Overzicht zonne-energie: De voor- en nadelen van zonnepanelen en -boilers

Alles over PV-panelen, zonneboilers en CSP-centrales▲

Zonlicht is zonder twijfel onze grootste en belangrijkste energiebron. In dit overzicht de belangrijkste voor- en nadelen van zonnepanelen, zonnecollectoren en elektriciteitscentrales op zonnewarmte. 

Zonne-energie is essentieel voor het leven op aarde. Zonder zonlicht geen plantengroei, geen regen en geen wind. En dus geen voedsel en zoet drinkwater, geen hernieuwbare biobrandstoffen, waterkracht en windenergie. En ook geen fossiele bioenergie; aardolie, gas en steenkool.

Naast deze indirecte vormen neemt het economisch belang van direct inzetbare zonnewarmte en zonnestroom razendsnel toe. In 2005 had Europa 3.000 megawatt aan zonnepanelen en in mei 2016 doorbrak de EU de grens van 100.000 megawatt aan zonne-energieprojecten. Projectontwikkelaars en energiemaatschappijen investeren wereldwijd inmiddels meer in zonneparken (en windparken) dan in aardgas- en kolencentrales. Voor 2050 verwacht het Internationaal Energieagentschap (IEA) dat een kwart van de mondiale stroomproductie op zonne-energie gebaseerd is.

Terwijl de investeringen in zonne-energie groeien, blijft de kostprijs per zonnepaneel dalen. Hetzelfde geldt voor het materiaal- en energiegebruik en de CO2-uitstoot in de productie van zonnepanelen. Over de volle levensduur gemeten, stoot een zonnepaneel per opgewekte kilowattuur (kWh) ±40 gram CO2 uit. Voor elektriciteit uit steenkool ligt de uitstoot per kWh 20 (!) keer hoger.

Dit overzicht behandelt de voor- en nadelen van zonne-energie, kansen om de opbrengst van (fotovoltaïsche) zonnepanelen, zonnecollectoren en concentrated solar power (CSP)-centrales te verhogen en de uitdagingen om de kosten van duurzame zonne-energie te verlagen. Recent nieuws en achtergrondartikelen over zonne-energie staan rechts naast deze pagina. Het complete archief met zonne-energienieuws gaat terug tot 2012.

Laatste update: 23 januari 2018. Met nieuwe data over prijsrecords, geïnstalleerd vermogen en bepalende ontwikkelingen sinds de oorspronkelijke publicatie op 11 juni 2016.

Leestip: Via de groene pijlen (▲) in dit artikel klik je terug naar de inhoudsopgave bovenaan de pagina. De links in de inhoudsopgave verwijzen naar secties op deze pagina (net als op Wikipedia).

Leesverzoek: Aanvullingen, vragen, correcties en andere zienswijzen zijn welkom in de reacties. 

De maximale prestaties met zonnepanelen▲

De bepalende factoren voor de energieopbrengst uit zonnepanelen schalen lineair. Een verdubbeling van de hoeveelheid zonlicht, van het oppervlak aan zonnepanelen of van het rendement van de zonnecellen leveren elk een verdubbeling van het aantal opgewekte kilowatturen. 

Locatie en hellingshoek: Pak het felste zonlicht▲

De zon schijnt het hardst en het vaakst pal boven de evenaar, maar in de tropische regenwouden blokkeren wolken regelmatig het directe zonlicht. De meest productieve zonnepanelen staan in de woestijnen aan weerszijden van de evenaar, waar de lucht bijna altijd helder is.

In de Sahara valt op elke vierkante meter grond jaarlijks ±2.600 kilowattuur (kWh) aan zonnestralen. In Nederland ontvangen de Wadden-eilanden en de Zeeuwse kust de meeste zonne-energie; ±1.100 kilowatt per vierkante meter per jaar. Landinwaarts is dat 1.000 kilowattuur.

