Zonnecentrale ZW van Breda; 1,8 ha, vermogen 1,6 MW.


ZONNEPANELEN

Zonnepanelen zijn niet mijn ding. Ik zet ze niet op mijn dak, omdat ik geen ruzie met mijn buren wil. Wanneer die ontdekken dat zij voor mijn stroom betalen, worden ze vast boos (1). Er zijn mensen die denken dat die dingen in onze energiebehoefte kunnen voorzien. Dat is niet het geval. Hieronder leg ik uit waarom.

'De Ingenieur' (2) berichtte dat ten Zuid-Westen van Breda een zonnecentrale komt. Die zal als de zon schijnt 1,6 MW (1,6 miljoen Watt = 1600 kilowatt) elektrisch vermogen leveren. De panelen beslaan een oppervlak van 1,8 ha.
Indien zulke centrales alle energie zouden moeten opwekken die wij in Nederland verbruiken, 3245 PJ (petajoule = 1015 joule) (3), dan moet vrijwel het hele land met zonnepanelen worden belegd. Om ook nog onze welvaart te kunnen handhaven moeten we België, Luxemburg en een stuk van Duitsland veroveren en ontvolken om daar de benodigde zonnepanelen neer te zetten en te gaan wonen. Het land is dan wel vier keer zo groot, maar de leefruimte is kleiner dan wat we nu gewend zijn. Ons stukje West Europa komt er in die optie zo uit te zien.



Welvarend Nederland bekrachtigd met zonnecellen.


Indien de buren niet akkoord gaan en wij bereid zijn een deel van de welvaart op te geven moeten we 90% van eigen land aan de panelen opofferen. Maar daarmee zijn we er nog niet.

Bij discussies over windmolens en zonne-energie kijkt men doorgaans alleen naar de behoefte aan elektrische energie. Dat is slechts 13% van ons totale energieverbruik. Daarvoor zou 10% van het landoppervlak voldoende zijn. Maar dat is een drogreden, want we bouwen molens en zetten zonnepanelen neer om van gebruik van fossiele brandstof af te komen. Die zijn over 200 jaar op en daarop moeten we ons voorbereiden, niet op vervanging van een klein deel.
200 jaar lijkt lang. Maar voor het zover is, komt er schaarste. Bovendien vergt het omzetten van het hele energiesysteem zo'n 50 jaar. En er zal nog heel wat onderzoek en ontwikkelingswerk nodig zijn voor de omzetting realiseerbaar is.


Gegevens en bijzonderheden

Nederland importeerde en produceerde in 2011 (3) 20048 PJ. Sindsdien is er niet veel veranderd. 6605 PJ werd direct doorverscheept naar andere landen. Daaraan verdienen we zo goed als niets. Wij verbruikten zelf 3245 PJ. De resterende 10000+ PJ verwerkten we tot benzine, diesel en andere koolwaterstoffen, die we profijtelijk exporteerden. Indien we daarmee ophouden vermindert onze welvaart. We zouden daarom graag de toestroom en productie op de som van eigen verbruik en verwerking willen houden: 13443 PJ.
De Bredase centrale heeft een piekvermogen van 1,6 MW. Ze beslaat 1,8 ha (2).
Zonnecellen produceren niet, of niet genoeg als de zon niet of onvoldoende schijnt. Om er achter te komen welke opbrengst we mogen verwachten, kijken we naar Duitsland. Daar staat al heel veel zonnecapaciteit en het Bundes Ministerium für Energie houdt capaciteit en opbrengst bij (4). In 2014 stond daar een (piek) vermogen van 38,236 MW en dat bracht 34,83 GWh voort. In Duitsland heeft de zon gemiddeld wat meer kracht dan bij ons, zo'n 10%. Maar we nemen maar aan dat het in Nederland als in Duitsland zal zijn. Wij zijn slimmer en onze installaties zijn nieuwer (!).
Ons landoppervlak is 34065,26 km2 (5).
Op donkere dagen en 's nachts zou er zonder opslag geen elektriciteit zijn. Bij opslag en vervolgens afgifte van stroom gaat energie verloren. Reken op 10% verlies. (Opslag maakt de stroom twee à drie keer zo duur (6), maar over de prijs wil ik het nu niet hebben.)
Het overgrote deel van de energie is nodig in andere vorm dan elektriciteit bv. voor transport – auto’s, vliegtuigen, schepen – en voor allerlei industriële processen. Vaak denkt men bij energie alleen aan een brandende lamp of kachel, warm water en de benzine voor de auto. Maar het meeste zit in ons brood, onze huizen, wegen, treinen, kleren, paprika’s, bruggen… We zullen daarom een groot deel van de geproduceerde elektriciteit moeten omzetten in 'secundaire energiedragers', bv. koolwaterstoffen. (Men denkt ook wel aan waterstof, maar dat is een lastig stofje. Het is licht - weinig energie per volume - explosief en het erodeert opslagvaten.) Het zal dus wel koolwaterstof worden.
Bij de omzetting van elektriciteit in secundaire energiedragers gaat veel energie verloren. CH4 kunnen we maken met een cycle efficiëntie van 30%.
Omdat rekenen op onze scholen min of meer een keuzevak is, plaats ik de berekening aan het eind van dit artikel. Eerst dus de resultaten en het comentaar.


