Kansen voor zonnestroom

Duurzame energiebronnen
De huidige 'grijze' stroom is voor 10% afkomstig uit kerncentrales en voor 90% uit de verbranding van fossiele brandstoffen (zoals steenkool, olie en aardgas). Dag en nacht schommelingen in de vraag naar elektriciteit worden grotendeels opgevangen door op- en afschakelen van gasturbines. De prijs van de huidige stroommix ligt rond 6 eurocent per kilowattuur (kWh). Deze prijs wordt bepaald door het spel van vraag en aanbod op de Amsterdam Power EXchange (APX) beurs. Verwacht wordt dat de prijs voor 'grijze' stroom in 2020 tot rond de 7 cent (waarde van 2012) per kWh zal zijn gestegen.

EU afspraken
Om het gebruik van fossiele brandstoffen terug te dringen zijn in de EU afspraken gemaakt over een overgang van elektriciteit uit fossiele brandstoffen naar elektriciteit uit duurzame energiebronnen. In dit verband gaat het in hoofdzaak om de elektriciteit uit windenergie en zonne-energie. De huidige prijzen van windstroom op land van rond de 14 cent per kWh, van windstroom op zee van rond de 24 cent per kWh en van zonnestroom van rond de 23 cent per kWh liggen echter allen ruim boven de rond 6 cent per kWh voor 'grijze' stroom. Om toch een overgang naar duurzame energie mogelijk te maken, is door de Nederlandse overheid een subsidieregeling in het leven geroepen, die wordt betaald uit een opslag op de prijs van stroom voor huishoudelijk gebruik. Mede daardoor ligt de prijs van stroom voor huishoudelijk gebruik op het moment rond 23 cent per kWh.

Technisch gesproken zijn windturbines vrijwel uitontwikkeld. Alleen grotere windturbines kunnen de prijs van windstroom nog wat doen dalen, maar ook dan zal deze prijs nog duidelijk boven die van 'grijze' stroom blijven. Dat is uiteraard al helemaal het geval voor windstroom van zee, waarvan de prijs ongeveer het dubbele is van die op land. Windstroom zal dus tot in lengte van jaren door subsidies op de been gehouden moeten worden.

Voor zonnestroom ziet de toekomst er veel zonniger uit. Door efficiëntere zonnepanelen is de prijs van zonnestroom de afgelopen jaren al sterk gedaald. De vooruitzichten op verdere verbeteringen zijn zelfs zodanig, dat de prijs per kWh zonnestroom over niet al te lange tijd in de buurt van die van 'grijze' stroom zou kunnen komen. Vooral zonnestroom lijkt daarom kansen te bieden voor een ongesubsidieerde overgang naar duurzame energie.

Geplaatst op 11/09/2012

Opwekking van zonnestroom
Zonnepanelen zetten zonne-energie om in gelijkstroom met in serie geplaatste zonnecellen. Deze zijn beveiligd tegen beschadiging door ongelijke belichting als gevolg van schaduw van bomen, huizen en sneeuw. Voor het benodigde vermogen worden meerdere zonnepanelen aan elkaar gekoppeld. Een omvormer kan de door zonnepanelen opgewekte gelijkstroom omzetten in, voor gebruik binnenshuis of voor levering aan het elektriciteitsnet, geschikte wisselstroom (één of driefasen) van 220 Volt en 50 Hertz.

Alleen als er zonlicht is!
Zonnepanelen wekken alleen zonnestroom op als er zonlicht is, dus alleen overdag en dan nog vooral in het zomerhalfjaar. Anders dan bij windstroom, waarvan de productie onvoorspelbaar is door wisselende windsterkten, is de productie van zonnestroom door de seizoenen heen goed te voorspellen. De inpasbaarheid van zonnestroom in het elektriciteitsnet, waarbinnen energieaanbod en energievraag voortdurend in evenwicht moeten worden gehouden, is daardoor veel eenvoudiger en goedkoper dan die van windstroom.