Hetzelfde zonnepaneel levert in de Afrikaanse woestijnen jaarlijks dus twee tot drie keer keer zoveel duurzame stroom als op een Nederlands dak. Of dat zonnepaneel zich in Egypte ook twee tot drie keer zo snel terugverdient, is sterk afhankelijk van lokale energieprijzen en eventuele subsidies.

Optimale hoek en trackingsystemen voor zonnepanelen

Zonnepanelen zijn het meest effectief als de zonnestralen loodrecht op de zonnecellen vallen. De hoek waaronder zonlicht het aardoppervlak raakt, is afhankelijk van de plaats op de planeet en het uur van de dag. Ver van de evenaar zijn ook de seizoenen belangrijk; In de Sahara is de seizoensvariatie gering maar in Nederland staat de zon zomers veel hoger aan de hemel dan in de winter.

Het is mogelijk om zonnepanelen de zon te laten volgen. Dat kan over de horizontale as (zie video), rond de verticale as, bijvoorbeeld met drijvende zonnepanelen, of over beiden assen zoals met de SmartFlower. In Nederland is het kosteneffectiever om PV-panelen vast te monteren. Onder een hoek van ±35 graden, gekanteld richting het zuiden, halen zonnepanelen zomers de maximale opbrengst. In de winter zijn de dagen kort en is de zonkracht laag. Optimaliseren van de hoek heeft dan minder zin.

Wereldwijde verschillen in zoninstraling, gemeten in het horizontale vlak (klik voor grote versie). Bron: SolarGis

Een grote zonnecentrale met zonnepanelen die gedurende dag meedraaien met de zon. 

De efficiëntste of de goedkoopste zonnepanelen?▲

Alle fotovoltaïsche zonnepanelen werken volgens hetzelfde principe. Invallend zonlicht maakt elektrische ladingen vrij in het halfgeleidermateriaal van de zonnecellen. Een elektrisch veld in dit materiaal dwingt de vrijgemaakte elektronen vervolgens in één richting, zodat een gelijkstroom ontstaat. Een omvormer, ook wel inverter, zet de zonnestroom om in wisselspanning.

Jarenlang lag de nadruk bij de zonnemodulefabrikanten op het verbeteren van het rendement van de zonnepanelen. Sinds de opmars van de Chinese zonnepanelenmakers ligt de focus op goedkope massaproductie. PV-panelen zijn nu een echte commodity, verkrijgbaar in bulk.

De Amerikaanse merken SolarCity en Sunpower en het Japanse Panasonic zetten de prestigestrijd om het meest efficiënte zonnepaneel desondanks voort. Sunpower doorbrak medio 2016 als eerste de grens van 24 procent. Met zuiverder grondstoffen, coatings die het zonlicht beter invangen, omvormers met lage energieverliezen en exotische combinaties van meerdere soorten halfgeleidermateriaal (in één multi junction-zonnecel) blijft ook de wetenschap de grenzen verleggen. De theoretische limiet, voor siliciumzonnepanelen, is 32 procent omzettingsrendement van zonlicht naar elektriciteit. Voor multi junction-zonnecellen ligt de grens bij 68 procent.

Deze (Shockley–Queisser)-grens is niet keihard. Met concentratie van zonlicht of met halfgeleiders die per ingevangen foton meerdere elektronen vrijmaken zijn hogere rendementen denkbaar.

Zonnepanelen in bulk en micro-omvormers in de schaduw

Het rendement van de zonnepanelen in serieproductie loopt uiteen van 15 tot 20 procent. De efficiëntste panelen zijn duurder maar leveren per vierkante (dak)oppervlak ook meer wattpiek, en dus meer duurzame stroom.

Hoogefficiënte zonnepanelen maken in zonneraces of in satelliet-toepassingen het verschil. Als ruimtegebrek geen rol speelt zijn de minder efficiënte volumepanelen financieel aantrekkelijker. De kwaliteit van de Chinese zonnepanelen is in de regel goed op orde en de meeropbrengst van de topzonnepanelen weegt bijna nooit op tegen de hogere kostprijs.

