… maar niet durfde te vragen. Met deze parafrase op een bekend gezegde willen we aangeven, dat we het over minder bekende aspecten van de steeds maar populairder wordende blauwzwarte dakbedekkingen willen hebben.
Het heeft jaren geduurd, maar nu is het zover: zonnepanelen beginnen stormenderhand onze daken in te nemen. Ze zijn aardig op weg om, zeker voor de doorsnee consument, de populairste vorm van alternatieve energie te worden. Om begrijpelijke redenen van investering en ruimtelijke ordening blijven windturbines en waterkrachtcentrales voor vernoemde doorsnee consument buiten beschouwing, maar er zijn ook de zonneboilers en de warmtepompen die aardig hun werk doen maar (nog) niet kunnen nippen aan de marktpenetratie van de zonnepanelen.
Aan het succes van die blauwzwarte dakbedekkingen zijn steunmaatregelen van de overheid zeker niet vreemd, evenmin als het feit dat een teveel van stroom die u als verbruiker in het elektriciteitsnet stuurt u wordt terugbetaald door de energieproducenten. Maar zoals we verder zullen zien, lagen vooral milieuargumenten aan de basis van de opkomst van het zonnepaneel.
Eerst en vooral geven we een kort overzicht van de oorsprong van zonnepanelen. En die zijn behoorlijk wat ouder dan algemeen wordt aangenomen. U zult zien dat ook op dit gebied geldt, en dat kan in dit geval letterlijk genomen worden, dat er niets nieuws onder de zon is.
In 1839 stak de Franse fysicus Alexandre-Edmond Becquerel twee platina staven in een bakje water waarin een weinig zout was opgelost en richtte een lichtstraal op één van de twee staven. Waarom hij dit deed, weet geen mens, nog minder dan waarom hij zijn lampje richtte op één van staven en niet allebei en waarom hij zijn staven verbond met een voltmeter. Laten we het houden op een geval van serendipiteit, het mooie woord waarmee bedoeld wordt het ontdekken van iets waarnaar je niet op zoek was. In alle geval, Becquerel stelde vast, dat na het aanknippen van zijn lamp er een heel zwakke elektrische stroom liep van de ene naar de andere staaf. Hij experimenteerde verder en schreef alles neer in enkele artikels. Hij had ontdekt, dat licht het ontstaan van elektrische stroom kan veroorzaken. Wat je ermee kon doen, daarvan had hij geen idee.
Jaren later, in het jaar 1883, was de Amerikaanse natuurkundige Charles Fritts, die blijkbaar Becquerels artikels gelezen had, ook begonnen te experimenteren. Ditmaal niet met bokalen zout water en platina staafjes, maar wel met selenium (een toen nog niet zolang geleden ontdekt chemisch element) dat hij aan een kant bedekte met een dunne laag goud. Hij vroeg zich af wat het zou geven als je de slechte geleider selenium innig zou verbinden met de heel goede geleider goud. Hij verbond voor- en achterzijde van zijn plakje selenium/goud met zijn voltmeter en net als Becquerel knipte hij zijn zaklamp aan. En ja, er liep stroom van ene naar de andere zijde van zijn plakje selenium/goud. Niet veel, amper 0,1% van de ingestraalde energie werd elektrische stroom, maar toch. De fotovoltaïsche cel (want zo heet een element van een zonnepaneel officieel) was geboren. Motoren kon men er nog niet mee laten draaien, maar voor bij voorbeeld fotografische lichtmeters was het al voldoende.
Het geëxperimenteer ging verder en in 1954 ontdekten, alweer bij toeval, onderzoekers bij Bell Telephone Laboratories dat ook silicium te gebruiken is voor het opwekken van stroom. Maar dan moest dit silicium op een bijzonder manier ‘verontreinigd’ worden. Het concept van de pn-junctie was geboren, de grondslag van onze hedendaagse zonnepanelen. We laten de wetenschappelijke uitleg voor wat hij is (een subtiel spel van negatieve ladingen die ene kant uitgaan en positieve gaten naar de andere kant) en beperken ons tot het vermelden, dat dankzij allerlei ingrepen het oorspronkelijke rendement van Fritts’ selenium/goudcel van 0,1% kon opgedreven worden tot 15% en meer.
Aanvankelijk waren het universitaire instellingen en grote bedrijven die ‘parken’ van zonnepanelen opstelden om stroom te produceren op megawattschaal. Globaal genomen viel in Europa de grote doorbraak van zonnepanelen voor consumenten zowat samen met het begin van de 21ste eeuw. Overheidssubsidies en terugbetaling van te veel geproduceerde stroom zijn hier zeker niet vreemd aan.
Met zonnepaneel bedoelen we een serie fotovoltaïsche of zonnecellen, onderling verbonden dor elektrische contacten en gemonteerd in een aluminium frame en hermetisch afgedekt door glas. Meerdere panelen worden in serie geschakeld om voldoende stroomsterkte te bekomen. De voortgebrachte elektriciteit is gelijkstroom, die een zg. omvormer verandert in wisselstroom. Een deel van de geproduceerde gelijkstroom wordt opgeslagen in accu’s en gebruikt om non-productieve periodes (nacht) te overbruggen. Een teveel van wisselstroom kan (tegen terugbetaling) in het elektriciteitsnet gestuurd worden..
Laten we eerst gaan kijken welke productiefazen van zonnepanelen de meeste energie vragen.