Het maximale elektrische vermogen van een zonnepaneel onder standaardomstandigheden, 25 graden Celsius en loodrecht invallend zonlicht met een energie van 1.000 Watt per vierkante meter (m2), wordt uitgedrukt in Wattpiek (Wp). Bij een omzetting van 12 tot 20% van de opvallende zonne-energie in elektrische stroom, heeft een zonnepaneel van 1 m2 bij een instraling van 1.000 Watt per m2 een vermogen van 120 tot 200 Wp. Het vermogen van zonnepanelen daalt bij hogere temperatuur en stijgt bij lagere temperatuur met 0,4% per graad Celsius. Zo is bij 30 graden Celsius het vermogen 2% lager en bij 20 graden Celsius 2% hoger dan bij 25 graden Celsius.

Drenthe
In Drenthe produceren de huidige typen zonnepanelen per 1.000 Wp onder optimale omstandigheden, zoals plaatsing op het zuiden en een hellingshoek van 30 tot 40 graden, per jaar ongeveer 900 kWh zonnestroom. Daarbij is dan rekening gehouden met weerseffecten, zoals bewolking. Door het zonnepaneel overdag van oost naar west met de zon mee te bewegen, kan de opbrengst nog met 45% stijgen. Bij minder optimale plaatsing daalt de opbrengst. Die daling is 22% bij plaatsing op het oosten of op het westen, 7% bij horizontale plaatsing en 9% bij een hellingshoek van 60 graden.

Sahara
In de Sahara, waar de zon vrijwel loodrecht boven de grond staat, kunnen horizontale zonnepanelen per 1.000 Wp per jaar in principe tot wel 2.500 kWh zonnestroom produceren. Waar in onze omgeving echter de regen schuin geplaatste zonnepanelen redelijk schoon kan houden, ligt dat in de Sahara, met zijn regelmatige stofstormen, vrijwel horizontale plaatsing van de zonnepanelen en nagenoeg geen regen, wel even anders. De kansen voor zonnestroom in onze omgeving zijn dus, ondanks veel minder zonlicht, ten opzichte van de Sahara zo slecht nog niet!

Efficiëntie bij het opwekken van zonnestroom
De uitdaging voor zonnepanelen is een zo groot mogelijk deel van het beschikbare zonlicht om te zetten in zonnestroom. Voor de beste zonnepanelen ligt deze efficiëntie in 2012 op 12 tot 20% van het opvallende zonlicht, dus 120 tot 200 Wp per m2. Dat is heel wat meer dan de 50 Wp per m2 van rond 2000, maar nog altijd veel minder dan wat op dit moment al op laboratoriumschaal met de nieuwste typen zonnecellen wordt bereikt. Vermindering van de lichtweerkaatsing aan het oppervlak van zonnecellen, door op dit oppervlak aangebrachte lichtverstrooiende deeltjes, kan bijvoorbeeld de ingevangen hoeveelheid licht en daarmee de efficiëntie sterk verhogen. Eenzelfde hogere lichtinvang aan een ruw oppervlak is ook de reden, waarom bossen er vanuit de lucht zo veel donkerder uitzien dan grasvelden. Een hogere lichtinvang en ook andere nog in de pijplijn zittende verbeteringen, maken het waarschijnlijk, dat binnen een tiental jaren zonnepanelen met efficiënties van 50 tot 70%, 500 tot 700 Wp per m2, commercieel verkrijgbaar zullen worden.

Bij gebruik loopt de efficiëntie van zonnepanelen geleidelijk aan terug: na 25 jaar zal van de oorspronkelijke efficiëntie meestal hooguit 80% over zijn. Door een verbeterde efficiëntie zal deze terugloop wellicht kunnen worden beperkt. Ook is bij een hogere efficiëntie van zonnepanelen een grotere gevoeligheid voor lagere lichthoeveelheden te verwachten, met een hogere jaarlijkse opbrengst aan zonnestroom per Wp als resultaat. Alles bij elkaar dus volop kansen voor hogere efficiënties de komende jaren bij het opwekken van zonnestroom !