Los van de efficiëntie van de apparatuur hebben ook simpele omgevingsfactoren grote impact op de opbrengst van zonnepanelen. Herfstbladeren, vogelpoep en de schaduw van een kleine schoorsteen beperken niet alleen de stroomproductie van de getroffen zonnecel maar vaak die van de hele installatie. Moderne thin film-zonnepanelen en micro-inverters die de stroomopbrengst per individuele module optimaliseren, beperken de impact van gedeeltelijk bedekte zonnepanelen.

De werking van een zonnepaneel. De halfgeleider silicium is bewust gedoopt met vervuilende elementen die de mobiliteit van de elektronen vergroten.

Een micro-omvormer beperkt de impact van schaduw of vuil.

Mono-kristalijne, polykristalijne en amorf silicium PV-panelen.

Verwarmen, ventileren én koelen met zonne-energie▲

Voor de opmars van de halfgeleiderindustrie was de zon vooral een duurzame bron van warmte. Inmiddels is elektriciteit opwekken met zonnepanelen economisch aantrekkelijker maar ook douchen en verwarmen op zonne-energie is goed voor milieu én portemonnee.

Duurzaam douchen met een zonneboiler▲

De werking van zonnewarmtesystemen is simpel; een donker gekleurd materiaal neemt zonlicht op en geeft de warmte door aan stromend water. Dat kan al met een zwarte tuinslang voor een zwembad (kijk uit met legionella).

Voor zonnecollectoren gelden dezelfde vuistregels als voor fotovoltaïsche zonnepanelen. Twee keer zoveel oppervlak is twee keer zoveel bruikbare warmte en een gekantelde collector (in ons halfrond richting het zuiden) levert het meeste op. Wel zijn zonneboilers drie tot vier keer beter in het omzetten van zonlicht in bruikbare energie dan fotovoltaïsche zonnepanelen. Een zonnecollector voor warm tapwater haalt een efficiëntie van 60 tot 80 procent.

Verschillen in zonnecollectoren: Heat pipes, flat plate of PVT?

De bekendste toepassing van zonnewarmte voor thuis is een zonneboiler, met zonnecollectoren op het dak en een warmwaterbuffer op zolder. De (antivries)vloeistof die door de zonnecollectoren loopt, brengt zijn warmte via een warmtewisselaar over op het tapwater in het buffervat. Een combiketel op aardgas stookt het warme water zo nodig verder op. Zo krijgt legionella geen kans en is de douche altijd warm.

Zonnecollectoren zij er in twee varianten; flat plate en glazen heat pipes. De vacuumgeïsoleerde heat pipes, die met (nano)coatings het volle lichtspectrum van de zon absorberen, zijn duurder maar vooral in de koude seizoenen efficiënter dan vlakkeplaatcollectoren. Door de ronde vorm van de vacuumbuizen valt de zon bovendien gedurende de hele dag loodrecht op de heat pipe.

De meeste zonneboilersystemen in Nederland zijn zo gedimensioneerd dat huishoudens de helft van het gasverbruik voor douchen en afwassen uitsparen. Sommige systemen voeden ook een hot fill-wasmachine voor kleding.

De heatpipe en flat plate zonnecollectoren zijn beide te combineren met fotovoltaïsche zonnecellen. Zo’n hybride zonnepaneel, of photovoltaic thermal (PVT)-module, produceert op dezelfde vierkante meter dakoppervlak tegelijkertijd duurzaam warm tapwater en hernieuwbare zonnestroom. 

https://youtu.be/96WqrcK2OmM

Uitleg over de verschillende vormen van zonnecollectorsystemen. Gericht op een Australisch publiek, tips over plaatsing richting de zon dus omdenken. 😉

https://youtu.be/eFuQIaZsafA

Gedetailleerde info over aansluiting zonnecollectoren op warmtebuffer en centrale verwarmingsinstallatie. 

Een warm huis en klimaatbeheer op zonne-energie▲

Ruimteverwarming in huizen en kantoren met zonnecollectoren is gezien de Nederlandse seizoensvariatie minder aantrekkelijk. Warm douchen doe je het hele jaar. Stoken vooral ‘s winters, als de zonkracht juist laag is.

