De stormachtige ontwikkeling van zonnepanelen overtreft onze verwachtingen. Inmiddels zijn de meeste experts er dan ook over uit: zonnepanelen gaan in de toekomst wereldwijd de meeste energie produceren. Dat klinkt als goed nieuws, maar is het dat wel?
Zondag 2 juli 2023 was een bijzondere dag, vooral voor eigenaars van zonnepanelen. Dat zijn er in Nederland steeds meer: binnen de EU produceren wij de meeste zonne-energie per hoofd van de bevolking, dankzij een gigantische groeispurt in het totale aantal zonnepanelen. We zijn op dit moment dus wel degelijk het ‘beste jongetje van de klas’. Fijn toch, op zo’n zonnige zomerdag als het op 2 juli was?
Niet helemaal. Er werd die dag zoveel zonne-energie opgewekt dat er een gigantische file aan de invoerkant van het stroomnet ontstond. Zo’n file veroorzaakt veel risico voor de balans in het systeem, waardoor veroorzakers zogeheten onbalanskosten moeten betalen. Als eigenaar van zonnepanelen betaal je dus om energie aan het net te leveren, waardoor de stroomprijs daalt en soms zelfs negatief wordt. Op 2 juli was dat het geval voor een recordaantal van vijftien uur achter elkaar.
Als je zonnestroom wil leveren aan het net omdat je het niet allemaal zelf kan gebruiken, en de stroomprijs is negatief, dan moet je daar dus voor betalen. Logischerwijs zet je je panelen dan liever uit. Dat klinkt al helemaal zonde, groene stroomproductie uitzetten terwijl de hele wereld snakt naar schone energie. Is dat een probleem voor de toekomst van schone energie? En zo ja, hoe lossen we dat op?
Onvermijdelijke groei
De wereldwijde groei van zonne-energie gaat niet alleen in Nederland ontzettend hard, en dat blijft ook nog wel even doorgaan, blijkt uit onderzoek aan de Britse University of Exeter. Dat voorspelt dat dergelijke fotovoltaïsche zonne-energie wereldwijd vanaf het jaar 2043 meer dan de helft van alle elektriciteit gaat opwekken: 56 procent, om precies te zijn.
Steeds meer mensen hebben zonnepanelen op hun dak liggen.
FreepikSterker nog, die groei is zelfs onvermijdelijk. De onderzoekers stellen dat we over een tipping point heen zijn: zonder aanvullend klimaatbeleid gaat zonne-energie de energiemix domineren. Het onderzoek komt daartoe, omdat zonne-energie in hun model binnen de kortste keren op de meeste plekken ter wereld verreweg de goedkoopste bron van energie wordt. Ze houden expliciet rekening met hoe een technologie ontwikkelt, via innovatie. Veel technologieën, waaronder zonne-energie, volgen hierin de zogeheten wet van Wright, die werkt volgens de logica learn by doing: hoe meer zonnepanelen, hoe sneller ze goedkoper worden. Specifiek voor zonnepanelen geldt dat elke verdubbeling van capaciteit er tot nu toe voor heeft gezorgd dat de prijs met 20 procent omlaagging.
Dunkelflaute
De onderzoekers waarschuwen wel dat zo’n toekomstig energiesysteem niet per definitie een zogeheten zero carbon_-systeem is, waarbij de hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer niet toeneemt. Zon schijnt immers alleen overdag, in de zomer intenser dan in de winter en soms zitten er wolken in de weg. Een gedeelte van de zonloze tijd wordt gedekt door windenergie, maar ook dan zijn er momenten van _dunkelflaute: windstille, zonloze periodes, waarin heel weinig groene stroom wordt opgewekt. Stel dat we genoeg wind- en zonne-energie kunnen opwekken om alles en iedereen van stroom te voorzien, dan moeten we nog een manier hebben om het uit te smeren over de tijd.
Een gedeelte van de zonloze tijd wordt gedekt door windenergie.
FreepikAls dat uitsmeren niet goed genoeg lukt, zijn er twee opties: we plaatsen zoveel windmolens en zonnepanelen dat er zelfs in momenten van dunkelflaute genoeg stroom wordt opgewekt (met het gevolg dat we ze ook vaak moeten uitzetten), of we zijn afhankelijk van andere energiebronnen die niet weersafhankelijk zijn, zoals fossiele brandstoffen – met de bijbehorende uitstoot. Voor een vlekkeloze energietransitie is het dus belangrijk dat technologieën die dat uitsmeren faciliteren, net zo hard meegroeien.
Goed uitsmeren
Energie die opgewekt wordt op zonnige, winderige momenten is tijdelijk op te slaan in batterijen, om later te gebruiken. Op dit moment zijn batterijen nog duur, maar het lijkt erop dat ze ongeveer net zo snel goedkoper worden als zonnepanelen. Best wel snel dus.
