Zonne-energie is een van de belangrijkste hernieuwbare energiebronnen, omdat ze afkomstig is van de zonnestraling, een onuitputtelijke bron op menselijke schaal. Zonne-energie kan worden omgezet in elektriciteit of warmte, dankzij twee hoofdtechnologieën: fotovoltaïsche zonne-energie en thermische zonne-energie. In dit artikel bekijken we hoe deze twee technologieën werken, wat hun voor- en nadelen zijn, en wat hun potentieel is voor de energietransitie.
Fotovoltaïsche zonne-energie: licht omzetten in elektriciteit
Fotovoltaïsche zonne-energie bestaat uit het gebruik van fotovoltaïsche cellen, meestal gemaakt van silicium, om zonlicht direct om te zetten in elektriciteit. De fotovoltaïsche cellen worden samengebracht in modules, die op hun beurt met elkaar verbonden zijn om zonnepanelen te vormen. Deze panelen kunnen worden geïnstalleerd op daken, gevels, op de grond of zelfs op drijvende constructies.
Het werkingsprincipe van een fotovoltaïsche cel is als volgt: wanneer zonlicht de cel raakt, ontstaat er een elektrisch veld tussen de twee lagen silicium, waarvan de ene positief en de andere negatief geladen is. Dit elektrische veld genereert een gelijkstroom, die door een omvormer kan worden omgezet in wisselstroom, om in het elektriciteitsnet te worden geïnjecteerd of direct te worden gebruikt.
Voordelen van fotovoltaïsche zonne-energie zijn:
– Het is een schone energiebron die geen broeikasgassen of radioactief afval produceert.
– Het is een gedecentraliseerde energiebron die lokaal kan worden geproduceerd, waardoor transportverliezen en distributiekosten worden verminderd.
– Het is een modulair aanpasbare energiebron die kan worden afgestemd op de vraag en de omvang van de installatie, van enkele watts tot meerdere megawatts.
– Het is een rendabele energiebron waarvan de kosten de afgelopen jaren aanzienlijk zijn gedaald dankzij technologische vooruitgang en schaalvoordelen.
Nadelen van fotovoltaïsche zonne-energie zijn:
– Het is een intermitterende energiebron die afhankelijk is van het weer, het seizoen en het tijdstip van de dag. Daarom moeten opslagoplossingen of combinaties met andere energiebronnen worden voorzien om een continue stroomvoorziening te garanderen.
– Het vereist een aanzienlijke initiële investering voor de aankoop en installatie van zonnepanelen, evenals regelmatig onderhoud.
– Het brengt milieuproblemen met zich mee die verband houden met productie, recycling en het landschappelijke effect van de zonnepanelen.
Thermische zonne-energie: warmte omzetten in elektriciteit of warm water
Thermische zonne-energie gebruikt thermische zonnecollectoren, meestal bestaande uit buizen of metalen platen, om de warmte van de zon op te vangen en over te dragen aan een warmtedragend vloeistof. Deze vloeistof kan worden gebruikt om elektriciteit, warm water of verwarming te produceren, afhankelijk van het type collector en de behaalde temperatuur.
Er zijn twee hoofdtypen thermische zonnecollectoren: laagtemperatuurcollectoren en hoogtemperatuurcollectoren.
Laagtemperatuurcollectoren worden gebruikt voor de productie van sanitair warm water of verwarming bij temperaturen onder 100°C. Ze worden meestal op daken of gevels van gebouwen geïnstalleerd en aangesloten op een boiler of een verwarmingsnetwerk. Ze kunnen tot 70% van de behoefte aan warm water en verwarming van een huishouden dekken.
Hoogtemperatuurcollectoren worden gebruikt voor elektriciteitsproductie bij temperaturen boven 200°C. Ze worden meestal geplaatst in thermische zonnecentrales, die twee types kunnen zijn: geconcentreerde centrales en torencentrales.
Geconcentreerde centrales gebruiken parabolische spiegels of lenzen om zonnestralen te concentreren op een buis met een warmtedragende vloeistof. Deze vloeistof bereikt hoge temperaturen, soms boven 400°C, en wordt gebruikt om stoom te produceren die een turbine en een generator aandrijft.
Torencentrales gebruiken vlakke spiegels, heliostaten genoemd, die zonnestralen reflecteren naar een ontvanger bovenop een toren. Deze ontvanger bevat een warmtedragende vloeistof die temperaturen boven 1.000°C kan bereiken en wordt gebruikt om stoom te produceren die een turbine en generator aandrijft.
Voordelen van thermische zonne-energie zijn:
– Het is een schone energiebron die geen broeikasgassen of radioactief afval produceert.
– Het helpt het gebruik van fossiele brandstoffen te verminderen, vooral voor verwarming en warm water, die een belangrijk deel van de energievraag uitmaken.
– Het kan worden gecombineerd met andere energiebronnen zoals biomassa, aardgas of thermische opslag om een continue energievoorziening te verzekeren.
Nadelen van thermische zonne-energie zijn:
– Het is een intermitterende energiebron die afhankelijk is van het weer, het seizoen en het tijdstip van de dag. Er moeten daarom opslag- of aanvullende oplossingen met andere energiebronnen worden voorzien om continuïteit te garanderen.
– Het vereist een aanzienlijke initiële investering voor aankoop en installatie van de collectoren, evenals regelmatig onderhoud.
– Het veroorzaakt milieuproblemen gerelateerd aan productie, recycling en landschappelijke impact van de collectoren.
Het potentieel van zonne-energie voor de energietransitie
Zonne-energie is een hernieuwbare energiebron met een aanzienlijk potentieel voor de energietransitie. Volgens het Internationale Agentschap voor Hernieuwbare Energie (IRENA) zou zonne-energie in 2050 27% van de wereldwijde elektriciteitsproductie kunnen uitmaken, tegenover 2% in 2018[^1^][1]. Zonne-energie kan ook bijdragen aan het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen, het creëren van banen, het bevorderen van economische ontwikkeling en het verbeteren van de toegang tot energie in afgelegen gebieden.
Om dit potentieel te realiseren, moeten echter verschillende uitdagingen worden overwonnen, zoals:
– Het verlagen van kosten en verbeteren van prestaties van zonne-technologieën, met name op het gebied van rendement, duurzaamheid en recycleerbaarheid.
– Het ontwikkelen van infrastructuren en elektriciteitsnetten om de zonneproductie optimaal te integreren, rekening houdend met het intermitterende en gedecentraliseerde karakter.
– Het versterken van beleid en regelgeving om de uitrol van zonne-energie te stimuleren, door een gunstig kader te creëren, onderzoek en innovatie te ondersteunen, financiering te vergemakkelijken en bewustwording te vergroten bij actoren en consumenten.
Conclusie
Zonne-energie is energie die wordt opgewekt uit zonnestraling via fotovoltaïsche panelen of thermische zonnecentrales. Zonne-energie kan worden omgezet in elektriciteit of warmte, afhankelijk van de behoeften en toepassingen.