Het energieverbruik voor ruimteverwarming ligt in ons land bovendien 3 tot 4 keer zo hoog als voor douche- en tapwater. Op het dak en binnenshuis moet dus ook ruimte zijn voor extra collectoren en een groot buffervat. In moderne of gerenoveerde woningen, met goede isolatie en lagetemperatuur-radiatoren of vloerverwarming, is ruimteverwarming met een zonneboiler wel een optie. In die setting kan de zonnewarmte zonder naverwarming op aardgas de CV-leiding in.

Naast zonnecollectoren voor thuis zijn er ook grote projecten die via het stadswarmte net energie leveren aan hele wijken of steden. Almere heeft sinds 2011 een zoneiland dat met 520 standaardzonnecollectoren in 10 procent van de warmtebehoefte van 2.700 woonhuizen voorziet. In Deense steden leveren grote velden vol collectoren, gekoppeld aan een enorme warmwaterbuffer voor seizoensopslag, jaarlijks zelfs tot 50 procent van de warmte voor huishoudens.

Passivhaus, zonneschoorsteen en Trombe-wall

Wie zijn huis of kantoor duurzaam wil verwarmen met zonne-energie kan kiezen voor een zonneboiler of voor een warmtepomp, boiler of infraroodpanelen op zelfopgewekte zonnestroom. Het beste zonnewarmtesysteem is echter het gebouw zelf, mits goed ontworpen. Met slim gebruik van dakramen, zonnewering, luchtkanalen en dikke zware muren (of faseveranderende materialen, PCM’s) is een gebouw zo te construeren dat er praktisch geen actieve klimaatbeheersing nodig is.

Het van oorsprong Oostenrijkse Passivhaus-concept maakt gebruik van de omgevingsenergie die door het jaar heen beschikbaar is. Dat leidt bijvoorbeeld tot overhangende daken. In de winter, als de zon laag staat en de warmte welkom is, komt de zonnewarmte onder het dak door volop binnen. In de zomer schermt de overhang het huis af, voor de dan ongewenste zonnehitte.

Als zonlicht door de ramen niet voldoende energie levert, is een Trombe-wall een alternatief. Zo’n simpele luchtverwarmer, een zwartgeschilderde plaat achter glas, brengt met opgevangen zonnewarmte een natuurlijke trek op gang. In de winter gaat de opgewarmde lucht via een luchtkanaal terug naar binnen. In de zomer werkt de Trombe-muur als een hitteschild. Dan gaat de door de absorber opgevangen zonnehitte via een ander kanaal direct naar buiten. Zo ontstaat een zonneschoorsteen die het huis ventileert zonder stroomverbruik. Met een waternevel bovenin werkt zo’n schoorsteen ook als energiezuinige gebouwkoeling en airconditioning.

Vuistregels voor het ontwerp van een Passivhaus. Wederom gericht op een Australisch publiek, tips over plaatsing richting de zon dus omdenken. 

Het aan de TU Eindhoven en TU Delft ontwikkelde Earth, Wind & Fire-systeem maakt gebouwen (bijna) energieneutraal met behulp van een zonnegevel, passieve ventilatie, warmteopslag en evaporatiekoeling.

Stoomturbines en industrie op gespiegeld zonlicht▲

Zonne-energie is overal beschikbaar maar de zoninstraling per vierkante meter is beperkt. Met behulp van spiegels en lenzen is het zonlicht te bundelen. De omzetting van de geconcentreerde zonne-energie is daarna efficiënter, of de bruikbare zonnewarmte breder toepasbaar.  

CSP-zonnecentrales met ingebouwde energieopslag▲

Wie ooit een fikkie heeft gestookt met een vergrootglas, weet dat je de energie in zonlicht kunt bundelen op een heel klein oppervlak. Concentrated solar power (CSP)-systemen zijn gebaseerd op dit principe. In plaats van op een oude krant, mikken CSP-centrales alle zonkracht op een warmtewisselaar.

