OliNo

Duurzame Energie

Het potentieel van zonne-energie in Nederland

Geplaatst door Marcel van der Steen in Zonne-energie Geef een reactie

In het boekje “Energie van brandhout tot zonnecel” schrijft Lucas Reinders een leuk artikel over zonne-energie en de potentie ervan in Nederland. Dit alles in slechts 8 pagina’s. Het leest verrukkelijk, en hij belooft mooie resultaten. Ik ben op zoek gegaan naar wat achtergrondinformatie en deel het totaal met jullie. Op naar de potentie van zonne-energie in Nederland.

/wp-content/uploads/2008/articles/potentie_zonne-energie_nederland_logo_small.jpg

Beschikbaarheid

Zonne-energie is populair. Dat weten we allemaal, als we maar eens gaan kijken wat de invloed van zon op de mens is op een mooie zonnige dag. Het geeft ons een positieve energie. Lucas stelt dat we zoveel zonne-energie dagelijks op de aarde krijgen, dat we er slechts 0,01 % van nodig hebben om in onze huidige energiebehoefte te kunnen voorzien. Ik kom zelf op 0,008 %.

Deze zonne-energie kunnen we als zonne-warmte of als elektriciteit afnemen of gecombineerd, de technologie is beschikbaar.

Schema toepassing PV

Figuur 1: Elektriciteit uit de zon, middels zonnecellen

Schema toepassing zonnecollectoren

Figuur 2: Warmte uit de zon, middels zonnecollectoren

Er zijn natuurlijk ook combinaties mogelijk, bijvoorbeeld een ‘fotovoltaïsch/thermisch PVT systeem’ en ook Concentrated Solar Power.
/wp-content/uploads/2008/articles/potentie_zonne-energie_nederland_csp_plaatje_small.gif

Figuur 3: Warmte en elektriciteit uit de zon, middels CSP

Schema toepassing PVT

Figuur 4: Warmte en elektriciteit uit de zon, middels PVT

Efficiency

Wat belangrijk is om de potentie te kunnen bepalen, is om te weten hoe efficiënt de energieopties zijn. Lucas komt met de volgende resultaten, en ik noem alleen die opties die voor Nederland direct van toepassing zouden zijn (dus nu geen CSP):

  1. Si-zonnecellen, gangbare panelen: 15 %, maar zijn duur
  2. Si-zonnecellen, panelen met dunne laag silicium op plastic: 8 %, en zouden goedkoper moeten zijn
  3. zonnecellen gebaseerd op exotische materialen (Indium, Germanium, Arsenicum en Gallium): 30 %
  4. dunne-film zonnecellen gebaseerd op exotische materialen: 13 %
  5. zonnecellen gebaseerd op nano materialen (titaaloxide): minder dan 10 %, mogelijk goedkoper dan klassieke Si-zonnecellen.
  6. PVT, elektriciteitsrendement van 15 % en warmterendement van 40 %, dit is, wel met iets lagere rendementen, ook terug te vinden bij producenten van PVTs.

Technisch potentieel in Nederland

Of zonne-energie (zonnecellen en/of zonne-collectoren) een goede toekomst tegemoet gaat, hangt af van de prijzen van fossiele brandstoffen en van de prijzen van de zonnecel zelf. Eigenlijk zou de vervuiler moeten betalen (zoals de leidraad is van de overheid), wat de prijzen van de fossiele brandstoffen hoger dan die van zonne-energie zou leggen (aldus Lucas), het gebeurt echter niet (voldoende).

Er is veel ruimte nodig om zonne-energie te oogsten; wanneer in Nederland alle gebouwen stelselmatig van zonne-collectoren worden voorzien, dan zou men daarmee meer dan 10 % van de huidige Nederlandse energiebehoefte mee kunnen voorzien.

Zouden de efficiënste zonnecellen (20 % rendement) worden geplaatst op gunstig gelegen Nederlandse daken, dan zou men meer elektriciteit produceren dan de bestaande elektriciteitscentrales in Nederland!

