verwarmt de zon het water. Het eventuele antivries is toegevoegd om bevriezing in de winter te voorkomen. Het door de zon opgewarmde antivrieswater verwarmt het leidingwater via de warmtewisselaar, waarna het in een opvangvat terecht komt. Nu kan het gebruikt worden, eventueel na naverwarming.

Een zonneboiler bespaart per jaar ongeveer de verbranding van 200 kuub aardgas. Over het algemeen is de aanschaf van een zonneboiler binnen zeven jaar terugverdiend.

Deze wijze van waterverwarming kent naast ruimteverwarming legio andere toepassingen. Overal waar men warm water gebruikt kan het zonneboilersysteem een bijdrage leveren in energie(kosten)besparing en verminderen van het gebruik van fossiele brandstoffen. Een goed voorbeeld daarvan is zwemwaterverwarming.

De zonnetoren

De zonnetoren is een soort glazen overdekking met in het midden en toren. De lucht onder de ramen warmt op als in een broeikas en wil omhoog. De toren in het midden trekt de lucht naar zich toe, waar de lucht onderweg turbines aandrijft.

Een groot nadeel van het systeem is de ruimte die nodig is: voor een vermogen van ongeveer 200 MW (ongeveer 200.000 huishoudens) is een overkappingsdiameter nodig van 7 kilometer met een toren van 1000 meter hoog. In gebieden met veel ruimte en zon hoeft dat echter geen problemen op te leveren.

In Spanje (Manzanares) heeft al een proefmodel gedraaid in de jaren tachtig. Het model had een toren van 200 meter hoog en had een doorsnede van 10 meter. De broeikas had een oppervlak van ongeveer 180.000 vierkante meter. Het leverde een vermogen van ongeveer 50 kW. Dat komt ongeveer overeen met de energiebehoefte van bijna 60 huishoudens. De verrassing van het concept was dat het ook werkte als het regende, maar ook 's nachts. Dat laatste kwam doordat de zon ook de bodem opwarmde. De bodem warmt 's nachts de lucht op, zodat het systeem ook dan werkt.

Onderzoek op het gebied van zonnewarmte richt zich op het verhogen van het rendement. Door gebruik van andere materialen of opstellingen moet meer water sneller worden verwarmd. Door al deze ontwikkelingen worden er steeds meer projecten opgezet. In 2013 begon de technologie een beetje vlucht te nemen.

Kleinschalig: de 'solar cooker'

Zonne-energie kent ook op hele kleine schaal nuttige en bruikbare toepassingen. Een goed voorbeeld hiervan is de solar cooker. In een kleine schaal of soortgelijke constructie wordt het licht met simpele materialen die goed licht reflecteren, zoals glas of aluminium, naar het midden gericht. Door het eten in een zwart omhulsel te stoppen wordt ook nog eens alle zonlicht geabsorbeerd in een container direct om het eten heen, wat verder helpt het geheel op te warmen. Het idee ťn de uitvoering zijn eenvoudig en effectief; in de juiste omstandigheden kan de solar cooker gebruikt worden om mee te bakken.

Technologisch geavanceerde versies van de solar cooker kunnen zelfs hitte opslaan. En grotere versies worden inmiddels gebruikt voor het opwekken van energie, maar deze methodiek wordt slechts zeer spaarzaam toegepast.

4.

Waar kan zonne-energie nuttig omgezet worden?

Zonne-energie kan erg goed worden toegepast in bebouwde gebieden waar energie - zowel elektriciteit als warmteopwekking - nodig is. Dat komt omdat zonne-energie een stille, behoorlijk onderhoudsvrije energiesoort is die nagenoeg geen visuele vervuiling oplevert. Zeker niet wanneer men in ontwerpen rekening houdt met zonnepanelen en/of zonnecollectoren. Zo kunnen ze goed geÔntegreerd worden in daken of andere delen van het huis of gebouw.

Voor plaatsing van een zonnepaneel kan een vergunning ingevolge de Woningwet nodig zijn. In veel gemeenten wordt echter plaatsing zonder vergunning toegestaan, maar u moet de plaatsing wel melden bij uw gemeente (www.naam-van-uw-gemeente.nl) bij de dienst bouw- en woningtoezicht.