De geconcentreerde zonnehitte warmt daarin water, olie of vloeibaar zout op tot temperaturen van 500 à 600 graden Celsius. Heet genoeg om een conventionele stoomturbine aan te drijven.

Afgezien van de duurzame warmtebron werkt een zonnekrachtcentrale precies als een elektriciteitscentrale op steenkool of biomassa. Dat maakt hybride stroomproductie mogelijk, bijvoorbeeld met een ketel op snoeihout, die bijspringt als de zonnewarmte tekortschiet, of een geothermische centrale die zijn output verhoogt met naverwarming door de zon. Ook turbines op aardgas of biogas sluiten naadloos aan op een CSP-centrale.

Naast de hybride vormen van elektriciteitsproductie met geconcentreerd zonlicht zijn de CSP-centrales te voorzien van grote geïsoleerde warmtebuffers. Daar slaan beheerders hete olie of gesmolten zout op voor gebruik later op de dag, als de stroomvraag hoger is. Thermische zonnecentrales kunnen met deze goedkope energieopslag dag en nacht op afroep duurzame elektriciteit leveren.

Zonnetorens, parabolische spiegels en fresnel-lenzen

Wie terugdenkt aan het brandgevaarlijke vergrootglas weet dat het zonlicht zeer precies gericht moet worden om een fikkie te stichten. Actief volgen van de zon is essentieel voor de werking van concentrated solar power-centrales. De meeste zonthermische energiecentrales werken met spiegels. Dat kunnen vlakke spiegels (heliostaten) zijn, die over beide assen meedraaien en het invallende zonlicht richten op een centrale toren.

Andere CSP-centrales werken met parabolische spiegels (trogspiegels) die de zonkracht focussen op een centrale buis waarin de werkvloeistof stroomt. Een bijzondere vorm van CSP is de solar updraft tower van EnviroMission, een gigantische zonneschoorsteen plus kas. Opgewarmde lucht blaast hierin omhoog door windturbines.

Het concentreren van zonlicht verhoogt ook de opbrengst van elektrische zonnecellen. Concentrated photovoltaic (CPV)-systemen bundelen het zonlicht doorgaans met lenzen in plaats van spiegels. Met fresnel-lenzen of holografische folies persen CPV-concepten het uiterste uit hoogefficiënte triple-junction-zonnecellen. Een duur zonnecelmateriaal hoeft zo maar een paar vierkante millimeter groot te zijn om toch veel duurzame elektriciteit op te wekken.

Net als bij de platte PVT-panelen is tegelijkertijd zonnestroom en zonnewarmte opwekken ook met geconcentreerd zonlicht mogelijk. Computerspecialist IBM brengt een hybride CSP/CPV-systeem op de markt dat zo 80 procent van de energie in het invallende zonlicht omzet in bruikbare warmte en hernieuwbare elektriciteit. IBM zet hierbij eigen koeltechniek voor supercomputers in.

Ook in de industrie en voor waterbedrijven biedt de hoogwaardige warmte uit zonthermische CSP-centrales mogelijkheden. In plaats van het aandrijven van een stoomcyclus voor elektriciteitsopwekking is de stoom direct bruikbaar in chemische reactoren en ontziltingsfabrieken voor zeewater. Het Duitse bedrijf Industrial Solar heeft zich gespecialiseerd in fresnel-spiegelsystemen voor de chemische industrie, medicijnproductie en de voedingsmiddelensector. Het Amerikaanse Glasspoint werkt met Shell en de Nederlandse kassenbouwer Kubo aan CSP-centrales die de productie van ruwe aardolie in Oman en Californië energiezuiniger maakt.

Introductie tot de verschillende vormen van concentrated solar power. Veel CSP centrales bufferen zonnehitte en leveren elektriciteit wanneer de stroomvraag het grootst is.

https://www.youtube.com/watch?v=JVB9_3IKIAE

IBM en Airlight Energy ontwikkelen een CSP-concept dat met een rendement van 80 procent warmte en zonnestroom levert.

