Al in de jaren vijftig droomde men van een maatschappij die draait op zonne-energie. Dankzij geleidelijke technologische vooruitgang en een cruciale overheidsmaatregel wordt dat ideaalbeeld van toen steeds meer werkelijkheid.
Op daken, in weilanden, boven parkeerplaatsen: zonnepanelen zie je tegenwoordig overal. Daarmee lijkt een droom uit de jaren vijftig nu echt uit te komen. Volgens Wim Sinke, emeritus hoogleraar Photovoltaic energy conversion aan de Universiteit van Amsterdam, plukken we de vruchten van een technologie die de afgelopen zeventig jaar gestaag is doorontwikkeld. Cruciaal in die ontwikkeling was niet een bepaalde wetenschappelijke doorbraak, maar een politieke ingreep. “Die heeft ons direct geleid tot waar we nu zijn.”
De eerste zonnecellen
Het begon allemaal in 1839, toen een piepjonge Franse fysicus – Alexandre-Edmond Becquerel, negentien jaar – het fotovoltaïsch effect ontdekte. Dat is het principe waarbij licht in bepaalde combinaties van materialen wordt omgezet in elektriciteit. Verderop in de negentiende eeuw werden op basis van dit principe de eerste zonnecellen gemaakt, de elektrische cellen waaruit onze zonnepanelen zijn opgebouwd.
Pas honderd jaar na Becquerels ontdekking hadden onderzoekers het maken van zonnepanelen goed onder de knie. In 1954 werd in de Amerikaanse Bell Labs een techniek ontwikkeld om de daarvoor benodigde zonnecellen en andere elementen op grote schaal te produceren. Net als de huidige exemplaren werden de zonnecellen gemaakt van silicium. Sinke: “In veel opzichten lijken de zonnecellen die we vandaag de dag gebruiken nog steeds op die eerste zonnecellen.”
De Bell Labs waren onderdeel van het Amerikaanse telecombedrijf AT&T. Dat wilde de zonnecellen onder andere gebruiken om afgelegen tussenstations van energie te voorzien. Maar volgens Sinke droomde men destijds al van meer. “Er was vanaf het begin een duidelijke visie om zonnecellen voor allerlei toepassingen te gebruiken. In een filmpje van Bell uit 1956 zie je bijvoorbeeld een kind spelen met een autootje op zonnecellen. En in advertenties zie je de zon bijna als iets heiligs binnenkomen op een paneeltje.”
Filmpje van Bell uit 1956
Toepassingen in de ruimtevaart
De markt voor zonnecellen bleek echter te klein. Dat lag niet aan het rendement van de cellen. De eerste zonnecellen zetten ongeveer 6 procent van het inkomende zonlicht om in elektriciteit, en rond 1960 was het rendement al gestegen naar 10 procent. “Dat was best een prima opbrengst”, zegt Sinke. “Maar zonnepanelen waren gigantisch duur om te maken – zo’n tienduizend keer zo duur als nu.”
Daarom werden zonnecellen in de jaren vijftig en zestig alleen toegepast op een plek waar geld destijds vrijwel geen rol speelde: de ruimtevaart. In 1958 werd bijvoorbeeld de Amerikaanse satelliet Vanguard 1 voorzien van zonnecellen. “Maar het totale vermogen van alle zonnecellen in de ruimte bij elkaar stelde niks voor. De droom van Bell was om juist op veel grotere schaal toepassingen te ontwikkelen.”
In de jaren zeventig kreeg deze droom langzaam weer wat daglicht te zien. Destijds wakkerde de oliecrisis de ontwikkeling van nieuwe energiebronnen aan. “Het Amerikaanse bedrijf Solarex bouwde toen een zonnecelfabriek met zonnepanelen op het dak. Hoewel ze daar maar een klein deel van de benodigde elektriciteit uit haalden, laat het zien dat men toen al dezelfde visie had als nu: dat je de zonne-energiesector zelf ook laat draaien op groene stroom.”
Door marktstimulatie vanaf de jaren 1990 kon zonne-energie grootschalig worden toegepast.
Pixabay, cverkest via CC0Succesverhaal
Maar ondanks allerlei initiatieven bleven zonnecellen kampen met hoge productiekosten. Dat veranderde pas echt in 1990. De Duitse politicus Hermann Scheer stelde toen voor om de markt voor zonne-energie en andere hernieuwbare energiebronnen te stimuleren met een kostendekkende terugleververgoeding: een vergoeding die je krijgt als je meer energie opwekt dan je verbruikt, waarbij het overschot naar het elektriciteitsnet gaat. “Door deze marktstimulatie kon zonne-energie grootschaliger worden toegepast. Daardoor gingen de prijzen omlaag en kon de stimulering weer worden verminderd. Zo brak de overheid de markt open”, zegt Sinke. “Dat is een onvoorstelbaar succesverhaal geworden. Het heeft ons direct geleid tot waar we vandaag zijn: zonnecellen die op veel plekken zonder subsidie kunnen worden geplaatst.”
