Zonne-energie: verschil tussen versies

Bestand:Millwoodsolar.jpg

De zon is een ster op ca. 150 miljoen kilometer afstand van de aarde. De energie die de zon uitstraalt ontstaat door kernfusie. De atmosfeer en de magnetosfeer (het magnetisch veld van de aarde) beschermen het leven op aarde tegen het grootste deel van de schadelijke straling die de zon naast licht en warmte eveneens uitstraalt. De hoeveelheid energie die de aarde per dag bereikt, is ca. 9000 maal groter dan de energiebehoefte van alle 6,5 miljard aardbewoners samen. De energie bereikt de aarde als licht en warmtestraling, een mengsel van elektromagnetische straling van verschillende golflengten, voor 99% liggend tussen 300 en 3000 nm. (De golflengten van zichtbaar licht vallen tussen 390 en 780 nm).

Gebruik door planten

Planten gebruiken zonne-energie voor fotosynthese, waarbij zij water en kooldioxide uit de lucht omzetten in suikers. Het fotosynthetisch proces waarop vrijwel het gehele leven op aarde draait, vangt slechts ongeveer 1% van de energie op voor nuttig gebruik, hetzij door lichamelijke activiteit, hetzij door consumptie, hetzij als fossiele brandstof. Bovendien zijn er grote stukken aardoppervlak zoals de woestijnen waar door gebrek aan water de fotosynthese geen kans krijgt.

Afgeleide vormen

Aardolie, aardgas en steenkool zijn eigenlijk ook afgeleide vormen van zonne-energie. Ze werden gevormd uit de restanten van levende wezens in het geologisch verleden; allemaal ondersteund door fotosynthese. De snelheid waarmee we deze bronnen momenteel verbruiken wordt echter bij lange na niet bijgehouden door de snelheid waarmee door fotosynthese nieuwe organische brandstoffen worden aangemaakt. Ook waterkracht is een vorm van zonne-energie: het water verdampt door zonnewarmte, wordt door wind (ook een gevolg van temperatuurverschillen) omhoog getransporteerd, valt als regen weer op een berg of hoogte en de potentiële zwaartekrachtenergie van de massa van het water wordt als elektriciteit weer teruggewonnen bij het naar een lager niveau vallen of - stromen. Ook windenergie bestaat uitsluitend bij de gratie van door de zonnewarmte opgewekte temperatuurverschillen. Slechts getijdenenergie, geothermische energie en kernenergie zijn niet te herleiden tot zonne-energie, hoewel kernenergie gebruikmaakt van zware elementen die pas door de ontploffing van een ster in die ster konden ontstaan.

Gebruik door de mens

Met zonne-energie wordt tegenwoordig meestal bedoeld: de energie die mensen zelf met hun technologie opwekken direct vanuit van zonnestraling. Dit gebeurt op dit moment in Nederland en België vooral op twee manieren:

De meest gebruikte toepassing is thermische zonne-energie waarbij zonlicht wordt omgezet in warmte. Dit gebeurt door zonneboilers (oftewel zonnecollectoren, -panelen).
Een andere manier om gebruik te maken van zonlicht is door middel van zonnepanelen met fotovoltaïsche cellen (ook wel PV-cellen genoemd). Die zetten het licht direct om in elektriciteit : zonnestroom.
Zonnecellenverf: wetenschappers van het New Jersey Institute of Technology ontdekten in 2007 een nieuwe type zonnecel dat eenvoudig op een ondergrond geschilderd kan worden.^[1]

Het grote probleem bij het praktisch gebruik van deze energie is dat de energiedichtheid, de hoeveelheid die per vierkante meter per tijdseenheid op het oppervlak valt niet erg groot is. (ca 1367 Watt per vierkante meter in de bovenste lagen van de atmosfeer; op de grond minder, afhankelijk van de dikte van de tussenliggende laag lucht, de hoek waaronder de zon de aarde treft, de afstand tussen de aarde en de zon die met de seizoenen iets verandert, en vooral ook het voorkomen van wolken.) Daarom moet de energie over een vrij groot oppervlak 'geoogst' worden om economisch rendabel te worden. Het woord oogsten is hier zeker van toepassing, omdat de landbouw al eeuwen niets anders doet dan zonne-energie oogsten in biochemisch gebonden vorm, zoals zetmeel in granen of aardappelen. Voor landen waar de zon bijna de hele dag schijnt bestaat een goede technologie om zonne-energie te oogsten: geconcentreerde zonne-energie, ook wel thermisch-elektrische zonne-energie genoemd (in het Engels: CSP: Concentrated Solar Power). Hierbij worden de zonnestralen door middel van spiegels samengebracht op een klein oppervlak, waar een hoge temperatuur ontstaat. Met die hoge temperatuur wordt stoom gemaakt, waarmee net als in een gewone centrale elektriciteit wordt opgewekt. De CSP-technologie is goedkoper dan de PV-technologie. In Californië functioneren sinds de jaren 80 een aantal CSP-centrales met een gezamenlijk piekvermogen van 350 MWe naar volle tevredenheid.

De oranje gebieden in de Sahara en zuid Spanje zouden elk voldoende zonne-energie kunnen opvangen voor de energievoorziening van Europa.

Een andere vorm van duurzame zonne-energie is de zonnetoren. Lucht wordt opgewarmd door zonnewarmte onder een cirkelvormig doorschijnende collector die aan de rand open is. Zo vormt het doorschijnende dak samen met de grond een opslagruimte voor door de zon opgewarmde lucht. In het midden van de cirkel staat een verticale toren, die aan de basis een grote doorsnede heeft. Omdat hete lucht lichter is dan koude lucht, stijgt deze op door de toren. De toren zuigt meer lucht aan en er wordt nieuwe koude lucht aangevoerd aan de rand van de opslagruimte. Een continue stroom van lucht kan bereikt worden door met water gevulde tubes onder het dak te plaatsen. Overdag warmen deze op en ’s nachts geven ze hun warmte af. Zo is er sprake van een constante stroom veroorzaakt door zonnewarmte. De energie die ontstaat bij deze opwaartse stroom lucht wordt door windturbines omgezet in mechanische energie en met generatoren wordt deze mechanische energie omgezet in elektrische energie.