Dit statement van Lucas is te staven met wat ik op internet vind, bij NODE en ECN.

Uitdagingen

Gesteld kan worden dat Lucas’ uitspraak gedeeld wordt door zowel ECN alsook NODE; wanneer alle beschikbare ruimte voor zonnecellen benut zou worden, èn gebruik gemaakt wordt van flink verbeterde opbrengst per paneel (3x zoveel als nu), dan is de gehele Nederlandse energievoorziening van vandaag op te wekken met zonnecellen.

Toch is de uitdaging om ervoor te zorgen dat de efficiëntie van de panelen een factor drie omhoog gaat, van 100-130 Wp/m2 naar 300 Wp/m2. Ook zullen de kosten per paneel omlaag moeten, volgende NODE met een factor 3, om concurrerend te kunnen zijn met de huidige fossiele brandstofverbranding. De opwekkingsprijs per kWh is dan gelijk aan de huidige opwekkingsprijs met conventionele energiebronnen, die naar verwachting bovendien zal stijgen. ECN: om deze groei te bewerkstelligen is een stimuleringsbeleid van de overheid noodzakelijk, en wel voor tientallen jaren.

ECN stelt daarenboven nog dat buffering geregeld dient te worden (de zon schijnt namelijk niet altijd), evenals demand-side management en supply-side management (voldoende beschikbaarheid van snel regelbaar back-up vermogen).

De toekomst van PV in Nederland

Lucas stelt dat de prijzen van fossiele brandstoffen ertoe doen. Het ECN gaat veel verder in hun rapport en stelt dat PV tot 2030 een lager CO2-reductiepotentieel dan andere duurzame energiebronnen als offshore wind en biomassa, en PV kent relatief hoge kosten voor CO2-emissiereductie, namelijk rond de 600 €/ton (Menkveld, 2002). In het kader van klimaatbeleid is PV voor Nederland op de korte termijn nauwelijks van belang. Op lange termijn kan PV een bijdrage leveren aan de verduurzaming van de elektriciteitsvoorziening.

Het overheidsbeleid kan zich trouwens niet richten op het omlaag krijgen van de prijzen van de componenten, die overigens op wereldniveau worden bepaald; Nederland is daarvoor een te kleine speler. Mee helpen aan efficiency-verbeteringen van de componenten middels stimulatie van R&D en industriële activiteit kan wel, evenals bevorderen van integratie van zonnecellen in bebouwde omgeving (inclusief zonvriendelijke verkaveling bij de ontwikkeling van nieuwbouwwijken).

Voetnoten en achtergrond informatie

Energiebehoefte als deel van zonne-instraling

Uit een webpagina op Kennislink haal ik wat de zon produceert en wat de aarde bereikt. Dit laatste komt neer op 1,7 1017 Watt.

Uit een webpagina van Node haal ik dat het wereld-energieverbruik in 2005 wel 450 EJ bedroeg. EJ is hierbij Exa Joule ofwel 1018 Joule (Mega = 106, Giga = 109, Tera = 1012, Peta = 1015, Exa = 1018). Deze hoeveelheid is per jaar. Dus per seconde, om het vermogen Joule per seconde uit te rekenen, moeten we dit getal delen door het aantal secondes in een jaar. Dit komt uiteindelijk neer op 14 TW = 14 1012 J/s.

Welnu, het aandeel wat wij verbruiken (14 TW) t.o.v. wat binnenkomt van de zon (0,17 EW ofwel ongeveer 170.000 TW) is slechts 0,008 % dus ongeveer 0,01 %.