De grondstof voor zonnepanelen is het al eerder vermelde silicium. Zoals u kunt zien op bovenstaande foto is silicium een donkergrijs chemisch element dat eruitziet als een metaal maar dat eigenlijk niet is. In de natuur komt het nooit zuiver voor, maar wel in gigantische hoeveelheden in de vorm van siliciumdioxide, een verbinding van één atoom silicium met twee atomen zuurstof, in de wandeling en zeker het strand ook wel bekend als zand.
Zoals u kunt zien, vraagt het winnen en zuiveren van zand de minste energie. Maar zand omzetten in mg-silicium is een complex proces, waar temperaturen tot 3.000°C aan te pas komen en heel wat chemische bewerkingen. Tussen haakjes: mg-silicium staat voor ‘metallurgic grade’-silicium, een kwaliteit zuiver genoeg om te worden gebruikt voor allerlei legeringen.
Maar voor zonnepanelen is een topkwaliteit nodig, het zg. solar grade of sog-silicium. Deze omzetting gaat lopen met bijna de helft van alle energie.
Dan moet het silicium gesmolten (smeltpunt ca 1.700 °C) worden en uitgegoten tot zg. wafels, dat zijn de basiselementen van een zonnepaneel. Ruim 1/6de van de energie is hiervoor nodig.
Dan komen nog verdere stappen in de afwerking (zie grafiek) waarbij de fotovoltaïsche cellen tot stand komen: dunne plakjes zeer zuiver silicium met een positieve en een negatieve zijde.
Uiteindelijk wordt het zonnepaneel opgebouwd tot aluminium frames (ook modules genoemd), bedekt met glas en voorzien van elektrische aansluitingen. Het is in deze fase dat voorzichtigheid geboden is, want zodra zulk een paneel licht ontvangt, ontstaat er spanning. Het assembleren vergt ca 18% van alle energie.
Als we het hebben over uitstoot van broeikasgassen door zonnepanelen, dan bedoelen we hetgeen de verschillende productiefazen hebben veroorzaakt, vooraleer uw paneel daar rustig op uw dak ligt. Eens het zover is, is er helemaal geen sprake meer van uitstoot, behalve de zeldzame keer dat én of ander onderdeel moet vervangen worden. De fabricage hiervan zal waarschijnlijk een impact gehad hebben op de opwarming van het klimaat, evenals de voertuigen die het onderdeel in kwestie tot bij u moeten brengen.
Ook wat kernenergie betreft wordt de meeste uitstoot veroorzaakt tijdens de ontginning van de uraniummijnen, het zuiveren van het uraniumoxide tot de vereiste kwaliteit en de bouw van de centrale. Een kernreactor stoot rechtstreeks niets en onrechtstreeks enkel damp uit van het koelwater.
Bij aardgas en steenkool is de situatie gans anders. Daar wordt tijdens het produceren van elektriciteit het gros van broeikasgassen (vooral CO2) de atmosfeer in geblazen.
Bovenstaande grafiek vat wat cijfergegevens samen. Voor de productie van 1 kilowattuur elektriciteit stoot een zonnepaneel 20x en 9,3x minder uit, vergeleken met resp. steenkool en aardgas. Alleen kernenergie doet het nog beter met 1/3de minder broeikasgassen dan zonnepanelen per kWh elektriciteit.
Het installeren van zonnepanelen is voor de modale burger een relatief dure investering in de grootteorde van 25.000 euro per gezin met twee kinderen. Er zijn evenwel factoren die dit bedrag verminderen. Zo zijn er belastingsvermindering, gemeentelijke premies, groenstroomcertificaten en last but not least de terugbetaling (via een omgekeerd draaiende teller) van de stroom die in het net gestuurd wordt.
Met al deze factoren rekening houdend is een installatie terugbetaald in gemiddeld 11 jaar in België en 15 jaar in Nederland. Deze cijfers gaan uit van de vermindering van de tussenkomsten van de overheden. In België bij voorbeeld sprak men in 2008 nog van terugbetaalperiodes van 5 à 6 jaar, maar dat is intussen voorbij.
Uitgaande van een levenscyclus voor zonnepanelen van 30 jaar vallen bovenstaande terugbetaalperiodes nog wel mee. Maar, er is een maar.
Om de door de vervaardiging en installatie van zonnepanelen veroorzaakte uitstoot te compenseren, is een break-even periode van stroomproductie nodig. En deze is rechtstreeks gelinkt aan de intensiteit en duur van zonnestraling op een bepaalde plek.
En zo komt het eerder aangehaalde artikel van A. Stoppato tot de conclusie waarvan we enkele punten weergeven in bovenstaande grafiek. Sevilla en Edinburgh zijn de plaatsen met resp. de kortste en de langste break-eventietijd. En dichter bij de deur stellen we vast, dat Amsterdam met 5,55 jaar het beter doet dan Brussel met 6,24 jaar. We gaan ons niet laten verleiden tot speculaties omtrent de zonneschijn in Amsterdam tegenover Brussel, maar wel kunnen we niet anders dan de break-evens toe te voegen aan de terugebetaalperiodes, die zo voor Amsterdam ca 16,5 en voor Brussel ca 17,2 jaar worden.
Tot daar ons antwoord op wat u misschien wilde weten over zonnepanelen.
Jan Van Besauw
Publicist voor US Markets
________________________________________
Ondergetekende is een gepensioneerde marketing manager. Hij schrijft voor US Markets o.m. columns, nieuwsberichten en artikels over uiteenlopende onderwerpen.