Ter illustratie van het potentiële vermogen van grootschalige zonne-energie het volgende voorbeeld. Het energiegebruik van Europa bedraagt ca. 10^{20Joule/jaar. Op basis van een energieopbrengst met een rendement van ca. 15% zou een gebied in de Sahara met een oppervlak van netto ca. 50.000 vierkante kilometer voldoen voor alle energie die in Europa wordt gebruikt. Zie het oranje gebiedje op het kaartje in de Sahara. Dit is exclusief ruimte voor wegen, wonen en werken in het gebied van de zonnecentrale. En mits het probleem van energieopslag en -transport wordt opgelost. Voor een dergelijke zonnecentrale in zuid Europa (bijvoorbeeld Spanje, zie de illustratie) zou grofweg het dubbele oppervlak nodig zijn. Met vanzelfsprekend dezelfde kanttekening m.b.t. logistiek en opslag zoals hiervoor genoemd. Bovendien gaat bij noordelijker gelegen centrales het verschil tussen de seizoenen een grotere rol spelen.}

Eigen beheer

De aanschaf van zonnepanelen is duur. Voor kleine systemen (dak van een woning) liggen de prijzen voor een compleet geïnstalleerd systeem op ca. € 6,00 per Watt vermogen. Op een gemiddeld woningdak past zo'n 3 kilowatt, dat kost dan € 18.000. In Nederland levert iedere kilowatt per jaar zo'n 750 kWh (kilowattuur). Bij een vergelijking van energiewinst, aanschafkosten en levensduur van de zonnepanelen speelt men tot nu toe nagenoeg quitte, maar alleen op lange termijn (terugverdientijd minstens 30 jaar).

In veel landen (o.a. Duitsland, Spanje, Italië, Frankrijk, België) zijn er inmiddels terugleververgoedingen: als men een kWh zonnestroom aan het net levert wordt daarvoor een vergoeding betaald die hoger ligt dan de prijs van "gewone" stroom, meestal € 0,40 tot € 0,50 per kWh. Daarmee kan een investeerder zijn zonne-energiesysteem terugverdienen in een jaar of 10. Zo wordt een groeiende markt gecreëerd. De innovatie die hierdoor gegenereerd wordt, brengt de kosten van zonne-energiesystemen met 5 tot 7% per jaar omlaag. Hierdoor komt het punt waarop ze kunnen concurreren met gewone stroom uit het net (ca. € 0,20 per kWh) steeds dichterbij. Sinds 2004 groeit de markt zó sterk (wereldwijd circa 50% per jaar ^[2]), dat er een tekort is aan het benodigde zeer zuivere silicium, met prijsstijgingen van de systemen tot gevolg. Sinds 2006 wordt er veel productiecapaciteit voor silicium bijgebouwd, zodat naar verwachting tussen 2008 en 2010 de prijs een inhaalslag omlaag kan maken.

Referenties

Zie ook

Externe links

[1] www.zonne-energie-info.be en www.njit.edu

[2] www.energieportal.nl

[1]

[2]

@@ Regel 20: / Regel 20: @@
 Voor landen waar de zon bijna de hele dag schijnt bestaat een goede technologie om zonne-energie te oogsten: geconcentreerde zonne-energie, ook wel [[thermisch-elektrische zonne-energie]] genoemd (in het Engels: CSP: Concentrated Solar Power). Hierbij worden de zonnestralen door middel van spiegels samengebracht op een klein oppervlak, waar een hoge temperatuur ontstaat. Met die hoge temperatuur wordt stoom gemaakt, waarmee net als in een gewone centrale elektriciteit wordt opgewekt. De CSP-technologie is goedkoper dan de PV-technologie. In Californië functioneren sinds de jaren 80 een aantal CSP-centrales met een gezamenlijk piekvermogen van 350 MWe naar volle tevredenheid.
-[[Image:Saharaenergie.png|thumb|300px|Het oranje gebied in de Sahara zou voldoende zonne-energie kunnen opvangen voor de energievoorziening van Europa]]
+[[Image:spanjeafrikazonneenergie.png|thumb|300px|De oranje gebieden in de Sahara en zuid Spanje zouden elk voldoende zonne-energie kunnen opvangen voor de energievoorziening van Europa.]]
 Een andere vorm van duurzame zonne-energie is de [[zonnetoren]]. Lucht wordt opgewarmd door zonnewarmte onder een cirkelvormig doorschijnende collector die aan de rand open is. Zo vormt het doorschijnende dak samen met de grond een opslagruimte voor door de zon opgewarmde lucht. In het midden van de cirkel staat een verticale toren, die aan de basis een grote doorsnede heeft. Omdat hete lucht lichter is dan koude lucht, stijgt deze op door de toren. De toren zuigt meer lucht aan en er wordt nieuwe koude lucht aangevoerd aan de rand van de opslagruimte. Een continue stroom van lucht kan bereikt worden door met water gevulde tubes onder het dak te plaatsen. Overdag warmen deze op en ’s nachts geven ze hun warmte af. Zo is er sprake van een constante stroom veroorzaakt door zonnewarmte. De energie die ontstaat bij deze opwaartse stroom lucht wordt door windturbines omgezet in mechanische energie en met generatoren wordt deze mechanische energie omgezet in elektrische energie.

Versie van 18 sep 2007 19:34