Efficiency Si-zonnecellen

ECN geeft een mooi overzicht over de rendementen van Si-zonnecellen:“De kristallijn silicium cellen zijn er in twee varianten: monokristallijn en multikristallijn. Cellen van het eerste type hebben een hoger rendement (tussen 15% en 17% van het invallende zonlicht wordt omgezet in elektriciteit), cellen van het tweede type zijn goedkoper, maar hebben een lagere efficiency (tussen 13% en 15%). Dunne-film cellen zijn per oppervlakte-eenheid goedkoper dan kristallijn silicium cellen, maar hebben een lager rendement: tussen 4% en 11%.”. M.b.t. de prijs stelt men: “Het nadeel van een lager rendement komt vooral naar voren bij het benodigde oppervlak om een bepaald elektrisch vermogen te installeren: hoe lager het rendement, hoe meer oppervlakte benodigd is. Per saldo is de prijs per eenheid vermogen van een PV-systeem (watt-piek of Wp) nauwelijks afhankelijk van het gebruikte celtype (de Moor, 2003).”

Efficiency PVT

Ik heb een tabel gevonden die een geheel overzicht geeft van wat er gerealiseerd is aan PVT systemen en wat er gaat komen. De aangegeven rendementen verschillen nogal. Ik zie gemiddeld een 10 % elektrisch- en 50 % warmte-rendement. Het elektrische rendenment is ook te beredeneren; er valt per jaar zo’n 1000 kWh per m2 op ons landoppervlak, en per m2 krijgen we met de huidige panelen maximaal 100 kWh. Dus totaal 10 %.

Het rendement van een zonnecollector is wellicht ook in te schatten. In een heldere brochure wordt uitgelegd op pagina 8 waar het collectorremendement zoal vanaf hangt (vooral van de afgifte temperatuur). Tevens vind je op pagina 18 een schema, wat aangeeft dat ook de dekkingsgraad belangrijk is in het systeemrendement. Totaal zou het systeemrendement liggen ergens tussen de 20 en 40 %.

Potentie zonnecellen

Op de site van Nederlands Onderzoekscentrum Duurzame Energie (NODE) vind ik een mooi achtergrondartikel over het potientieel: “Met de huidige zonneceltechnologie kan in Nederland ongeveer 100 kWh/m² jaar worden opgewekt. Daarvoor wordt een zonnepaneel geïnstalleerd van 130 Wp/m2; (Wp is de piek-afgifte in watts, bij ‘vol zonvermogen’, op een heldere dag tussen april en augustus). Dit is 10% van de instraling in Nederland, die 1000 kWh/m² bedraagt. Hier liggen nog grote mogelijkheden voor verbetering, want op langere termijn kan dit misschien 30 of 40% worden. Als we alle beschikbare dakoppervlak van woningen, ziekenhuizen, scholen, kantoren, enzovoorts zouden volzetten met zonnepanelen kunnen die met de huidige technologie in ongeveer 30% van onze elektriciteitsbehoefte voorzien. Gebruiken we de technologie van de toekomst dan is het 100%.”

Ook heb ik de site van ECN geraadpleegd. Hier vind ik een mooi rapport Energietechnologieën in relatie tot energiebeleid, wat het volgende stelt: “Het realistisch technisch potentieel voor PV in Nederland op basis van het beschikbare oppervlak wordt in (de Noord, 2003) als volgt ingeschat: een beschikbaar oppervlak van 400 km2 in de gebouwde omgeving, en 200 km2 voor specifieke PV-centrales op grote grondstukken verspreid over het land. Om deze oppervlaktes beter te kunnen interpreteren is het handig om het vermogen per oppervlakte te weten. Tegenwoordig is het vermogen van 1 m2 PV-module 100 Wp. Op de lange termijn (omstreeks het jaar 2050) kan dat 200 tot 300 Wp/m2 zijn. Met deze ranges is het mogelijk om het op de lange termijn beschikbare oppervlakte voor PV-systemen om te rekenen in vermogens. Een realistisch technisch potentieel in Nederland variëert zodoende van 80 tot 120 GWp voor PV in de gebouwde omgeving, en van 40 tot 60 GWp voor PV-systemen op land.” Wanneer je het Nederlandse binnenlandse verbruik van 2006 opzoekt op de website van het CBS dan komt dit neer op 112 x 109 kWh.

