Energiedichtheid zonnepaneel 70 tot 500 keer hoger dan voor kolen
Tegenstanders van windturbines, biomassa en zonnepanelen maken nog al eens een punt van energiedichtheid. Die zou voor wind en zon veel te laag zijn, waardoor hernieuwbare energie geen alternatief kan zijn voor fossiele brandstoffen.
De meest constructieve reactie op dit terugkerende argument in discussies over de energietransitie is dat energiedichtheid maar één van de vele factoren is die bepalen hoe de energievoorziening er uit kan zien.
Vervolgens kun je verscheidene argumenten aandragen waarom we wel degelijk zonder fossiele brandstoffen kunnen. De ervaring leert echter dat niet iedereen openstaat voor nieuwe inzichten. Discussies met dergelijke gesprekspartners hou ik het liefst kort. Echter bij voorkeur zonder hen het gevoel te geven dat ze gelijk hebben gekregen. Hoewel ik de claim verwerp, is scoren in het open doel dat de energy density-kliek zelf heeft opgezet de leukste optie om zo’n saaie discussie te beslechten.
De snelle counter: Weet jij het echt beter dan de NASA?
Als iemand de plaat van de ’te lage energiedichtheid van zonnepanelen’ maar blijft grijsdraaien, vraag ik waarom satellieten zonnepanelen hebben. Juist in de ruimtevaart telt tenslotte elke kilo. Als de energiedichtheid van steenkool inderdaad zoveel beter is dan die van zonnepanelen, zou het dan niet logischer zijn om elke satelliet van een emmer steenkool te voorzien?
Steenkool met driedubbele cijfers onderuit op een bierviltje
Natuurlijk kan ook de NASA er naast zitten. Daarom is het zinvol om vooral ook zelf even te rekenen en de energiedichtheid van steenkool en die van zonnepanelen te vergelijken. Een bierviltje.
Zonnepanelen heb ik wel eens helpen installeren. Per stuk zijn ze goed te tillen, weet ik me te herinneren. En inderdaad, het gewicht van een zonnepaneel ligt rond de 20 kg. Het vermogen van zonnepanelen ligt op de 250 wattpiek of (veel) hoger. Een wattpiek levert in Nederland zo’n 0,88 kilowattuur (kWh) per jaar op. Een paneel van 250 wattpiek dus 220 kWh/jaar. In echt zonnige gebieden (Midden-Oosten, Australië, etc.) ligt de jaaropbrengst zo’n 2,5 keer hoger, zeg 550 kWh/jaar per paneel.
De meeste zonnepanelen krijgen de garantie mee dat ze na 25 jaar nog 80% van het originele vermogen leveren. Er zijn inmiddels exemplaren bekend die na 40 jaar nog steeds productief zijn. In Nederland levert een zonnepaneel van 250 wattpiek in 25 jaar in totaal 5.000 kWh, in 40 jaar 8.000 kWh. In het zonnigere Midden-Oosten en Australië loopt de totale opbrengst over de garantietermijn op tot 12.500 kWh en over 40 jaar tot 20.000 kWh.
De energiedichtheid van steenkool ligt tussen de 20 en 30 megajoule per kg (5,6 – 8,3 kWh/kg) . Het rendement van een kolencentrale loopt uiteen van 35 tot 45%. Een kilo steenkool levert dan over zijn levensduur als energiebron 2 tot 3,7 kWh elektriciteit. Valt toch wat tegen. Een kilo zonnepaneel levert over zijn levensduur tenslotte 250 tot 1.000 kWh.
Conclusie: De effectieve energiedichtheid van een zonnepaneel is 70 tot 500 keer hoger dan die van steenkool. Wie na het kijken van een zekere docu een punt wil maken over mijnbouw naar grondstoffen voor zonnepanelen, moet daarbij overwegen dat de mijnbouw benodigd voor kolenstroom enorm veel intensiever is dan die voor zonnestroom.
