De grootste uitdagingen voor de toekomst van zonne-energie
Zonne-energie staat grotendeels nog in de kinderschoenen. De duurzame toekomst ziet er veelbelovend uit, maar er zijn ook uitdagingen. We spraken daarover met Prof. dr. J.C. (Kees) Hummelen (hoogleraar Organische Chemie aan de Rijksuniversiteit Groningen).
Lees eerst: Revolutie in zonne-energie: de organische zonnecel
De onderzoeksgroep van Hummelen stort zich op alternatieven voor de stijve, dikke silicium zonnecellen. “We werken aan de zonnepanelen van de toekomst. Semi-transparant, flexibel, meerkleurig, van twee kanten te beschijnen.’
Zonnepanelen moeten namelijk aantrekkelijk worden, denkt Hummelen, zodat mensen ze ook echt willen. “Anders krijg je hetzelfde gesodemieter als met windenergie op land, waarvan mensen terecht zeggen: “Jongens, dit is lelijk”. Dat wil je niet! Je moet dus zorgen dat je zonnepanelen integreert met de omgeving. Zowel in de bebouwde omgeving als in de natuur.”
Een goed voorbeeld is volgens de wetenschapper het Duitse bedrijf Opvius, dat plastic zonnepanelen maakt die opgaan in de omgeving. “Deze firma zegt: “Wil je zeshoekig, vierkant, een patroontje of andere kleur? Wat wil je graag? Dan maak ik het.” Het is niet super goedkoop, maar dan heb je custom made plastic zonnecellen. En daar kun je hele leuke dingen mee doen.”
Op maat gemaakt, dat is de toekomst voor plastic zonnecellen, meent de chemicus. Je kunt ze combineren met dubbelglas, of flexibele materialen: doek, zeilen, kleding. “Welkom in de nieuwe realiteit.”
Rendement verhogen
Maar dan moet wel het rendement nog wat omhoog. En dat kan best. Bijvoorbeeld door de limieten van een zonnecel te doorbreken. “Het spectrum van het zonlicht is nogal breed. Het is onmogelijk om dat allemaal om te zetten in elektriciteit”, vertelt Hummelen. “Aan de blauwe kant van het spectrum is er namelijk te veel energie. Daar kan een zonnecel niets mee. En aan de rode kant van het spectrum kan de halfgeleider op een zeker moment het licht niet meer absorberen. Dat heeft niet genoeg energie om die halfgeleider aan te slaan.” Een zonnecel op aarde kan daardoor gewoonlijk niet meer dan 33 procent rendement hebben.
Hoe kom je daaraan voorbij? De eenvoudigste oplossing is het stapelen van zonnecellen: eentje voor het blauwe licht, eentje voor het gele licht en de laatste voor het infrarode licht. Het wereldrecord van een dergelijke tandem zonnecel staat op een rendement van 46 procent. Deze techniek wordt vaak toegepast op zonnepanelen die de ruimte in gaan. Leuk, maar onbetaalbaar voor de gemiddelde aardbewoner.
Dan passen we het zonnespectrum toch gewoon aan?
-
Zijn er andere manieren? “Je kunt zeggen dat het de schuld is van het zonnespectrum”, begint Hummelen. “Nou weet je wat, dan passen we het zonnespectrum toch gewoon aan? Er zijn twee mogelijkheden. Aan die blauwe kant hebben de fotonen twee keer zoveel energie dan nodig is om geabsorbeerd te worden. Als ik die qua energie doormidden knip, dan heb ik twee fotonen die alsnog van voldoende energie zijn. En aan de andere kant heb ik slappe infrarode fotonen, die hebben niet voldoende energie om geabsorbeerd te worden door die halfgeleider. Wat is de oplossing? Tel twee bij elkaar op.”
Klinkt simpel, maar het is nog toekomstmuziek, geeft Hummelen toe. “Tijdens mijn colleges zeg ik over het doormidden knippen van fotonen: “It takes a very special pair of scissors”. Dit komt niet binnen vijf jaar in een zonnecel. Misschien over twintig jaar. Dat duurt nog lang, maar het geeft geweldige uitdagingen en we hebben er hele leuke resultaten mee geboekt.”