Areva bouwt fresnel-zonnecnetrales die zelfs kolenstroom duurzamer maken.

Glasspoint en Shell maken dikke ruwe olie in Oman vloeibaar met stoom opgewekt door trogspiegels. Glastuinbouwkassen dienen als bescherming tegen rondwaaiend woestijnzand.

De voor- en nadelen van zonne-energie▲

Alle opties om (duurzame) energie op te wekken hebben sterke en zwakke punten. De voor- en nadelen bepalen waar en wanneer zonnestroom, zonnewarmte of een combinatie van beide is te verkiezen boven andere energiebronnen. 

De voordelen en nadelen van zonnepanelen▲

De specifieke voor- en nadelen van zonnepanelen voor thuis, op de zaak en in het vrije veld.

De voor- en nadelen van zonneboilers▲

De voors en tegens van warm douchewater en duurzaam comfort uit zonnecollectoren.

De voor- en nadelen van CSP-energiecentrales▲

De specifieke voors en tegens van grootschalige zonthermische energieopwekking, met door lenzen of spiegels geconcentreerd zonlicht.

Zonne-energie en PV-productie in Nederland▲

Nederland heeft geen grote positie in de markt voor volumezonnepanelen. Wel kent ons land veel fabrikanten van zonneboilers en zijn we een leverancier van high tech voor de mondiale PV-industrie. 

Rotterdam is een van de belangrijkste doorvoerhavens voor zonnepanelen maar de zonnesector in Nederland zelf is relatief klein. Overheidssteun voor zonne-energie was jarenlang alleen voor huishoudens aantrekkelijk. Pas nu komen de eerste projecten op megawatt-schaal van de grond.

Al in 2012 bereikte Nederlandse zonnestroom grid parity. Dankzij de relatief hoge energiebelasting was Nederland een van de eerste landen waar elektriciteit uit eigen zonnepanelen ‘achter de meter’ even duur (of goedkoper) is als stroom van de energieleverancier. De gunstige terugverdientijd bleef echter beperkt tot huishoudens. Dankzij de gestaffelde energiebelasting (grootverbruikers betalen een fractie van de belasting die geldt voor huishoudens) was de businesscase van zonnepanelen voor ondernemers en projectontwikkelaars niet rond te rekenen.

Inmiddels lukt dat via de Stimulering Duurzame Energieproductie (SDE+) en postcoderoosprojecten beter. Geholpen door de sterk gedaalde kostprijs van zonnepanelen, de wens van dakloze huishoudens om toch zonnestroom op te wekken en de aanhoudende weerstand tegen windmolens, neemt de schaalgrootte van zonne-energieprojecten eindelijk ook in Nederland toe.

In bijvoorbeeld Duitsland gaf het subsidiesysteem altijd de voorkeur voor grote zonneparken en grote zonnedaken op boerenschuren. Dankzij vaste feed-in tarieven bouwde Duitsland in sneltreinvaart een grote thuismarkt en een serieuze zonnepanelenindustrie op. Die industrie stortte met de opmars van de goedkope Chinese zonnepanelen echter ook weer in. Desondanks produceert Duitsland nu een 7 à 8 procent van zijn elektriciteit met PV. Nederland haalt, in praktisch hetzelfde klimaat, 1 à 2 procent.

Onderzoek en ontwikkeling van zonnepanelen in Nederland

Ondanks de geringe thuismarkt heeft Nederland een respectabele positie in onderzoek en machineproductie voor de PV-industrie opgebouwd.

Met instituten als ECN, TNO, Amolf, Imec en Solliance doet Nederland ontwikkelingswerk voor de volgende generaties zonnecellen. Solliance en Imec zijn gespecialiseerd in de ontwikkeling van thin film-zonnecellen, die met weinig materiaal toch een hoog rendement halen. Het gaat dan om dunnelaags-zonnecellen van conventionele halfgeleidermaterialen als silicium, gallium en seleen maar ook om organische zonnecellen en fotovoltaïsche cellen op basis van perovskiet-kristallen. 