Prijs van zonnestroom
Verbetering zijn er uiteindelijk op gericht het rendement van zonnepanelen zodanig te verhogen, dat stroom geleverd kan worden voor marktconforme prijzen. Dat betekent meer Wp per m2 zonnepaneel, zonder dat de prijzen daarvan stijgen. Dat dit mogelijk is laat de achter ons liggende prijsontwikkeling per Wp geïnstalleerd vermogen zien: van rond dan zes euro per Wp voor zonnepanelen met 50 Wp per m2 in 2000, naar rond twee euro per Wp voor zonnepanelen met 150 Wp per m2 in 2012! Bij een ongeveer gelijk gebleven prijs van zonnepanelen kan de prijs per Wp geïnstalleerd vermogen in deze periode dus geheel worden toegeschreven aan een toename van het aantal Wp per m2. Er van uitgaande dat deze trend zich de komende jaren voortzet kan, bij een verdere stijging van de efficiëntie van zonnepanelen van 150 naar 600 Wp per m2, verwacht worden dat de prijs per Wp geïnstalleerd vermogen de komende jaren nog met een factor 4 zal dalen. Dit zou dan betekenen dat de huidige prijs van zonnestroom van 23 cent per kWh over enige jaren kan dalen tot rond de 6 cent per kWh. Het zal duidelijk zijn dat een prijs van 6 cent per kWh zonnestroom uitstekende kansen biedt om te concurreren met 'grijze' stroom!

Zelf opwekken van zonnestroom
Met zonnepanelen kunnen huishoudens ook zelf stroom opwekken. Daarbij kan gekozen worden voor een autonoom systeem of een netgekoppeld systeem. In een autonoom systeem wordt de opgewekte zonnestroom, al dan niet via een omvormer, direct verbruikt of, voor later gebruik, opgeslagen in accu's. Autonome systemen zijn vooral geschikt voor niet op het elektriciteitsnet aangesloten woningen. Voor wel op het elektriciteitsnet aangesloten woningen wordt meestal de voorkeur gegeven aan netgekoppelde systemen. In dergelijke systemen wordt de zelf opgewekte zonnestroom direct verbruikt of teruggeleverd aan het elektriciteitsnet. Direct verbruikte stroom gaat buiten de elektriciteitsmeter om en teruggeleverde stroom doet die meter teruglopen. Als het donker wordt, en de zonnestroom niet meer toereikend is, kan de benodigde stroom weer worden afgenomen van het elektriciteitsnet en loopt de elektriciteitsmeter weer vooruit.

Zowel direct verbruikte zonnestroom, die dus niet meer van het elektriciteitsnet hoeft te worden afgenomen, als teruggeleverde zonnestroom, levert huishoudens 23 cent per kWh op. Dit komt omdat in Nederland elektriciteitsbedrijven verplicht zijn voor kleinverbruikers jaarlijks maximaal 5.000 kWh zonnestroom te 'salderen'. Dit salderen betekent dat tot 5.000 kWh per jaar teruggeleverde zonnestroom wordt verrekend met van het elektriciteitsnet afgenomen stroom. Voor over een jaar meer teruggeleverde dan afgenomen stroom en alle teruggeleverde stroom boven de 5.000 kWh, wordt in principe rond 6 cent per kWh vergoed.
Autonome systemen slaan hun overtollige zonnestroom op in accu's en netgekoppelde systemen in het elektriciteitsnet. Anders dan in autonome systemen stopt de opwekking van zonnestroom in netgekoppelde systemen als het elektriciteitsnet uitvalt.