In de jaren erna werden ook in Nederland plannen ontwikkeld om de markt te stimuleren en productie op te schalen. “Inmiddels zijn we wereldwijd na Australië de nummer twee als het gaat om het aantal zonnepanelen per inwoner. Dat is wel echt indrukwekkend”, zegt Sinke. Zo haalde een overheidsmaatregel zonne-energie uit haar niche. Wereldwijd is het aantal geproduceerde zonnepanelen sinds de jaren negentig elke paar jaar verdubbeld. Bij iedere verdubbeling is de gemiddelde prijs van een paneel met 24 procent gedaald. Sinds 2006 bedraagt die prijsdaling per productieverdubbeling zelfs bijna 40 procent.
Nog meer rendement
Ondertussen werden in laboratoria ook allerlei technologische stappen gezet. Dankzij de bredere toepassing vonden die labresultaten vanaf de jaren negentig steeds sneller hun weg naar de praktijk. “Omdat er nieuwe fabrieken werden gebouwd, kon er ook nieuwe technologie worden geïmplementeerd. Bedrijven gingen vervolgens samenwerken met onderzoekers om de technologie verder te verbeteren”, zegt Sinke. Zo ging parallel aan de prijsdaling het rendement van zonnecellen gestaag omhoog. Inmiddels zetten commercieel beschikbare zonnepanelen 20 tot 22 procent van het zonlicht om in elektriciteit. “We naderen nu langzamerhand de rendementsgrens van panelen die van één materiaal – meestal silicium – zijn gemaakt.”
Toch zijn er volgens hem allerlei manieren om een nog hoger rendement te behalen. De meest veelbelovende is het stapelen van twee of meer zonnecellen van verschillende materialen. Zo’n multilaagszonnecel is gevoeliger voor verschillende kleuren licht dan een enkellaagscel. “Als je bijvoorbeeld perovskiet combineert met silicium, zou je over vijf of tien jaar een paneelrendement kunnen halen van meer dan 30 procent. Op de langere termijn kom je misschien wel in de buurt van 35 of 40 procent.”
Circulaire systemen
Maar om de zonnedroom volledig uit te laten komen, zijn er nog wel wat obstakels te overwinnen. Hoe sla je bijvoorbeeld de gewonnen energie op? De zon schijnt immers niet altijd, en je hebt wel altijd energie nodig. Sinke: “Dat zal een combinatie van allerlei maatregelen moeten zijn, die je voor het hele energiesysteem van de toekomst treft. Je moet onder andere zorgen voor een betere match tussen vraag en opwekking, zodat je elke opgewekte kilowattuur nuttig gebruikt. Daarbij hebben combinaties van verschillende hernieuwbare energiebronnen zoals zon en wind vaak voordelen. Ook moet energie op verschillende niveaus worden opgeslagen of omgezet in een bepaalde brandstof.”
Daarnaast is zonne-energie weliswaar van nature hernieuwbaar, maar niet automatisch volledig duurzaam. “Er wordt hard gewerkt aan circulaire zonne-energiesystemen, waarbij je de materialen die je hebt gebruikt weer terug kunt winnen. Zo voorkomen we een afvalberg en maken we optimaal gebruik van schaarse grondstoffen.”
Niet te stoppen locomotief
Al met al is Sinke ondanks de huidige problemen rondom opslag, verdeling en recycling uitermate positief over de toekomst van zonne-energie. “Je ziet dat er de laatste jaren wat scepsis ontstaat als reactie op de huidige problemen. Wat mij betreft is dat veel te voorbarig. Die problemen ontstaan doordat we zo ontzettend veel zonne-energie opwekken. Dat is fantastisch. De effectiefste manier om problemen op te lossen is door er tegenaan te lopen en ze aan te pakken.”
Sinke ziet de ontwikkeling van zonne-energie als een niet te stoppen locomotief. “Men dacht vroeger dat we een echte technologische doorbraak nodig zouden hebben om zonne-energie tot een succes te maken. Dat we zover zijn gekomen met technologie die al in de jaren vijftig is ontstaan, had niemand durven voorspellen. Doordat het proces niet afhankelijk is van één briljante vondst, is het heel robuust. Zonne-energie heeft geen doorbraak nodig. Zonne-energie ís de doorbraak.”