ECN en Amolf werken mee aan productiesystemen die de conventionele zonnepanelen goedkoper, efficiënter en schaduwtolerant maken. Ook werkt ECN aan dubbelzijdige (drijvende) zonnepanelen, terwijl TNO samen met Strukton een betonnen zonnecelmodule (Solaroad) ontwikkeld voor gebruik in fietspaden en wegen. Ondersteund door de kennisinstituten ontwikkelen Nederlandse machinebouwers productieapparatuur voor grote klanten uit de wereldwijde zonnepanelenindustrie.

Bedrijven die zelf conventionele zonnepanelen maken, zijn in Nederland op een hand te tellen en produceren samen enkele tientallen megawatt aan zonnevermogen per jaar. De grootste, Solland te Heerlen, is na een faillissement doorgestart onder de vlag van het Chinese Trina Solar. In de omvormermarkt heeft Nederland wel enkele wereldspelers. Plannen om in Nederland silicium voor de solarmarkt (The Silicon Mine) te produceren zijn ondanks forse subsidies niet van de grond gekomen.

Zonneboilers en building integrated photovoltaics

Het aandeel zonnestroom op de Nederlandse elektriciteitsnetten zal de komende jaren nog meermaals verdubbelen maar het ligt niet voor de hand dat Nederland ooit nog een grote industrie voor standaard zonnepanelen zal opbouwen. Wel zijn er in Nederland veel startups en MKB-ondernemers actief met de productie van esthetische niche-zonnepanelen. Deze building integrated photovoltaics (BIPV)-panelen zijn onopvallend verwerkt in dakpannen, doorzichtige glazen ruiten en zonnefolies voor gevelelementen. Met deze oplossingen komt zonne-energie ook voor monumenten, beschermde stadsgezichten en moderne architectuur binnen handbereik.

In contrast met de kleine zonnepanelenindustrie kent Nederland een groot aantal producenten van zonnecollectoren en zonneboilersystemen. Sinds de ontdekking van de aardgasbel kent Nederland veel producenten van CV-ketel. Bijna al die bedrijven hebben nu ook zonneboilers in het assortiment. Daarnaast zijn er middelgrote bedrijven die uitsluitend zonnewarmtesystemen leveren.

Uitdagingen voor blijvende groei zonne-energie▲

De inzet van zonne-energie groeit al jaren exponentieel. Die groei zwakt nog lang niet af maar brengt wel nieuwe uitdagingen mee. Kan het nog goedkoper? En hoe brengen we de zon naar de nacht?

Nog geen 50 jaar geleden was een zonnecel alleen bereikbaar voor de ruimtevaart. Nu is er in de zonnige werelddelen geen goedkopere energiebron dan zonnepanelen. Net voor de eeuwwisseling was er in de hele wereld 1.000 megawatt aan zonnepanelen geïnstalleerd. In 2016 doorbrak de zonne-energiesector de grens van 300.000 megawatt. 

Tegelijkertijd zijn de prijzen voor zonnestroom gigantisch gedaald. Records sneuvelen in het Midden-Oosten en Zuid-Amerika aan de lopende band, tot inmiddels onder de 2 eurocent per kilowattuur. 

De prijs van zonnepanelen nadert de kostprijs van de grondstoffen die voor de productie nodig zijn. De omzettingsrendementen van zonlicht naar elektriciteit blijven ondertussen verbeteren, maar naderen ook de efficiëntie die volgens de theorie maximaal haalbaar is. De kostprijs van zonnepanelen is verder te drukken door te kiezen voor goedkopere grondstoffen of simpelweg minder materiaal te gebruiken. Op die vlakken vindt veel innovatie plaats, maar de kostprijs van de panelen is nu al niet meer de bepalende factor voor prijs van zonnestroom. Naarmate de panelenprijs zakt is het aandeel in de uiteindelijke kilowattuurprijs, en dus ook het effect van verdere kostendaling, kleiner.