Een gemiddeld huishouden in Nederland verbruikt ongeveer 3.500 kWh per jaar. Om dit met zelf opgewekte zonnestroom te dekken zijn op het moment 26,9 m2 zonnepanelen van 150 Wp per m2 en per 1.000 Wp 900 kWh per jaar nodig. Met een stroomprijs van 23 cent per kWh kan dan, dankzij het salderen, voor 3.500 kWh zonnestroom een bruto jaaropbrengst berekend worden van ¤ 805. Netto blijft daar, met aftrek van kosten, ongeveer ¤ 700 per jaar van over. Uitgaande van de kosten voor aanschaf en installatie van een systeem van 26,9 m2 zonnepanelen van rond de ¤ 8.000, kan (exclusief eventuele subsidies van op dit moment 15% van de aanschafkosten tot een maximum van ¤ 650) een terugverdientijd berekend worden van ongeveer 11 jaar. Redelijk kansrijk dus, maar geen vetpot!

Door salderen loopt de staat een grote inkomstenbron uit energiebelasting mis, ongeveer 11 cent per kWh. He salderen zal dus waarschijnlijk niet eeuwigdurend zijn.
Zonder salderen zou de bruto jaaropbrengst sterk dalen. Bij een eigen verbruik van 1.000 kWh per jaar van de opgewekte zonnestroom, zou dat in het gegeven voorbeeld de bruto jaaropbrengst op ¤ 380 en de netto jaaropbrengst op ¤ 275 brengen. Daarmee wordt de terugverdientijd langer dan de levensduur van het systeem van 25 jaar. Daarbij moet dan ook nog worden bedacht, dat een eigen verbruik van 1.000 kWh van de opgewekte zonnestroom vrij hoog is. De meeste zonnestroom wordt midden op de dag opgewekt, juist in een periode dat de vraag naar elektriciteit in huishoudens minimaal is. Slim gebruik van apparatuur, zoals vaatwasser, wasmachine of airconditioning, is nodig om het aandeel eigen verbruik van zonnestroom, en daarmee de kansen op rendement van het systeem, zo hoog mogelijk te houden.

Over enige jaren wordt wellicht de plaatsing van een systeem van 26,9 m2 zonnepanelen van 600 Wp per m2 mogelijk voor niet meer dan de huidige aanschafprijs van een installatie met 150 Wp per m2. Een dergelijk systeem zou dan 16.140 Wp bevatten, goed voor 14.500 kWh per jaar zonnestroom. Als de salderingsregeling nog zou bestaan, dan levert de 3.500 kWh voor huishoudelijk gebruik voor de huidige 23 cent per kWh weer ¤ 805 per jaar op en draagt de resterende 11.000 kWh voor de huidige 6 cent per kWh teruggeleverde zonnestroom ¤ 660 bij. De bruto jaaropbrengst wordt dan ¤ 1.465 en de netto jaaropbrengst ¤ 1.360 . De terugverdientijd is dan 6 jaar.
Uiteraard zullen tegen de tijd dat zonnepanelen van 600 Wp per m2 verkrijgbaar zijn de stroomprijzen voor huishoudelijk gebruik anders zijn dan nu het geval is, maar, gezien de blijvende subsidiebehoefte van windenergie, zeker niet lager. Met behoud van saldering zullen de kansen voor zonnestroom over enige jaren voor kleinverbruikers dus nog veel gunstiger uitpakken!

Zonder salderen zou de bruto jaaropbrengst weer sterk dalen. Bij een eigen verbruik van 1.000 kWh daalt deze in het gegeven voorbeeld tot bruto ¤ 1.040 per jaar. De netto opbrengst van ¤ 935 geeft dan een terugverdientijd van een kleine 9 jaar. Geen echte vetpot, maar toch ook hier, zonder saldering dus, alleszins redelijke kansen voor zonnestroom!

Zonne-energiecentrales
Zonnestroom uit zonne-energiecentrales zal moeten kunnen concurreren met 'grijze' stroom. Uitgaande van de huidige prijs van rond 6 cent per kWh biedt dat, zonder hoge subsidies, met de huidige prijs van zonnestroom van 23 cent per kWh geen reële kansen op een rendabele exploitatie. Pas wanneer zonnepanelen beschikbaar zouden komen met 600 Wp per m2 tegen de huidige prijs per m2, zou de prijs van zonnestroom rond de 6 cent per kWh kunnen komen te liggen. Dat zou dan wel reële kansen op een rendabele exploitatie geven.