jaar rendement [Wp/m2] totaal voor Nl [GWp] totaal voor NL [kWh] % vh Nl energieverbruik
2006 100 60 48 109 43 %
2050 200-300 120-180 120 – 144 109 107 – 129 %

21 Reacties to “Het potentieel van zonne-energie in Nederland”

  1. Jeanne Eisenhut Says:

    Another good article, Marcel. Too bad I can’t understand all of it. (Hint, Hint) However, your graphics are outstanding, as usual, and clearly demonstrate your subject. I really think this is another article that would benefit the general public and should be published.

  2. Max Says:

    Ik kwam laatste deze site (http://www.greenandgoldenergy.com.au/) tegen. Dit bedrijf bouwt de zogenaamde SunCube. Via een lens met een grotere oppervlakte wordt zonlicht gefocust op een kleine zonnecel die een hoog rendement (35%) heeft. Best een goed idee. De website vind ik wel een beetje amateuristisch, het is niet echt duidelijk wat het spul moet kosten.

  3. marc Says:

    Hier iets meer info ivm opbrengst en kostprijs. Het bedrijf verkoopt alleen licenties volgens mij.

  4. marc Says:

    ‘http://thefraserdomain.typepad.com/energy/2007/04/updateon_theg.html’

  5. Floris Says:

    Zo’n potentieel aan zonne-energie mag je toch niet braak laten liggen. In Duitsland heeft men dat heel goed begrepen.

  6. Micks Says:

    De vraag is wel hoe je deze lovende verhalen gaat onderbouwen als ik je vraag wat we moeten doen als de zon niet schijnt en de paradox van minder energie nodig hebben in de zomer en meer in de winter.

  7. JeroenH Says:

    Zo lang het percentage zonnestroom nog vrij laag ligt is de wisselende invoeding (zowel dag/nacht als seizoensgebonden) niet zo’n groot probleem als het lijkt. Voor een gedeelte volgt de elektriciteitsconsumptie hetzelfde ritme, vooral doordat steeds meer airco’s geplaatst worden. Verder kunnen vooral gascentrales bij weinig vraag (en/of hoge zonnestroominvoeding) een tandje lager draaien waardoor gas bespaard wordt. Vergeet ook niet de problemen bij warm weer wanneer de centrales hun productie terug moeten schroeven omdat ze hun koelwater niet meer mogen lozen in het te warmte oppervlaktewater. Dat is juist de periode wanneer zonnestroompanelen hun grootste vermogen produceren.

    Zou het opgestelde vermogen zonnestroom sterk stijgen (ik zie het – helaas – niet gebeuren in de nabije toekomst) moet zeker worden nagedacht over energie-opslag. Dat kan op een aantal manieren:

    Plan Lievense:
    http://nl.wikipedia.org/wiki/Plan_Lievense
    (een oud plan wat periodiek weer eens van stal gehaald wordt)

    Vliegwielen:
    ‘http://en.wikipedia.org/wiki/Flywheelenergystorage’
    (is nog in ontwikkeling maar heeft zeer veel potentie)

    Energie-opslag in koelhuizen:
    ‘http://www.olino.org/articles/2007/02/11/koelhuizenbuffernightwind’
    (het klinkt alsof hier met relatief weinig middelen veel gedaan kan worden)

    Supercondensatoren:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Supercapacitor
    (mogelijk veel potentie, maar moet nog veel aan ontwikkeld worden)

    Waterstof:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_technologies
    (wordt vaak als een soort ‘verlosser’ gezien maar lijkt mij niet reeël, bij de omzetting energie->waterstof->energie gaat zeer veel energie verloren en waterstof is lastig te bewaren)

    Veel mensen denken bij opslag aan accu’s, maar dat kun je met de huidige accutechnologie vergeten, voor grote schaal althans.

