Knip en klaar: Energetische terugverdientijd van zonnepanelen

MariaGodfrida, via Pixabay Creative Commons

Update: Zonnepanelen verdienen de energie die het kost om ze te produceren 8 tot 10 keer terug gedurende de levensduur. Dat stellen 23 goed ingevoerde experts in reactie op een wetenschappelijk artikel dat in 2016 veel ophef veroorzaakte.

Wees gerust, zonnepanelen zijn energiepositief

Update 7 januari 2017: In NRC publiceerde Karel Knip vorig jaar oktober een stuk over de energy return on energy invested (ERoEI) van zonnepanelen. Knip kwam tot de (snel en keurig gerectificeerde) foute conclusie dat de productie van de panelen meer energie kost dan de panelen in 25+ jaar opleveren.

Knip baseerde zijn stuk op een artikel in het tijdschrift Energy Policy. Dat controversiële artikel is nu door 23 wetenschappers, waaronder de Nederlandse PV-hoogleraar Wim Sinke, weerlegd. In het reactie-artikel komen de 23 energiespecialisten tot de conclusie dat zonnepanelen, in matig zonnig Zwitserland, 8 tot 10 keer zoveel energie opleveren als de productie kost.

“We have carefully analysed this paper, and found methodological inconsistencies and calculation errors that, in combination, render its conclusions not scientifically sound.”

Het artikel is open access en de moeite van het lezen waard. Ook voor wie er al van overtuigd was dat zonnepanelen wel degelijk energiepositief zijn. Het maakt uitstekend duidelijk waar het eerdere artikel de mist in gaat. Goede parate kennis voor iedereen die op een verjaardag nog eens moet uitleggen hoe dat nu ook alweer zit met die ‘zonnepanelen op kolenstroom’.

Het oorspronkelijke artikel van 23 oktober 2016 hieronder.


De alledaagse ‘energy payback time’ van zonnepanelen

In de rubriek Alledaagse Wetenschap van het NRC schrijft Karel Knip over de zin en onzin van biomassa en zonnepanelen. Helaas baseert Knip zich daarbij op slechts één bron, waarop bovendien nogal wat af te dingen is.

Zonnepanelen doen gewoon wat ze beloven

Altijd jammer als je je voorbeelden moet weerspreken. Maar wat moet dat moet. In het NRC-wetenschapskatern van 22 oktober 2016 schiet wetenschapsduider Karel Knip uit de bocht met een onderwerp dat mij te zeer aan het hart gaat om het er bij te laten zitten.

De titel – Voor een zonnepaneel worden kolen verstookt – is suggestief maar correct. De meeste zonnepanelen komen uit China en China wekt een groot deel van zijn elektriciteit op met steenkool. Chinese zonnepanelenfabrikanten gebruiken veel elektriciteit, dus veel kolenstroom. Ook in Nederland behoren steenkolen tot de belangrijkste bronnen voor elektriciteit. Voor een stroopwafel, homp kaas of kop koffie worden ook kolen verstookt. Klopt, moeten we mee kappen. Hier en in China.

Voor zover er nog twijfel overbleef; Karel Knip heeft zijn stuk inmiddels keurig gerectificeerd (Toevoeging 27 oktober). 

Levert een zonnepaneel onder de streep energie op?

Goed, hoeveel steenkool is er dan nodig om een zonnepaneel te maken? In de laatste alinea van het stuk vergelijkt Knip de energie die nodig is om een zonnepaneel te produceren, transporteren en installeren, met de energie die hetzelfde zonnepaneel gedurende zijn bruikbare levensduur zal opwekken. Het is essentieel dat die verhouding (veel) groter is dan 1: Als het paneel zichzelf qua energie niet terugverdient, heeft het weinig zin om over financiële terugverdientijden te praten.

Knip neemt een conclusie over uit een artikel van Ferroni & Hopkirk in het wetenschappelijke tijdschrift Energy Policy. Ferroni & Hopkirk stellen hierin dat de verhouding tussen de energieconsumptie en de energieopbrengst van een PV-paneel in Duitsland en Zwitserland uitkomt op 0,82. Ofwel: zonnepanelen hebben een negatief energetisch rendement. Als dit inderdaad zo is, investeren energiebedrijven en projectontwikkelaars wereldwijd miljarden in zinloze panelen. Niet uit te sluiten maar op zijn minst opmerkelijk. Zo’n opvallende uitkomst, dat verdient nader onderzoek. Helaas laat wetenschapsjournalist Knip die belangrijke stap dit keer achterwege. Wel noemt hij de ‘rekenarij aardig te volgen’ en kiezen Ferroni & Hopkirk volgens Knip ‘niet de meest ongunstige uitgangspunten’.