Voor grootschalige elektriciteitsopwekking kunnen we vooral denken aan zonrijke en ruimtelijke gebieden, zoals de woestijn. Probleem hier is het energietransport. In de toekomst kan het een aardig bijdrage leveren in de productie van duurzame waterstof.

5.

Opbrengsten van zonne-energie

Nederland

Zonnepanelen

Eind 2003 was er in Nederland ongeveer 46 megawatt (46 miljoen watt) aan zonnepanelen opgesteld. In juli 2013 was dat gegroeid naar 347 megawatt, opgewekt door intotaal ruim 93.000 installaties. Dat zijn voornamelijk particulieren die, als ze extra energie produceren, dat direct aan het elektriciteitsnet kunnen leveren.

Het Energieonderzoekscentrum Nederland (ECN) verwacht dat het gebruik van zonnepanelen zal blijven toenemen. In 2020 wil de overheid naar 1500 MW opgesteld piekvermogen. Dit komt overeen met de behoefte aan elektriciteit van ongeveer 400.000 huishoudens.

De overheid heeft, na een periode van doorlopende financiŽle steun, een aantal keer een pot van tientallen miljoenen aan subsidies opengesteld voor particulieren en bedrijven die zonnepanelen wilden installeren. Deze subsidies zijn iedere keer overtekend - onder de bevolking is er dus animo voor. Ook wil de overheid dat in de sociale woningbouwsector tenminste de helft van nieuw te bouwen woningen worden voorzien van zonnepanelen.

De grootste toekomst voor zonnecellen verwacht de overheid in autonome (op zich zelf staande) systemen. Voor het plaatsen van zonnecellen kunnen we naast daken van huizen en gebouwen ook de geluidsschermen en andere onbenutte onderdelen van wegen benutten. Het gebruik van zonnecellen voor dat soort kleine stroomverbruikers van stroom zal toenemen, bijvoorbeeld in de straatverlichting. In de landbouw worden op deze manier waterpompen al voorzien van energie.

Zonnebiolers

Zonneboilers staan garant voor een aardige besparing in het aardgasverbruik. Als we uitgaan van de 67.000 zonneboilers die eind 2002 in Nederland geÔnstalleerd waren, heeft dat ongeveer een besparing van 13,4 miljoen kuub aardgas per jaar gerealiseerd. Gemiddeld genomen worden er sinds 2002 jaarlijks 8.000 zonneboilers bij geplaatst. De overheid heeft jaren terug het doel gesteld dat er een miljoen zonneboilersystemen geÔnstalleerd moeten zijn in 2020.

In Europa

In Duitsland is er een in het eerste decennium van de 21ste eeuw wedloop ontstaan op PV-systemen door de invoering van een nieuwe subsidieregeling. Deze subsidieregeling bood een minimumprijs aan voor alle met zonne-energie geproduceerde energie. Het leidde er zelfs even toe dat de vraag uit Duitsland naar zonnepanelen het wereldwijde aanbod oversteeg.

In Spanje en ItaliŽ zijn soortgelijke subsidieregelingen in de maak. Dit zal de markt en ontwikkeling een enorme boost geven. Met het uitbreken van de financiŽle crisis zijn veel van deze regelingen weer afgeschaft.

Wereldwijd

Ook wereldwijd is het gebruik van zonne-energie sterk toegenomen. Jaarlijks neemt de totale capaciteit van zonne-energie met 30% toe. Een belangrijke en positieve ontwikkeling is dat zonnecellen steeds goedkoper geproduceerd kunnen worden; alle scenario's gaan ervan uit dat deze stijging blijft doorzetten. Maar net als voor Nederland geldt dat zonne-energie maar een klein aandeel heeft in de wereldwijde energiehuishouding. Zelf met alle extra capaciteit die wordt verwacht komt het uit op hoogstens een paar procent van het totaal.

Ook laag-technologische oplossingen dragen bij aan een verduurzaming van het energiegebruik. Zo wordt bijvoorbeeld de solar cooker in veel ontwikkelingslanden in steeds grotere getale gebruikt, in plaats van hout of kolen.

6.

Meer weten?

 
  • Contact
  • Home