Om de mogelijkheden voor zonne-energiecentrales in te schatten, kan gekeken worden naar het oppervlak van een windturbinepark van 280 MW met 40 van de grootste in de EU toegestane windturbines, de E 126 /7 MW, ashoogte 135 meter, piekhoogte 198,5 meter (in de EU is 200 meter het maximum). Omdat dergelijke windturbines op een afstand van ongeveer 600 meter (4 tot 5 maal de ashoogte) uit elkaar en van woningen moeten staan, betekent dit een oppervlak van ongeveer 2.000 hectare. Bij een optimistische productiefactor van 25% is van deze 40 windturbines in totaal 613 miljoen kWh per jaar windstroom te verwachten (subsidiekosten: 49 miljoen euro). Voor eenzelfde hoeveelheid zonnestroom zou, uitgaande van eerder genoemde zonnepanelen van 600 Wp per m2 en per 1.000 Wp 900 kWh per jaar (subsidiekosten: 0 euro), slechts een oppervlak van 120 hectare nodig zijn, 6% van het voor windturbines benodigde oppervlak. En dat dan ook nog zonder de met windturbineparken samenhangende ecologische en landschappelijke inpassingsproblemen!
Met 120 hectare zonnepanelen van 600 Wp per m2 in bijvoorbeeld het Veenkoloniale Gebied van Drenthe zou aldus 613 miljoen kWh zonnestroom per jaar kunnen worden opgewekt. Dat is dan meer dan de in op het moment voor de hele gemeente Aa en Hunze jaarlijks benodigde hoeveelheid elektrische stroom van ongeveer 95 miljoen kWh en equivalenten aan aardgas van ongeveer 290 miljoen kWh.

Uiteraard geldt voor het opwekken van zonnestroom in zonne-energiecentrales hetzelfde als voor de opwekking van zonnestroom door huishoudens: er is alleen overdag zonnestroom en dan nog vooral in het zomerhalfjaar. Om bij de afzet van deze zonnestroom niet al te afhankelijk te zijn van de marktwerking, zou een opslagsysteem voor overtollige zonnestroom uitkomst kunnen bieden. Opslag zou denkbaar zijn op basis van de elektrolyse van water, waarbij waterstofgas ontstaat. Als er weer stroom nodig is, kan dan via brandstofcellen met deze waterstof weer stroom worden opgewekt. Een alternatief zou kunnen zijn alle overtollige stroom in waterstofgas om te zetten en al dit waterstofgas rechtstreeks, als 'zonnegas', aan het aardgasnet toe te voegen, een opstapje dus in richting van de veel geprezen 'waterstofeconomie'. In aardgas kan zonder problemen tot 10% van het volume aan waterstofgas worden bijgemengd. Uitstekende kansen dus voor een duurzame opwekking van zonnestroom in onze omgeving!

Conclusie
De Gemeente Aa en Hunze heeft 2013 uitgeroepen tot het 'Jaar van de Duurzaamheid'. De uitstekende kansen voor de rendabele opwekking van zonnestroom in onze omgeving voor zowel individuele huishoudens als grotere coöperaties, zou daarvan zeker onderdeel kunnen uitmaken. Een stimulerende rol van de gemeente daarbij zou dan, inclusief de samenhang met windstroom en zonnegas, in een maandelijks centrale overleg over de invulling van dit 'Jaar van de Duurzaamheid' aan de orde kunnen komen. Het zou dan moeten gaan om een nadere invulling van de mogelijkheden voor zonnestroom en windstroom als genoemd in de Duurzaamheidsvisie Aa en Hunze 2011, inclusief het opstellen van een voor de komende jaren ook economische, ecologisch en landschappelijk ingevulde visie daarover.

Paul Hagel

« Presentatie Rapport Leefbaarheidonderzoek Schipborg - Aanvraag aanleg geluidswal N34 bij Oude Tolweg »