Tot aan de horizon zonnepanelen die met de zon meedraaien, of holle spiegels die stoommachines aandrijven. Het klinkt futuristisch maar zonnecentrales voor elektriciteit bestaan al in Europa. Technici denken nog na over de inzet van woestijnen als schatkamer van zonne-energie.
Duitsland, Spanje en Portugal pakken zonne-energie groots aan. Daar staan namelijk zonnecentrales: enorme installaties van zonnepanelen die elektriciteit opwekken. Californië heeft een zonthermische centrale. Die bundelt zonlicht met holle spiegels, om vloeistof op te warmen en stoom te ontwikkelen. Met stoomkracht wordt vervolgens een turbine aangedreven. In Spanje is zo'n
Concentrated Solar Power-centrale in aanbouw.
Elke zonnecentrale vergt wel een flinke investering. Bovendien maken sommige technieken gebruik van gebundeld of concentreerd zonlicht. Dat werkt alleen met fel direct zonlicht. In Nederland kan dat niet omdat daglicht hier veelvuldig via wolken of anderszins diffuus de Nederlandse bodem bereikt.
Mega-installaties
Torenhoge investeringskosten hebben tot nu toe voorkomen dat ideeën voor mega-installaties in woestijnen werkelijkheid worden. Eenderde van het landoppervlak van de aarde is woestijn. De hoeveelheid zonne-energie die daarop valt, is vele malen groter dan de wereldwijde energieconsumptie - het potentieel is dus enorm.
Zonnecentrale en milieu
Zonnecentrales verminderen broeikasgassen net als de particuliere installaties, omdat ze het gebruik van fossiele brandstoffen verlagen. Maar de grote zonnecentrales hebben ook nadelen. Het transport van de opgewekte stroom vergt lange hoogspanningsleidingen in het landschap; zonnecentrales bezetten daarnaast veel landoppervlak. Dat beïnvloedt lokale flora en fauna. Of ecosystemen invloed ondervinden 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 is dat ze veel water nodig hebben om de stoom in de turbine af te koelen. Elke 1000 kWh vergt 3 m3 water, dat niet beschikbaar is voor hergebruik omdat het gewoon verdampt. Zeker in woestijngebieden is dit een fors bezwaar.
Zo werken zonnecentrales
Standaard zonnepanelen bevatten zonnecellen waarin een zogeheten photo-voltaïsche reactie plaatsvindt: licht wordt er omgezet in elektrische spanning. Daarom heten zonnepanelen ook wel fotovoltaïsche (in Engels photo voltaic), of PV-systemen. Als van het zonlicht vooral warmte ingezet wordt om elektriciteit op te wekken, dan gaat het om een zonthermisch systeem. Er zijn drie typen zonnecentrales in gebruik: grootschalige zonnepanelen,
Concentrated Solar Power en geconcentreerde zonnecelcentrales.
Kijk voor uitleg over particuliere systemen op
Zonnepanelen of op
Zonneboilers.
Grootschalige zonnepanelen
Vanwege gunstige subsidieregelingen, hebben Spanje en Duitsland grote installaties met duizenden vierkante meters zonnepanelen gebouwd. Het vermogen van zo'n centrale bedraagt meer dan 1 MWp (mega watt-peak). Eén MWp is 1 miljoen watt-peak. Dat komt overeen met het vermogen van zonnepanelen op 4000 woningen samen (met een gebruikelijk vermogen van 500 Wp). Portugal is in 2007 begonnen met de bouw van een installatie van 62 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
Als je zonlicht samenbundelt op één klein punt, dan concentreert de lichtenergie zich en kan de temperatuur snel hoog oplopen. Als je daarmee water aan de kook krijgt, levert dat stoom op. 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.
Zonnetrog
In Spanje staan bijvoorbeeld zonnetroggen. Grote holle spiegels in de vorm van een trog 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 aan de kook raakt. De druk die door de stoom ontstaat, drijft vervolgens een turbine aan, en die produceert ten slotte elektriciteit.
Zonnetroggen zijn in Californië al sinds 1985 commercieel in gebruik. In Spanje zijn twee trogcentrales in aanbouw, van elk 50 Mwatt.
Geconcentreerde zonnecelcentrales
Net als bij CSP-centrales gebruiken geconcentreerde zonnecelcentrales bundeling van licht om het op een klein oppervlak te concentreren. Dat doen ze met spiegels die geplaatst zijn als schotels. Verschil met CSP is dat hierbij elektriciteit ontstaat door een photo-voltaïsche reactie in een zonnecel, en niet door warmte. De spiegels reflecteren het licht op een klein verzamelpunt van speciale, hoogefficiënte zonnecellen.
Meer oogsten
Met een heel klein paneeloppervlak valt met geconcentreerde zonnecentrales meer energie te oogsten. Een zonneschotel van 35 duizend watt-peak (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 PV-systemen hebben een vermogen tussen 10 mega watt-peak (10 miljoen watt-peak) en enkele giga watt-peak (1 giga watt-peak is 1 miljard watt-peak).
Er bestaan ideeën voor enorm grote geconcentreerde zonnecentrales in woestijnen. Eenderde van het landoppervlak bestaat namelijk uit deze 'schatkamers' van zonne-energie. Woestijnen zijn dunbevolkt en hebben een hoge zoninstraling. 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: diffuus zonlicht
Voor de concentratie van zonlicht of zonnewarmte is direct zonlicht nodig. In Nederland zijn technieken als geconcentreerde zonnecentrales of CSP-centrales lastig te realiseren omdat zonlicht hier veel vaker dan in zuidelijke landen via wolken of anderszins diffuus het aardoppervlak bereikt.
Meer informatie
- De stichting ter bevordering van Grootschalige Exploitatie van Zonne-Energie geeft uitgebreide uitleg over de werking van zonnesystemen www.gezen.nl.