Waarom de kosten een groot obstakel zijn voor fotovoltaïsche zonnecellen

Zonne-energie en windenergie zijn van de hernieuwbare energiebronnen degene die fundamenteel gezien het interessants zijn naar de toekomst toe. Namelijk komt dit door een meerdere voordelige elementen. Namelijk te eerste is het proces voor de energie-omzetting bij deze energiebronnen relatief eenvoudig. Alle twee deze energiebronnen produceren uiteindelijk bruikbare energie voor de mens in de vorm van elektrische energie. Het proces van de energie-omzetting bij deze energiebronnen verloopt relatief eenvoudig in vergelijking met het proces bij andere energiebronnen. Zowel bij windenergie maar vooral bij zonne-energie zijn er niet veel tussen stappen nodig tijdens de energie-omzetting. Dit maakt het inzicht in de werking van deze processen en de ontwikkeling ervan eenvoudiger. Eenvoudiger in die zin dat men zich maar op een relatief klein aantal zaken hoeft te concentreren. Bij processen waarbij er veel tussenstappen en dergelijke zijn is dit niet het geval. Daarnaast is de infrastructuur die vereist is bij wind- en zonne-energie relatief klein in vergelijking met die van andere energiebronnen. Op het eerste zicht is die niet direct voordelig aangezien deze installaties ook een kleinere capaciteit hebben voor het opwekken van elektrische energie. En dus om eenzelfde capaciteit te halen als die van bij andere energiebronnen zijn er dus vele windmolens en/of zonnepanelen nodig.

Maar het feit dat er meerdere installaties vereist zijn om een even grote capaciteit te verkrijgen als die van grote elektriciteitscentrales, is niet noodzakelijk nadelig aangezien deze vorm van energieopwekking robuuster is dan wanneer alles in één centrale wordt opgewekt. Namelijk wanneer er iets fout loopt in die ene centrale, met als gevolg dat elektriciteitsproductie stilvalt, dan zitten direct een heleboel mensen zonder elektriciteit. Dus moet men ten alle tijde voorkomen dat een dergelijke grote centrale uitvalt. Om deze garantie te kunnen waarmaken zijn er heel wat meer middelen, geld en energie nodig. Terwijl bij windmolens en zonnepanelen, door hun veel kleinere schaal, is dit echter niet zo'n groot probleem. Namelijk wanneer er ééntje uitvalt door een defect dan heeft dit geen zo'n drastische gevolgen. En dus hier is deze garantie op werkzekerheid van de installatie minder van belang dan bij een grote elektriciteitscentrale.

Daarnaast is windenergie en zonne-energie ook in het bijzonder interessant door hun landgebruik. In het geval van zonne-energie, en voornamelijk dan bij fotovoltaïsche zonnecellen, dan is landgebruik verwaarloosbaar klein. Fotovoltaïsche zonnecellen kunnen geïntegreerd worden in de façade en in de daken van ongeveer alle gebouwen. En zo wordt het landgebruik tot het absolute minimum beperkt. Er zijn maar weinig andere energiebronnen die zo'n klein landgebruik hebben. Maar ook de windmolens hebben maar een beperkt landgebruik. Namelijk wanneer men deze windmolens in de zee plaatst, dan kan er gezegd wordt dat er nagenoeg geen landgebruik is door deze windmolens. Voor de windmolens op het land is de zaak lichtjes verschillende, daar gaat windenergie wel gepaard men landgebruik. En zeker en vooral bij windmolenparken op het land, want daar moeten de windmolens voldoende ver uit elkaar staan om geen al te grote verstoringen te krijgen van de luchtstroming van de wind. Want wanneer windmolens te dicht bij elkaar staan dan heeft degene die achter de andere staat een lagere energieproductie doordat de andere de luchtstroming verstoort. De richtlijn is dat windmolens naast elkaar 3 maal de rotordiameter uit elkaar moeten staan en de afstand volgens de windrichting moet zo'n 10 maal de rotordiameter bedragen. Wanneer deze richtlijnen gerespecteerd worden dan is de mindere opbrengst door de verstoring van de luchtstroming aanvaardbaar. En wanneer u weet dat deze diameters van 50 meter tot meer dan 100 meter kan gaan, dan realiseert u zich al snel dat de oppervlakte van windmolenparken vrij groot kan zijn.

Maar bij windmolens kan er op twee verschillende manieren gekeken worden naar het landgebruik. In eerste instantie kijkt men naar de oppervlakte van een windmolenpark en dit zijn dus enorm grote oppervlaktes. En in de tweede plaats kijkt men naar de oppervlakte van de voet van de toren van de windmolen. En dan telt men al deze, veel kleinere, oppervlaktes op om zo tot het totale landgebruik van een windmolenpark te komen. Maar het correcte landgebruik ligt ergens tussen deze twee verschillende oppervlaktes. Men zou zelfs kunnen zeggen dat de ene een soort van minimumwaarde is en de andere een maximumwaarde. Namelijk omdat het land dat tussen de windmolens ligt, zonder enige probleem gebruikt kan worden voor andere doeleinden. Bijvoorbeeld kan het land perfect gebruikt worden voor landbouwactiviteiten, of voor transportinfrastructuur en dergelijke. Dus het landgebruik van windmolens in een windmolenpark is afhankelijk van de bestemming van het land dat tussen de windmolens ligt.