De oplettende lezer zal gezien hebben dat ik de materialen benodigd om zonnepanelen te bevestigen buiten beschouwing heb gelaten. Op een schuin dak stelt dat niet zoveel voor. In het vrije veld is daar wat extra aluminum, staal en/of beton voor nodig. Laat het 50 kilo per paneel zijn, dan wint een zonnepaneel het op effectieve energiedichtheid alsnog lachend van steenkool. Verder in de keten kijken kan natuurlijk ook. Filosofeer gerust hoeveel materiaal er nodig is om een zonnepaneel te maken. Vergeet echter niet dat in het bovenstaande de massa van de kolencentrale zelf en de leveringsketen voor steenkool ook achterwege is gebleven.
Imagecredit: Nasa, via Unsplash Public Domain
Oprichter WattisDuurzaam en duurzaamheidsadviseur bij We-Boost Transitions.
De oplettende lezer merkt ook op dat je voor zowel kolen als zonnepanelen wel heel veel negeert: de kosten (in geld en in milieuimpact) die gemaakt worden voordat de zonnepanelen op je dak liggen of de kolen in het kolenhok.
Verder is de vergelijking met kolen een beetje flauw: de energiedichtheid van kolen is veel lager dan die van olie of gas.
Een en ander neemt natuurlijk niet weg dat zonnepanelen hun investering ruim terugverdienen ongeacht hoe je rekent.
Zonnestroom, meer algemeen groene stroom wordt daarnaast vaak lokaal opgewekt waardoor er geen (of veel minder) afhankelijkheid van andere landen (zoals bij olie Iran, Iraq, Rusland en Saudi Arabië) is, vaak landen waar ik liever zo min mogelijk geld heen stuur.
In de ruimte heb je ook geen last van wolken en regen. Een emmer kool naar de satelliet brengen;)
Zonnepanelen die warm worden zoals in Australië verliezen veel efficiëntie. Plus stroom omvormen is ook energie verlies.
Zeg niet dat kolen beter zijn maar zijn nog ver weg van goeie oplossingen. Zeker als we het over laten aan de politiek die maar op een ding uit is, en dat is niet de natuur.
Maar gaan die discussies over energiedichtheid niet vooral over ruimtegebruik (benodigd landoppervlakte)?
En dan m.n. kernenergie vs. wind en zon?
Dat levert m.i. toch wel een heel andere verhouding op….
Hahaha, dit is niet alleen een berekening op een bierviltje maar ook door iemand die dronken was. Je kan de opbrengst van een zonnepaneel niet uitdrukken in energiedichtheid per kg. Dat zou betekenen dat als ik de PV-cellen uit een zonnepaneel haal ik daarmee een hogere energiedichtheid bereik dan met het complete zonnepaneel.
De opbrengst van een zonnepaneel wordt uitgedrukt in Wattpiek (Wp), dat is de opbrengst bij een instraling van 1000 W/m2 bij 25C. In Nederland is de instraling zo’n 850W/m2 dus de opbrengst van een zonnepaneel wordt daarmee zo’n 85% van de opgegeven Wp. Dan verliest het paneel ook nog eens zo’n 0,5% aan opbrengst per graad C boven die 25C. Aangezien een paneel makkelijk 65C wordt betekent dat een verlies van nog eens 20% van de opgegeven Wp. Ook heeft de oriëntatie van het paneel (op het zuiden, westen etc) ook nog eens invloed op de opbrengst en ook is de hellingshoek waaronder het paneel is opgesteld van invloed. Een zonnepaneel van 1,6m2 van 400Wp levert daarmee uiteindelijk gemiddeld zo’n 260W, dat is zo’n 163W/m2.
En voor het gemak laat je de raketbranstof die nodig is om die sateliet in een baan om de aarde te krijgen maar even buiten beschouwing. Een gemiddelde NASA raket gebruikt 6000 liter raketkerosine per seconde.
Waarom zijn er nog geen raketten op zonenergie vraag ik me dan af.. Zou het iets met energiedichtheid te maken hebben?
Vertaal dit naar de mijnbouw, de zware industrie, de landbouw en de lucht- en scheepvaart waar we met z’n allen van afhankelijk zijn en je ziet dat energiedichtheid weldegelijk een factor van belang is.