Zonnekilowatt per manuur als nieuwe KPI

Hoewel de fabricage van zonnepanelen, bevestigingsmaterialen en vermogenselektronica grotendeels geautomatiseerd is, geldt dat allerminst voor de montage. Daarvoor zijn veel dure handen nodig. 

Zonnestroom in de EU vereist per megawatt twee voetbalvelden aan oppervlak. Daarop passen ±4.000 zonnepanelen en het kost een team vakmensen meerdere weken om die te plaatsen en aan te sluiten.

In landen zoals Dubai, met hoge zonkracht én relatief goedkope arbeid, is directe concurrentie met fossiele bronnen nu reeds een feit. In Europa, waar de zon 60 procent minder krachtig is en de lonen hoog zijn, slinkt het gat tussen de (subsidievrije) kilowattuurprijs van zonnestroom en de groothandelsprijzen voor elektriciteit snel. De laagste biedingen voor ontwikkeling van grote zonneparken in Duitsland en Denemarken komen nu uit op 4 à 5 eurocent per kilowattuur, de eveneens sterk gedaalde marktprijzen voor elektriciteit liggen op 3 à 4 cent per kWh.

Ervan uitgaande dat de efficiëntie van bulkzonnepanelen niet meer verdubbeld en effectieve CO2-beprijzing op zich laat wachten, is de arbeidsproductiviteit per zonnepaneleninstallateur de bepalende factor voor de businesscase van zonne-energie in de EU. Die productiviteit is te verhogen door zonne-energie anders te benaderen.

In de bebouwde omgeving kan dat door zonnecellen een integraal onderdeel te maken van elke renovatie en nieuwbouw. Dat betekent geen dakpannen meer leggen – en daar bovenop later zonnepanelen plaatsen – maar de waterdichte zonnepanelen direct als dakbedekking gebruiken. In veldopstellingen en op grotere platte zonnedaken kunnen robots een groot deel van het installatiewerk overnemen. Hetzelfde geldt voor de schoonmaak van zonnepanelen in droge gebieden. Daar houden veegrobots de panelen nu al effectief stofvrij, zonder daarbij schaars water te verbruiken.

Seizoensopslag en transport van zonnestroom

De verdere prijsdaling van zonnestroom is extra kritiek omdat zonnepanelen niet op afroep kunnen leveren. Net als bij windparken is de stroomopbrengst van zonneparken direct afhankelijk van het weer. Naarmate het aandeel van zonne-energie in de energiemix groeit, concurreren zonneparken steeds meer met elkaar. Als afnamegaranties wegvallen, is veel zonnestroom waardeloos zonder elektriciteitsopslag. De kosten van accu’s, andere vormen van opslag of transport over lange afstanden zijn daarmee een significant onderdeel van de werkelijke prijs van zonne-energie.

Ook hier is de EU in het nadeel ten opzichte van zonnige woestijngebieden, waar de zon het hele jaar door even hard schijnt. Waar concentrated solar power-projecten van nature energieopslag bevatten en de energie nog dezelfde week kunnen leveren, moet de EU de zonnestroom van de zomer naar de winter brengen. Dat kan eigenlijk alleen met dure power to gas-fabrieken of enorme warmwaterbuffers, die beide een laag rendement hebben.

Conclusie: Directe omzetting van zonlicht is eind deze eeuw verreweg de belangrijkste energiebron voor de wereldeconomie. Daar zijn milieuorganisaties, politici én olieconcerns het over eens. Hoe we de zonne-economie te zijner tijd precies hebben ingevuld is nog een vraagteken. Dat hangt af van de ontwikkeling van energieopslag en het belang dat we hechten aan energie-autonomie.

Het is goed denkbaar dat solarfuels, geproduceerd in gebieden met de beste zoncondities, uiteindelijk de meest rendabele optie zijn. Dan komt onze energie opnieuw uit de landen die nu fossiele olie leveren maar de geopolitieke macht van de aardoliedistributie komt nooit meer terug. De zon gaat voor niets op, en maakt elke poging tot een OPEC-kartel voor zonnebrandstoffen kansloos.