Een volgend element die wind- en zonne-energie interessant maakt is de afzetmarkt. Vooral dan bij zonne-energie en in mindere mate bij windenergie. Energiebronnen die een grote installatie vereisen kunnen maar door een beperkte groep bedrijven gebouwd worden. Dit zorgt ervoor dat er slechts een beperkt aantal energieproducenten zijn in de energiesector. Deze installaties en de onderdelen moeten dus maar in een heel beperkte hoeveelheid geproduceerd worden aangezien maar een beperkt aantal bedrijven ze nodig heeft. En dit zorgt ervoor dat de prijs van deze onderdelen een stuk hoger is dan wanneer men deze in massaproductie zou produceren. Windenergie kan, doordat het kleinere installaties zijn, door veel meer bedrijven en partijen ingezet worden. Dit zorgt ervoor dat de onderdelen en dergelijke in massaproductie gemaakt moeten worden. Dit drukt de kostprijs. En in het geval van zonne-energie is dit effect nog veel meer het geval. Namelijk bijna op elk gebouw kunnen er zonnepanelen geplaatst worden en dus is de afzetmarkt hier nog zoveel keer groter.

U zou u bijna nog gaan afvragen waarom men niet meer gebruik maakt van zonne-energie en windenergie. Er zijn een aantal zaken die niet direct in het voordeel zijn van windenergie en zonne-energie. In het geval van windenergie is deze vraag ergens wel onterecht, aangezien windenergie de laatste jaren enorm snel aan het toenemen is. Dit komt doordat de prijs per kilowattuur van de elektriciteit opgewekt door een windmolen relatief kleine is. Namelijk deze is ongeveer dezelfde als die van een kerncentrale en dus is windenergie steeds meer een concurrerende speler aan het worden op de energiemarkt. Maar zonne-energie kent meerdere obstakel en één daarvan is hoogstwaarschijnlijk de kostprijs. En dit is waarschijnlijk het grootste obstakel voor zonne-energie aangezien de kost-per-kilowattuur een stuk hoger is dan die van de andere energiebronnen op de energiemarkt. Ook is de kost van zonne-energie van vele verschillende zaken afhankelijk, namelijk zoals van de locatie, de weersomstandigheden, de levensduur, de technologie, de materialen, de randapparatuur en zo verder.

Al dit zorgt er voor dat het moeilijk is om een soort algemeen gemiddelde kostprijs te plakken op zonne-energie. En dus is het ook moeilijk om een termijn te bepalen waarna een eigenaar zijn installatie heeft terug verdient met de geproduceerde elektriciteit. Dit zorgt voor een grote verwarring over de kost van zonne-energie via fotovoltaïsche cellen. Enkel door een aantal schattingen te maken kan men een relatief betrouwbaar idee krijgen over de kosten. Maar de betrouwbaarheid kan niet altijd verzekerd worden. In is de termijn waarover de investering van de installaties terugverdient wordt vrij lang. En dit is niet bepaald populair bij investeerders. Al dit heeft veel te maken met de aard van de technologie achter fotovoltaïsche zonnecellen. Namelijk is deze fundamenteel totaal verschillend als de technologieën die men ongeveer de afgelopen 1000 jaar heeft gebruikt voor energieproductie. Bij heel veel processen om energie op te wekken maakt men gebruik van een turbine waar een energievorm omgezet wordt in mechanische energie. En al dan niet wordt deze bewegingsenergie omgezet in een andere gewenste energievorm, veelal elektrische energie. Maar bij fotovoltaïsche zonnecellen worden de energie van de zonnestralen in één stap omgezet in elektrische energie. Hier komen geen bewegende delen aan te pas in tegenstelling tot een turbine. Bij nieuwe energiebronnen waarbij ook een turbine aan de pas komt is de ontwikkeling een stuk eenvoudiger dan bij fotovoltaïsche zonnecellen. Namelijk omdat men gebruik kan maken van de jarenlange ervaringen met turbines.

Bij fotovoltaïsche zonnecellen wordt in het algemeen gebruik gemaakt van silicium voor de energieomzetting. In principe hebben we wel al een heleboel ervaring opgedaan met silicium aangezien dit hetzelfde materiaal is dus ook gebruikt wordt in computers, gsm's, auto's en nog vele andere. Maar bij deze toepassingen werd het materiaal gebruikt voor een volledig verschillende taak als bij fotovoltaïsche zonnecellen. Namelijk moet het silicium bij zonnecellen elektriciteit gaan produceren en dus kan men bijna geen gebruik maken van de ervaring opgedaan met het materiaal bij computers en dergelijke. Dit verschil zorgt ook voor een sterk verschillende financiële structuur. Het tekort aan ervaring zorgt dus voor een langzamere ontwikkeling van fotovoltaïsche zonnecellen. En dus is de grote vraag omtrent fotovoltaïsche zonnecellen 'hoe lang men nog moet wachten vooraleer deze competitief gaan zijn op de energiemarkt'? Maar de toekomst voor zonne-energie ziet er wel zeer optimistisch uit aangezien de vele onderzoekers, wetenschappers en ingenieurs die bezig zijn met de ontwikkeling van fotovoltaïsche zonnepanelen met een lagere kostprijs.

Geschreven door Emile Glorieux, Bron [nationalgeographic]