  8. JeroenH Says:

    Heren Olino: jullie reactiesysteem gooit links naar websites nog wel eens overhoop, en ik kan het niet wijzigen…. In de bovenstaande post kloppen de links naar de koelhuizen en de vliegwielen niet.

  9. mvdsteen Says:

    Om toch nog terug te komen op opslag in batterijen, wat te denken van Vanadium redox flow batterijen. Er is een succesvolle implementatie op King Island en ook op andere plaatsen. Dit is een voorbeeld, wat nu ook gesponsored wordt in een project.
    Verder is het natuurlijk zo dat opslag nog niet overal aanwezig is, en is wellicht ook nog niet volwassen genoeg Dat is echter wel iets waar Nederland BV aan moet werken willen we op (lange) termijn duurzaam in onze energie willen voorzien en willen we een leefbaar klimaat hebben.
    Dit betekent voor mij acties voor burgers inclusief, door bijvoorbeeld zelf zonnecellen te installeren, deze te eisen bij (eigen) nieuwbouw, wellicht samenwerken voor windmolens te plaatsen, warmtepompen installeren, passieve huizen bouwen, isoleren etc etc.
    Zoveel mogelijk ook decentrale opwekking, omdat we straks (misschien 10, 20 of 30 jaar verder) geen gas meer willen gebruiken voor verwarming van onze huizen en wellicht aangewezen zullen zijn op elektriciteit die dan duurzaam moet zijn opgewekt.
    We weten dus dat er genoeg daken zouden zijn voor zonnepanelen in onze energie te laten voorzien, waar we in mijn ogen aan moeten werken voor invoer. En we weten ook dat we moeten werken aan opslag, omdat deze nog niet optimaal is (of misschien wel verre van).

  10. mvdsteen Says:

    @ JeroenH opmerking 8
    Je hebt gelijk met het reformatten. Het feit dat de links niet geheel goed gevisualiseerd worden ligt aan de markdown opmaak. Zie ook de tekst “comment markup help” dat je ziet onder “your message” veld wanneer je commentaar wilt invoegen. Je hebt toevallig in je URLs een stukje gehad dat van voor en achter een ‘underscore’ had, en dat stukje wordt dan schuin weergegeven. Wanneer je wilt dat een URL compleet zo wordt weergegeven zoals deze is, dan heb je twee opties.
    Optie 1, gebruik de markdown syntax voor een link, deze is: ‘link naar artikel over vliegwielen
    Dit houdt in dat je alleen de tekst link naar artikel over vliegwielen zult zien.
    optie 2, gebruik de backquotes \’ om de tekst heen, zodat deze precies zo wordt getoond zoals deze is en markdown zal niets interpreteren. Let op: gebruik altijd twee backquotes (dus 1 voor en 1 na het stuk tekst) want anders zal de gehele opmaak in de war raken.

    Ik heb inmiddels de twee links die het betreft met optie 2 behandeld.

    PS: als je slechts letterlijk 1 backquote wilt laten zien, zoals hier \’ dan moet je die backquote vooraf laten gaan door een backslash, deze zorgt er dan voor dat het karakter erna niet wordt geïnterpreteerd. Is het nog duidelijk?

  11. polderjongen Says:

    Soppen, Marcel.

    Wederom een mooie bijdrage. Ik heb ook liggen smullen van dat boekje van Reijnders, verplichte kost (zwaar onderschat, deze man…).

    PVT is leuke ontwikkeling, maar de eisen van PV en zon-thermisch zijn dermate verschillend dat combinatie een groot probleem is. Als het al lukt ben ik erg benieuwd naar de levensduur. Een bedrijf wat we laatst bezochten gaat een proefveld aanleggen met: (a) alleen PV, (b) alleen zon-thermisch, (c) gecombineerd PVT. Kijken wat de rendementen per identieke oppervlakte eenheid zijn. We zijn zeer benieuwd…

    Ga zo door. We moeten het in Nederland (in en in triest, maar ook wel weer heel erg apart) van de particulieren hebben om zonnestroom nog enigzins levend te houden.

