Wat is de toekomst van zonne-energie?
In de 21e eeuw is zonne-energie al een onderdeel van het dagelijks leven geworden. Van met zonne-energie verwarmde zwembaden tot huizen op zonne-energie, er zijn veel voorbeelden die de nuttige toepassing van de schone, veilige, duurzame kracht van de zon demonstreren. Naarmate de bezorgdheid groeit over de effecten van het verbranden van fossiele brandstoffen en de mogelijkheid om niet-hernieuwbare energiebronnen uit te putten, ziet de toekomst van zonne-energie er rooskleurig uit. Vanaf 2013 is de technologie niet zonder problemen, en tot nu toe zijn applicaties meestal relatief kleinschalig geweest, maar er is veel onderzoek gaande op dit gebied en er zijn een aantal veelbelovende ontwikkelingen geweest.
Zonne-energie benutten
De zon is potentieel een enorme bron van hernieuwbare, schone energie. Sommigen schatten dat zonlicht 10.000 keer zoveel energie kan produceren als de aarde aan het begin van de 21e eeuw gebruikte. Er zijn echter grote technologische uitdagingen die moeten worden aangegaan om die energie effectief te benutten. Er zijn een aantal verschillende technologieën beschikbaar die in ontwikkeling zijn en die zonlicht gebruiken om stroom te leveren.
Zonlicht kan eenvoudig worden gebruikt om water te verwarmen, dat vervolgens wordt gebruikt om huizen te voorzien van centrale verwarming. Als alternatief kan het worden gebruikt om elektriciteit op te wekken met behulp van fotovoltaïsche (PV) cellen die op zonnepanelen zijn gerangschikt. Een derde methode is om zonlicht op een doel te concentreren om warmte te genereren, die direct voor industriële doeleinden kan worden gebruikt of om elektriciteit te leveren.
Zonnepanelen
Deze panelen vertrouwen op het foto-elektrisch effect, waarbij bepaalde stoffen bij blootstelling aan licht een kleine elektrische stroom produceren. Fotovoltaïsche cellen zijn gebouwd om dit effect te benutten en zonnepanelen bestaan uit grote arrays van deze apparaten die zijn geplaatst om zoveel mogelijk zonlicht te ontvangen. Samen kunnen ze aanzienlijke hoeveelheden elektriciteit genereren. Hoewel ze vanaf 2013 relatief inefficiënt zijn, hebben ze normaal gesproken zeer lage bedrijfs- en onderhoudskosten en kunnen ze zeer effectief zijn in het leveren van stroom aan huizen. Er wordt veel onderzoek gedaan naar het verbeteren van de efficiëntie en het bouwen van cellen uit goedkopere materialen.
De meeste zonnepanelen bestaan uit kristallijn silicium PV-cellen, die 18-24% efficiënt zijn in het omzetten van zonlicht in elektriciteit. Een aantal alternatieven wordt echter onderzocht. Dunne filmcellen kunnen van verschillende materialen worden gemaakt. Hoewel deze momenteel minder efficiënt zijn dan standaard PV-cellen, zijn ze lichtgewicht, flexibel en goedkoper om te produceren. Multifunctionele cellen kunnen een efficiëntie van meer dan 43% bereiken. Ze zijn zo gestructureerd dat verschillende delen van de cel zijn afgestemd om zonlicht op specifieke golflengtebereiken te vangen, in plaats van een enkele receptor te hebben die een deel van de beschikbare energie mist.
Een ander veelbelovend gebied is de voor kleurstof gevoelige zonnecel (DSSC), soms de Gratzel-cel genoemd, naar Michael Gratzel, die hem voor het eerst in de jaren negentig ontwikkelde. Deze gebruiken een kleurstof om zonne-energie op te vangen en produceren een stroom elektronen, die worden aangevuld via een vloeibare elektrolytlaag eronder. Hoewel ze mogelijk goedkoop te produceren zijn, zijn ze slechts ongeveer 12% efficiënt en zijn er problemen met de duurzaamheid die commercieel gebruik kunnen beïnvloeden. De vloeistof kan bijvoorbeeld bevriezen in koude omstandigheden of uitzetten als deze warm is en kan lekken. Onderzoekers hebben een versie van de cel ontwikkeld waarin de lastige vloeibare elektrolyt wordt vervangen door een vast materiaal, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor goedkope en duurzame zonnepanelen.