Resultaat van de berekening en commentaar.

Om voor binnenlands verbruik elektrische energie uit zonnepanelen te verkrijgen gelijk aan het totale energieverbruik zou 33% van ons landoppervlak bedekt moeten worden met zonnepanelen. Tegenwoordig gebruiken wij 13% van onze energie als elektrische. Bij zoveel stroom zal het elektriciteitsverbruik toenemen en het overige energieverbruik dalen. Veronderstel dat in de toekomst 25% van de energie elektrisch zal zijn. De overblijvende 75% moet worden omgezet in secundaire energiedragers. Opslag en omzetting samen vergroten de 33% landbeslag tot 90%.
Indien we onze positie als energieleverancier aan het buitenland niet willen opgeven, moeten we niet alleen kijken naar het binnenlands verbruik, maar ook naar de energie die wij hier verwerken en vervolgens exporteren. Anders duikelt onze welvaart. Daartoe moeten de zonnepanelen tenminste 13443 PJ leveren. Het direct nodige oppervlak is dan 135% van ons landoppervlak. We zouden dus een stuk van België moeten annexeren en zelf ook nog een plekje vinden om te wonen. Indien we ook met opslag en omzetting in secundaire dragers de huidige toestand willen handhaven is vier keer ons landoppervlak nodig. Kortom

Net als voor windmolens geldt voor zonnepanelen: alleen geschikt om luchtkastelen mee te verlichten en te verwarmen.

Deze vernietigende conclusie betekent niet dat molens en zonnecellen nergens goed voor zijn. Er zijn niche toepassingen, in zonnige streken zonder veel industrie, op eilanden in passaat zones, op afgelegen plekken, in satellieten… Onderzoek en ontwikkelingswerk op beperkte schaal is daarom wel gerechtvaardigd, maar grootschalige toepassing in ons land niet. Dat geldt overigens niet voor onderzoek aan opslag van elektriciteit en conversie in andere energiedragers.

Het echte probleem is het opraken van de voorraden kolen, olie en gas. Het zal over een kleine tweehonderd jaar het voortbestaan van de mensheid bedreigen. Dat is alleen met kernenergie – uranium, thorium, kernfusie en wellicht radioactiefverval – op te lossen. Er moeten veilige reactoren gebouwd worden. Ook voor die enige lange-termijn oplossing is het nodig elektriciteit in secundaire energie dragers te converteren.

Het zwaartepunt van onze research en ontwikkeling moet liggen bij veilige kernreactoren en conversie in secundaire energiedragers.

Berekening:

piekvermogen van 1,8 ha (2) 1,6 MW
piekvermogen per ha 0,8888889 MW/ha
Duitsland 2014 geïnstalleerd vermogen (4) 38,236 10exp6 W
Duitsland 2014 productie (4) 34,93 10exp9 Wh/yr
Duitsland 2014 aantal uren volvermogen 0,913537 10exp3 h/yr
Breda bij zelfde volvermogen uren per ha per jaar 812,0329 MWh/yr.ha
Breda idem in [joule] 2,923318 10exp12 J/yr.ha
Nederlands verbruik per jaar (3) 3245 10exp15 J/yr
Nederland verbruikt + verwerkt per jaar (3) 13443 10exp.15 J/yr
Landoppervlak Nederland (5) 34065,26 km2
Benodigd oppervlak eigen verbruik 11100,4 km2
Benodigd oppervl.verbruik+verwerking 45985,41 km2
Fractie benodigd oppervl.verbruik 33%
Fractie benodigd oppervl.verbr.+verwerk. 135%
Fractie idem verbruik incl.opslag&conversie 90% * 0,25x33+0,75x33/0,3%
Fractie idem verbr.+verwerk.opslag&conversie 370% * 0,25x135+0,75x135/0,3%

* Gelet op de dominante conversie onzekerheid laten we die van elektriciteitsopslag buiten beschouwing.

Dank aan Fred Udo, die mijn aanvankelijk te optimistische schatting over de opbrengst van zonnecellen corrigeerde en mij verwees naar de ervaring en de cijfers in Duitsland.

Nieuwegein,
2015 05 12.
tekst verbeterd
2015 05 15.

Noten en referenties

  1. Aanschaf en installatie van zonnepanelen wordt gesubsidieerd. Stroom kost burgers ca. 23 ct/kWh. Paneelbezitters leveren stroom terug aan het net en ontvangen via de zgn. saldering dat zelfde bedrag, terwijl de waarde van de teruggeleverde stroom in doorsnee ongeveer 5 ct/kWh is. Het verschil plus de subsidie betaalt de overheid uit de zak van de burgerij.
  2. 'Publiek betaalt zonnepark'; De Ingenieur 5 (2015) p.3.
  3. Zie Tabel 1 (cijfers van het jaar2011) in De besparing van brandstof en CO2 uitstoot door Windenergie.
  4. Wikipedia; cijfers van Bundesministerium für Ekonomie & Energie.
  5. Wikipedia.
  6. Zie Tabel "Opslag van elektrische energie" in Windmolens en zonnestroom. (De tabel is overgenomen uit 'De Ingenieur' van 1 okt. 2010.)