    Tijd voor revolutie. Die begint meestal met ontzettend eigenwijze mensen die in het begin uitgekotst worden, en later op een sokkel worden geplaatst… ;-)

  12. Frans Says:

    Even taalkundig zeuren: het gangbare begrip is “het potentieel van zonne-energie” met potentie wordt meestal toch wat anders bedoeld ;-)

  13. mvdsteen Says:

    Thanks Frans, is aangepast.
    Nu niet meer zeuren okee ;-)

  14. polderjongen Says:

    Ben net terug van Intersolar 2007 (Freiburg). Soppen.

    PVT producent: SES.

    Website werkt nog niet. Interessante vergelijking gelijke oppervlakte met opbrengsten alleen PV, alleen zon-thermisch, en combinatiepaneel.

    Foto van de module op mijn fotopagina, onder hoofdje “PV modules groot, klein…”:

    http://www.polderpv.nl/Intersolar2007.htm

    Grote foto upon request.

  15. Job Swens Says:

    Volgens mij is het toch zo: ‘dat we er slechts 0,01 % van nodig hebben om in onze huidige energiebehoefte te kunnen voorzien’. Dit volg ook uit jouw eigen berekening:
    14 / 170 000 = 0,00008 = 0,008% (niet 0,08%) => 0,01%

  16. mvdsteen Says:

    @ Job,
    Je opmerking klopt. Ik zal de fout aanpassen. Bedankt.

  17. Herman Says:

    Zoals jeroenH allemaal opslag systemen noemt en de allerbelangrijkste gewoon MIST! Schande…

    De VRB systeem zoals mvdsteen zegt… is een TOP systeem. Het is nog betamelijk nieuw vanwege de langzame ontwikkeling door de patenten die een canadees bedrijf heeft in het systeem.

    Maar het VRB systeem is het meeste efficient en kostendekkend en makelijk te onderhouden systeem.
    “Vanadium redox flow batterijen” dus zeg maar.

    Hiermee kun als buffer spelen met windmolens en PV.
    Ik hoop dat dit systeem later kleinschalig op de markt komt voor inbouw in stand alone groene huizen.

    Zelf droom ik een beetje van een huis die alleen nog maar internet verbinding nodig heb en TV. ( zelf ook water recycling systeem in huis wat gevoed is door groene stroom ) majhaaa.. als je zown huis gaat ontwerpen….

    In ieder geval is de technologie er gewoon.. Maar heb alle systemen nog niet samen zien werken! :(

  18. Johan Trip Says:

    Het Nederlandse bedrijf SolarPlaza organiseert op 22 april 2009 de eerste grote zonne-energie conferentie van deze eeuw in Nederland. Uit de hele wereld komen die dag Nederlandse ondernemers uit de zonne-energiebranche naar Rotterdam voor de conferentie ‘The Solar Future – Investeren in zonne-energie. Wat gebeurt er in de rest van de wereld?’ Door ondernemers, investeerders en andere belangstellenden voor zonne-energie bijeen te brengenwil SolarPlaza een breed publiek informeren en vooral inspireren met de laatste internationale ontwikkelingen en trends.

    Meer informatie: http://www.thesolarfuture.nl

  19. Pim van Diemen Says:

    Is het ook mogelijk om door middel van de directe energie van de zon een eitje te bakken?

  20. Renaat Says:

    @ Pim,

    ja, dat is mogelijk. Zoek maar eens op zonneoven (of sunoven) en je vindt een massa informatie. In ons klimaat is dat wel een minder interessante mogelijkheid, maar in zuiderse landen met meer zonneschijn is er zeer veel mogelijk met rechtstreekse zonne-energie.

  21. Henk Says:

    ik wil graag weten wat de hoeveelheid zonne-energie in Nederland is?

Geef een reactie

 

WP Theme & Icons by N.Design Studio
Gebruiksvoorschriften | Privacybeleid Adverteren Entries RSS Comments RSS Log in