Updates
  • Terechte aanvulling via Twitter: Mariska de Wild-Scholten (SmartGreenScans, ex-ECN) is indirect een belangrijke bron voor dit stuk.
  • Ook Jasper Vis (Energieblogger/Directeur Nederland bij Dong Energy) schreef een uitgebreide reactie op het stuk van Karel Knip. Het lezen waard.
  • Grafieken van Fraunhofer en reactie Minister Kamp (via Jasper Vis) ingevoegd.

Alledaagse klimaatscepsis en verouderde data

Zelf vind ik de berekening, aannames en literatuurlijst van Ferroni & Hopkirk nogal ongebruikelijk en alleen al daarom knap lastig te doorgronden. Wat betreft de stappen die ik kan volgen, is er ook niet altijd sprake van gunstige aannames. Wat dat aangaat: Ferroni behoort tot de kleine minderheid aan wetenschappers die ontkennen dat menselijk handelen de belangrijkste oorzaak is voor klimaatverandering, of ontkennen dat het klimaat überhaupt verandert. Niet bepalend voor juistheid van zijn onderzoek, wel aanleiding om wat scherper op te letten.

Terug naar de feiten. Ten eerste gebruiken de heren Ferroni & Hopkirk relatief oude bronnen. De ontwikkelingen in de PV-markt gaan razendsnel en dat heeft zeker impact op de energie-intensiteit van de zonnepanelenproductie. Voor de eerste zonnepanelen gold inderdaad een negatieve energy return on energy invested (EROEI). Zonnepanelen zijn oorspronkelijk geoptimaliseerd voor gebruik in de ruimtevaart, waar productiekosten een betrekkelijk geringe rol spelen. Daarna zijn de zonnecellen lange tijd gemaakt uit zeer zuiver silicium dat is gemaakt voor de chipindustrie. In de eindprijs van een processor spelen energiekosten ook een kleine rol.

Pas met de echte groei van de PV-markt ontstond druk om te optimaliseren op productiekosten en energiegebruik. Dat is dan ook gebeurd. Ten opzichte van tien jaar geleden is de gemiddelde zonnecel nu 66 procent minder dik. De productie van silicium is een van de meest energie-intensieve stappen in de PV-productieketen en een zonnecel bevat nu nog maar derde van dit materiaal. Tegelijkertijd is de stroomopbrengst per zonnepaneel toegenomen, zijn de verliezen in omvormers gereduceerd en is er op vrijwel alle andere relevante factoren flinke winst geboekt.

Kortom: Als je in de zonnepanelenmarkt rekent met cijfers van drie jaar oud dan zit je er al naast. Maak je zoals Ferroni & Hopkirk gebruik van cijfers uit 2006, 1998 of zelfs ouder dan is het erg lastig om nog tot een steekhoudende eindconclusie te komen.

capture2
Energy payback time (EPBT) zonnepanelen sinds 1990 in Zuid-Europa (Fraunhofer/De Wild-Scholten)

capture
EPBT voor uiteenlopende PV-techniek in Duitsland (Fraunhofer/De Wild-Scholten)

Een zonnepaneel verdient zich (energetisch) in uiterlijk 4 jaar terug

Oude data of niet, de EROEI-verhouding van 0,82 is wel errug laag. Gerenommeerde instituten als het Duitse Fraunhofer en Amerikaanse NREL spreken in deze context over energy payback time (EPBT). Afhankelijk van de zoninstraling op de plaats waar de zonnepanelen geïnstalleerd zijn, ligt de EPBT tussen de een en de vier jaar (in het zuiden van Spanje levert hetzelfde paneel meer op dan in het Noorden van Finland). Ervan uitgaande dat de zonnepanelen 25 jaar meegaan, komt dat neer op een EROEI tussen de 6 en de 25.

Ferroni & Hopkirk geven terecht aan dat de EROEI-berekening sterk afhankelijk is van het energiegebruik dat je wel en niet toerekent aan de zonnepanelen. Fraunhofer beperkt zich tot het energiegebruik in de productie van de panelen, omvormers en bevestigingsmaterialen. Dat resulteert in een EPBT van 2 jaar voor multi-kristallijne zonnepanelen uit 2011, geïnstalleerd in Duitsland. Ferroni & Hopkirk schrijven terecht ook energiegebruik toe aan de installatie van de panelen en aan het energienetwerk dat nodig is om de zonnestroom te transporteren. Daarnaast nemen Ferroni & Hopkirk ook een (hoog!) energiegebruik mee voor het kapitaal dat nodig is voor de zonneparken te realiseren. Vind ik lastig te volgen.

