Zonne-energie

De zon is een schone energiebron die nooit opraakt. Je kunt zelf de energie van de zon benutten met zonnepanelen of een zonneboiler op je dak. Maar het gebeurt ook op veel grotere schaal: van zonneparken in Nederland tot grote zonnecentrales in Spanje, Duitsland en de VS of zelfs in de woestijn.

Tot aan de horizon zonnepanelen die met de zon meedraaien, of holle spiegels die stoommachines aandrijven. Zulke zonnecentrales voor elektriciteit bestaan al in Europa. Technici denken nog na over hoe woestijnen gebruikt kunnen worden als schatkamer van zonne-energie.

Grote zonnecentrales

Duitsland, Spanje en Portugal pakken zonne-energie groots aan. Daar staan namelijk zonnecentrales: enorme installaties van zonnepanelen die elektriciteit opwekken. Californië heeft zonthermische centrales. Het woord thermisch geeft aan dat ze de warmte van de zon gebruiken om uiteindelijk elektriciteit te maken. De centrales bestaan uit holle spiegels die het zonlicht bundelen om vloeistof op te warmen en stoom te ontwikkelen. Met de stoomkracht wordt vervolgens een turbine aangedreven. Ook in Spanje staan zulke zonthermische centrales. Een andere naam ervoor is: Concentrated Solar Power-centrales.

Voor een zonnecentrale is wel een flinke investering nodig. De hoge investeringskosten hebben mega-installaties in woestijnen tot nu toe tegengehouden.

Zonnecentrale en milieu

Zonnecentrales zijn goed voor het klimaat omdat er minder fossiele brandstoffen (olie, kolen en gas) nodig zijn en de CO2-uitstoot dus afneemt. Maar grote zonnecentrales hebben ook nadelen. Voor het transport van de opgewekte stroom zijn lange hoogspanningsleidingen in het landschap nodig, en zonnecentrales bezetten veel landoppervlak. Dat beïnvloedt lokale flora en fauna. Of de natuur invloed ondervindt van het wegvangen van grote hoeveelheden licht (dat bereikt immers planten en dieren niet meer) is niet bekend.

Veel koelwater

Een nadeel van zonthermische centrales (Concentrated Solar Power-centrales) is dat ze veel water nodig hebben om de stoom in de turbine af te koelen. Elke 1.000 kWh kost 3 m3 water, dat niet hergebruikt kan worden omdat het gewoon verdampt. Zeker in woestijngebieden is dit een groot bezwaar.

Zo werken zonnecentrales

Er zijn drie typen zonnecentrales in gebruik:

• Grootschalige zonnepanelen (zonneparken)
• Concentrated Solar Power centrales (zonnespiegels)
• Geconcentreerde zonnecelcentrales (zonneschotels)

Grootschalige zonnepanelen (‘zonneparken’)

Zonnepanelen zetten licht om in elektrische spanning. Dat noemen we een fotovoltaïsche reactie : daarom heten zonnepanelen ook wel fotovoltaïsche (in Engels photo voltaic), of PV-systemen. Met de elektrische spanning wordt elektriciteit (stroom) opgewekt.

In Spanje en Duitsland zijn met subsidie grote installaties met duizenden vierkante meters zonnepanelen gebouwd. Het vermogen van zo’n zonnepark bedraagt meer dan 1 MWp (megawattpiek). Eén MWp is 1 miljoen wattpiek. In Nederland worden inmiddels ook steeds meer van zulke grote zonneparken gebouwd, van elke Wp tot tientallen MWp.

De zonnecelsystemen staan opgesteld in rijen of in een zogeheten trackersysteem. Trackers bevatten elk 12 panelen en draaien mee met de stand van de zon, zodat de lichtinval steeds optimaal is.

Concentrated Solar Power centrale (zonnespiegels)

Een Concentrated solar power centrale is een zonthermisch systeem dat gebruikmaakt van de warmte van de zon. Als je zonlicht bundelt op één klein punt, dan concentreert de lichtenergie zich en kan de temperatuur snel hoog oplopen. Daarmee kun je water aan de kook brengen, wat stoom oplevert. Stoomkracht kan weer een turbine aandrijven. Dat is in het kort hoe Concentrated Solar Power(CSP) werkt. Aangezien elektriciteit hierbij voortkomt uit warmte (en niet uit een fotovoltaïsche reactie) heet dit een zonthermische centrale.

Zonnespiegels

In Spanje staan bijvoorbeeld gebogen zonnespiegels in de vorm van een voederbak (een trog, vandaar dat ze ook zonnetroggen worden genoemd). De spiegels richten zonnestralen op een leiding die is gevuld met thermische olie. De olie raakt daardoor verhit tot meer dan 400 graden Celsius. Via een warmtewisselaar draagt de olie de warmte over op water, dat gaat koken . De druk die door de stoom ontstaat, drijft vervolgens een turbine aan, en die produceert ten slotte elektriciteit.

Geconcentreerde zonnecelcentrales (zonneschotels)

Net als bij Concentrated Solar Power (CSP) centrales gebruiken geconcentreerde zonnecelcentrales bundeling van licht om het op een klein oppervlak te concentreren. Dat doen ze met spiegels in de vorm van schotels. Verschil met CSP is dat hierbij elektriciteit ontstaat door een fotovoltaïsche reactie in een zonnecel, en niet door warmte. De spiegels reflecteren het licht op een klein verzamelpunt van speciale, zeer efficiënte zonnecellen.

Grotere energie-opbrengst met zonneschotels

Bij geconcentreerde zonnecentrales (zonneschotels) kun je met een heel klein paneeloppervlak heel veel energie opwekken. Een zonneschotel van 35 duizend wattpiek (35 kWp) heeft een paneel nodig van maar 0,23 m2. Terwijl een traditioneel systeem voor hetzelfde vermogen ongeveer 350 m2 aan zonnecellen vereist. Elk zonnepaneel heeft een eigen koeling. De efficiëntie van lichtomzetting naar elektriciteit neemt namelijk snel af als de cellen opwarmen.

Geconcentreerde zonnecentrales hebben een vermogen tussen 10 mega wattpiek (10 miljoen wattpiek) en enkele gigawattpiek (1 gigawattpiek is 1 miljard wattpiek).

Geschikt voor woestijnen

Er zijn ideeën voor enorm grote geconcentreerde zonnecentrales in woestijnen. Een derde van het landoppervlak bestaat namelijk uit deze ‘schatkamers’ van zonne-energie. Woestijnen zijn dunbevolkt en hebben een hoge zon-instraling. Zo hoog zelfs dat de totale zonne-energie die valt op het woestijnoppervlak, groter is dan de wereldwijde consumptie aan energie. De potentie om daar zonlicht te oogsten is dus groot.

Nederland: verspreid zonlicht

Voor zonnespiegels en zonneschotels (waarbij zonlicht gebundeld of geconcentreerd wordt) is direct zonlicht nodig. In Nederland kunnen we deze technieken daarom nauwelijks gebruiken, omdat het zonlicht hier vaak via wolken de Nederlandse bodem bereikt.

bron: milieucentraal