Batterijen kunnen energieopwekking vrij goed uitsmeren over individuele dagen met verschil in zonnigheid, maar veel plekken op de wereld – zoals Nederland – hebben ook te maken met seizoenen. Hier wordt in de zomer veel meer zonne-energie opgewekt dan in de winter, dus het liefst slaan we in de zomer energie op, zodat we die in de winter kunnen gebruiken. Op langere termijn energie opslaan kan al op een aantal manieren, zoals met waterkracht, maar in de toekomst wellicht ook via groene waterstof. Die wordt geproduceerd met groene energie, waardoor de waterstof fungeert als energieopslag.
Specifiek voor groene waterstof is de toekomst echter nog erg moeilijk te voorspellen, vertelt dr. Femke Nijsse, energiemodelleur, complexiteitswetenschapper en hoofdauteur van het onderzoek. “Het is nog redelijk onzeker wat er met langetermijnopslag gaat gebeuren. De wet van Wright werkt goed wanneer je voldoende data hebt, maar die hebben we voor waterstof niet.” Nijsse doet in dit geval in haar model de aanname dat technologie voor groene waterstof even snel innoveert, leert en goedkoper wordt als windenergie: 10 procent goedkoper per verdubbeling van de capaciteit. Er zijn nog flink wat verdubbelingen nodig, want op dit moment wordt er nog nauwelijks groene waterstof gemaakt vanwege de hoge prijs en inefficiënte productie.
Gigantische smak geld
De snelheid waarmee een technologie goedkoper wordt, is dus afhankelijk van hoe snel de capaciteit wordt uitgebreid. Precies dat is te beïnvloeden met beleid. Andere modellen nemen dat vaak niet mee, zegt Nijsse: “Veel andere modellen beschouwen innovatie als iets externs, waardoor beleid geen invloed kan hebben op de snelheid van kostenreductie. Dat doen wij anders”. Hier is zonne-energie nogmaals een goed voorbeeld: in 1990 introduceerde Duitsland al een regeling die mensen aanspoorde om zonnepanelen aan te schaffen, ook al was het op dat moment nog heel erg duur. “Als je op dat beleid een kosten-batenanalyse uitvoert, komt het er totaal niet voordelig uit. Behalve dan dat de hele wereld indirect baat heeft van de innovatie die het heeft veroorzaakt”, zegt Nijsse. De gigantische smak geld die Duitsland investeerde, zorgde dus voor een versnelde toename van capaciteit en daarmee een versnelling van innovatie.
“Dat zon nu ook zonder aanvullend beleid blijft doorgroeien, is volgens mij ongelofelijk goed nieuws”, zegt Auke Hoekstra, energiemodelleur en directeur van het onderzoeksproject NEON Research. “Enkele jaren geleden dacht men nog dat het eindeloos veel subsidie zou kosten.”
Maar gaat het dan niet té hard met zonne-energie? Kunnen we de groei bijhouden of moeten we op de rem trappen? Nijsse: “Dat zou ik niet zeggen. We hebben gewoon heel veel energie nodig op de wereld. Steeds meer daarvan wordt elektriciteit. Dus nee, het gaat niet te hard met zonne-energie. Maar we moeten wel zorgen dat we de onvermijdelijke groei kunnen bijbenen met onze infrastructuur. Dat doen we nu niet.”
Waanzinnig lage uitval
Dat de netbeheerders langzaam zijn in aanpassingen maken aan het net is vervelend, maar ook wel logisch, vindt Hoekstra. “Deze energietransitie is echt met afstand het grootste project in de geschiedenis van de mensheid, hoe je het ook went of keert. Onze netbeheerders hebben een enorm kosteneffectief systeem gebouwd; onze uitval is echt waanzinnig laag. Dat is echt goed. Het zijn niet voor niets netbeheerders, geen netinnovators. Als ze dat wel waren, was de uitval veel hoger. Je kan vanuit organisatieperspectief heel goed verklaren waarom die adoptie zoveel langer duurt.”
Het aanpassen van het energienet gaat langzaam.
FreepikOm de groei van zonne-energie bij te benen, zijn er dus andere oplossingen nodig. “We moeten gewoon creatiever zijn”, vindt Nijsse. “Nederland is wel heel erg goed in de balans tussen wind- en zonne-energie, waardoor er minder opslag nodig is en de invoer van stroom meer in evenwicht is. Ook wordt er stevig geëxperimenteerd met bijvoorbeeld het inzetten van elektrische auto’s om het net stabieler te maken.” Wanneer je elektrische auto aan een laadpaal staat, kan een slim systeem de auto inzetten als tijdelijke batterij, door pas te laden wanneer er veel zon en wind is en zo het stroomnet te ontlasten. Als alle elektrische auto’s dat doen, werkt het in feite als een gigantische batterij.
Gelukkig zijn er nog tal van manieren om het net een handje te helpen. Zo kan het gebruik van stroom meer afgestemd worden op de opwekking via dynamische energiecontracten: je betaalt dan minder voor stroom als er meer wordt opgewekt. Aan de andere kant kunnen maatregelen die de aanschaf van zonnepanelen stimuleren, afgeschaft worden, zoals de huidige salderingsregeling. Het geld wat daarbij vrijkomt, kan dan mooi naar andere creatieve oplossingen.