Conclusie: Geen goede beurt van Karel Knip

Onder de streep schrijven Ferroni & Hopkirk 50 procent van de energie-impact van zonnepanelen toe aan de productie en de andere helft aan overige factoren. Stel dat die verhouding klopt én ook toepasbaar is op de EPBT-waarden van Fraunhofer en NREL, dan zijn beide methodes direct vergelijkbaar door de berekende EPBT te verdubbelen. Dat resulteert in een EROEI van tussen de 3 en de 13 volgens Fraunhofer/NREL. Of, voor het Duitse voorbeeld hierboven, in een EROEI van 6. Beetje houtje touwtje maar toch beduidend meer dan de 0.82 die Ferroni & Hopkirk voor dezelfde situatie noemen. Dat had ook Knip voor publicatie kunnen (moeten?) checken.

In reactie op het artikel van Ferroni & Hopkirk hebben 23 wetenschappers uit het veld een kritische response paper ingediend bij Energy Policy. Dit stuk is nog niet gepubliceerd/heb ik niet kunnen vinden. Minister Kamp (EZ) heeft wel inzage gehad in deze wetenschappelijke reactie en heeft de inhoud gebruikt in reactie op Kamervragen van de PVV over het artikel van Ferroni & Hopkirk. Die reactie is hier te lezen. De oppositie-wetenschappers komen voor Duitsland uit op een EROEI van 11,6 voor multikristallijne zonnepanelen. 

Al met al roept het rekenwerk van Ferroni & Hopkirk enorm veel twijfel op. Zonder de response paper in te zien heb ik echter geen glasharde grond om het artikel volledig af te serveren. Het werk van NREL, Fraunhofer en vergelijkbare instituten komt (veel) geloofwaardiger over dan deze ene extreme waarde van de hand van een klimaatscepticus, dat sowieso.

Bron: NRC, Energy Policy, Fraunhofer, NREL / Imagecredit: MariaGodfrida, via Pixabay Creative Commons

You may also like...

  • Lomito

    Er is toch wel een punt dat de ERoEI van PV minder gunstig is dan in de media doorgaans geventileerd wordt. Zonnepanelen hebben een groen imago en dat wordt door de ERoEI-discussie op losse schroeven gezet, een flinke klap in het gezicht van de oprechte klimaatmitigaat.

    • De energetische terugverdiencapaciteit is een waardevol instrument om energie- en klimaatbeleid vorm te geven maar komt überhaupt weinig terug in publicaties en discussies over duurzame energie.

      De ERoEI van zon-PV in Nederland is goed maar niet ideaal. Het is daarom belangrijk om het energiesysteem zo in te richten dat opgewekte zonnestroom zoveel mogelijk direct benut wordt. Als zonnepanelen niet alleen zich zelf maar ook de productie en de omzetverliezen van opslagsystemen energetisch moeten terugverdienen, wordt het verhaal lastiger. Zover is het in Nederland echter nog lang niet.

      De ERoEI voor windenergie is beter dan voor zon en laat meer ruimte over voor opslag of conversie. De balans voor stuwmeren is nog weer veel beter, en dat zijn van nature al opslagsystemen. Uiteindelijk gaat het om een goede energiemix die aansluit bij het lokale verbruikspatroon.

      • Lomito

        Vorige week werd nog naar buiten gebracht door de UvU dat zonnepanelen veel slechter presteren in de stad door beschaduwing van omliggende gebouwen, schoorstenen, masten, dakkapellen en bomen. En dan zijn er nog de zonnepanelen die noodgedwongen op minder gunstige dakvlakken geplaatst worden (NW-N-NO) of een minder geschikte hellingshoek hebben (90-60°).

        Al die minder gunstig geplaatste zonnepanelen verlagen de gemiddelde ERoEI die in Nederland toch al niet best is door de minder gunstige ligging op 52° noorderbreedte en de vele bewolking. Het zou mij niet verbazen als de ERoEI hierdoor inderdaad onder de 1 uitkomt, zeker als over enige jaren blijkt dat al die kwalitatief slechte zonnepanelen uit China, die zo vanaf 2012 op de markt zijn gekomen, de 15 jaar niet halen.

  • Pingback: Nogal Wiebes dat elektrische auto's meer kilometers maken | Duurzaam energienieuws, WattisDuurzaam.nl()

  • Pingback: 5 fake news verhalen over duurzame energie ontzenuwd | Duurzaam energienieuws, WattisDuurzaam.nl()

  • Pingback: Zonnepanelen goedkoper en duurzamer dankzij diamanddraad | Duurzaam energienieuws, WattisDuurzaam.nl()

WattisDuurzaam gebruikt cookies (en diensten die cookies plaatsen) om de site te verbeteren.