Naast de ontwikkeling van goedkopere en efficiëntere fotovoltaïsche cellen, ligt een belangrijk deel van de toekomst van zonne-energie in de bouw van nieuwe gebouwen en de aanpassing van vele oudere gebouwen. Sommige experts voorspellen dat de meeste, zo niet alle, nieuwe gebouwen zonnepanelen op daken zullen installeren. Omdat deze ook eenvoudig te monteren zijn, kunnen veel oudere gebouwen upgrades ontvangen die op stroom van de zon werken. Experts en milieuactivisten hopen dat de bouw van groene energie door overheden zal worden aangemoedigd door middel van genereuze fiscale prikkels, vrijstellingen en subsidies voor alternatief energiegebruik.
Zonnepanelen op een dak kunnen in sommige gebieden in alle of de meeste energiebehoeften van een woning voorzien. In gevallen waarin mensen in accommodatie met meerdere verdiepingen wonen, is de hoeveelheid dakruimte echter zeer klein in vergelijking met het aantal woningen. Hoewel kleine, individuele toepassingen een deel van de belasting van het elektriciteitsnet kunnen wegnemen, moet de toekomst in grote zonne-energiecentrales liggen, wil de zon voorzien in de stroombehoeften van steden en industrieën.
Het grootste probleem voor het benutten van zonne-energie met behulp van PV-cellen is de ruimte die nodig is om de energiecentrales te bouwen. Een fabriek bestaat uit duizenden zonnepanelen, niet anders dan die momenteel zijn geïnstalleerd op alternatieve energie huizen. Daarom hebben ze een constant zonnig gebied en een aanzienlijke hoeveelheid ruimte nodig. Momenteel beslaat een van de grootste energiecentrales ter wereld meer dan 10 vierkante mijl (16,9 km2) en creëert voldoende elektriciteit om ongeveer 200.000 huizen te laten draaien. Sommige experts suggereren dat om stroom te leveren aan de hele Verenigde Staten, een gebied van ongeveer 100 mijl (160,9 km) per kant nodig zou zijn, waarschijnlijk ergens in het woestijnklimaat van het Amerikaanse zuidwesten.
Alternatieven voor zonnepanelen
Een aantal andere mogelijkheden bestaat voor het grootschalig benutten van de kracht van de zon. Een voorbeeld is de concentratie van zonne-energie (CSP) -technologie. In plaats van rechtstreeks elektriciteit op te wekken, concentreren deze zonlicht om water te verwarmen en leveren ze stoom om een turbine aan te drijven die elektriciteit produceert, net als een conventionele energiecentrale. Ze kunnen bestaan uit arrays van parabolische spiegels die zonlicht concentreren op een lineaire buis gevuld met vloeistof. Als alternatief kan warmte van de zon worden gefocust door een parabolische spiegel om een vloeistof te verwarmen die een Stirling-motor aandrijft, die de mechanische energie levert voor de opwekking van elektriciteit.
Een ander beproefd systeem is de "power tower", waarin een reeks van zonnevolgende vlakke spiegels warmte van de zon op een vloeistofcontainer richt die wordt gebruikt om stoom te leveren voor een generator. Een aantal fabrieken is in bedrijf en produceert 10-20 megawatt elektriciteit. Toekomstige planten kunnen tot 200 megawatt leveren.
De toekomst
Een bemoedigende trend met betrekking tot de toekomst van zonne-energie is dat veel van 's werelds grootste innovators ervoor kiezen om hun talenten en fondsen te richten op het verbeteren van alternatieve energietechnologie. Veel prijsregelingen - gefinancierd door verschillende regeringen over de hele wereld - zijn gericht op het economisch en op grote schaal leveren van zonne-energie. In veel landen krijgen burgers financiële prikkels om over te schakelen op "groene" energiebronnen en hun eigen zonnepanelen te installeren.
Hoewel er vanaf 2013 veel bemoedigende tekenen zijn dat regeringen de noodzaak van alternatieve energiebronnen erkennen en onderzoek naar zonne-energie bevorderen, ligt het antwoord deels in handen van de wereldburgers. Wat gewone burgers kiezen om te kopen en te ondersteunen, zal de trends van de toekomst beïnvloeden. Door zonnepanelen te installeren, te doneren aan onderzoeksorganisaties die betrokken zijn bij alternatieve energieën, een universitair diploma te halen in een gerelateerd onderwerp en te stemmen voor maatregelen die de ontwikkeling van alternatieve energie bevorderen, kan iedereen zijn mening geven over de toekomst van zonne-energie.