Duurzaam als statussymbool
Er is nog een belangrijke ontwikkeling nodig in de wereld van zonne-energie, meent de Groningse onderzoeker. Mensen moeten durven te investeren, vindt hij. “De gemiddelde Nederlandse man is graag bereid om vijf keer zoveel uit te geven aan een auto als strikt noodzakelijk is. Maar als het zonnepaneel op zijn dak duurder is dan die van de buurman, dan heeft hij het gevoel dat hij iets fout heeft gedaan. En daar moet verandering in komen. Waarom is die fucking auto wel een statussymbool? En waarom is het niet mooi om je huis op een aantrekkelijke manier van zonnepanelen te voorzien? Dat kan ook nu al, er zijn rode, paarse en groene silicium zonnepanelen. Maar de prijs is dan wel hoger, het is dan geen Lada maar een BMW.”
Over auto's gesproken, kan de elektrische auto van de toekomst eigenlijk rijden op de energie die de zonnepanelen op z’n eigen dak produceren? Onmogelijk, denkt Hummelen. “Nou ja, het kan wel. TU Eindhoven laat dat zien. Je kunt wel snel uitrekenen dat de hoeveelheid energie die de zon geeft als die volop schijnt 1000 watt per vierkante meter is. Dus hoeveel vierkante meter wil je je autodak hebben? Mag die wel 10 vierkante meter zijn, zoals die auto uit Eindhoven? Als mijn Fiat 500 dat moet doen, dan houdt het met een vierkante meter op. Dat is misschien genoeg om de binnentemperatuur mee te regelen.”
©PXimport
Nog zoiets waar Hummelen mee wil afrekenen: het idee dat alle zonnepanelen op een hoek van 35 graden op het zuiden moeten liggen. “Dat is belachelijk! Dat zijn de centjes. Het gaat alleen maar om: ik wil een zo hoog mogelijk rendement en mijn terugverdientijd moet zo kort mogelijk. Goed bedoeld natuurlijk, maar het resultaat is dat in Europa op een zonnige middag al die zonnepanelen hun stroom op hetzelfde moment produceren. En met de huidige manier van stroomgebruik hebben we die stroom op dat moment niet allemaal nodig en gaat er dus veel verloren.”
Er zijn oplossingen voor: bijvoorbeeld door de consumentenprijs erop aan te passen. “Voor de energieproducent gaat die prijs gedurende de dag heen en weer”, zegt de onderzoeker. “Maar de consument betaalt 22 cent, dag en nacht. Het zou geweldig zijn dat op het moment dat al die zonnepanelen werken, en er dus een enorm aanbod is, alle wasmachines een signaal krijgen. Alsof het handel is. “De prijs is beneden een dubbeltje. Hoppa aan de gang!”
Windenergie inhalen
Het zou beter zijn als iedereen zijn panelen ook op oost en west zou plaatsen, zodat gedurende de dag de productie verdeeld is. Dat kan bijvoorbeeld gestimuleerd worden door richtingsafhankelijke subsidie in te stellen, denkt Hummelen.
Maar nog veel beter werkt misschien de snelle daling van de aanschafprijs voor silicium zonnepanelen. “Over tien jaar kan het niemand meer schelen of ze op zuid of oost liggen, want dan kost het toch niks. Dat gaat komen, dat de panelen zo weinig kosten dat iedereen ze in alle richtingen gaat leggen. Dat hele verhaal van: “Zonne-energie is leuk, maar het is duur”, dat gaat helemaal over de kop!”
Tot die tijd gaat het werk aan het veelbelovende perovskiet gewoon door. Over vijf jaar is misschien een eerste versie van een zonnecel met het materiaal te koop, denkt Hummelen. “En tegen die tijd is het rendement van de plastic zonnecel tussen de 15 en 17 procent. Dan wordt het commercieel interessant en dat kan ineens een doorbraak geven”, verwacht de chemicus.
En misschien dat dan zonnepanelen eindelijk worden geïntegreerd in dakpannen, tassen, middenbermen en ramen. Hummelen: “Ik voorspel dat zonne-energie windenergie gaat inhalen, zowel op land als op zee.”
