De opkomst van duurzame zonne-energie
Zonnestroom is een milieuvriendelijke energiebron. Ontdek wat zonnestralen kunnen doen om de planeet van energie te voorzien en deze te helpen behouden.
Wat is zonne-energie?
Zonne-energie is energie die afkomstig is van de zon. De warmte en het licht van de zon worden gebruikt om elektriciteit of thermische energie op te wekken voor verschillende huishoudelijke, zakelijke en andere operationele behoeften. De uitvoer van een zonnestroomsysteem wordt gemeten in watt.
Zonne-energie, ook bekend als zonnestroom, lichtenergie, of zonnestraling, is de meest overvloedige hernieuwbare energiebron. Een hernieuwbare energiebron is een energiebron die opnieuw kan worden gegenereerd. In tegenstelling tot fossiele brandstoffen (olie, aardgas en steenkool) is deze energiebron niet na eenmalig gebruik uitgeput. Andere voorbeelden van hernieuwbare energie zijn windenergie, waterkracht en geothermische energie.
Het zal je misschien verbazen dat zonne-energietechnologieën geen moderne ontdekking zijn: Mensen gebruiken zonne-energie al sinds de 7e eeuw voor Christus, toen mensen vergrootglazen en zonnestralen gebruikten om vuur te maken en mieren te verbranden. Sinds die tijd zijn er natuurlijk grote ontwikkelingen en vorderingen geweest in zonne-energietechnologieën.
Hier is een kort overzicht en een tijdlijn van zonne-energieontwikkeling in de VS. Department of Energy:
- In 1767 bouwde de Zwitserse wetenschapper Horace de Saussure de eerste zonnecollector ter wereld.
- Edmond Becquerel, een Franse natuurkundige, ontdekte in 1839 het fotovoltaïsche effect, waarbij licht of stralingsenergie een spanning of elektrische stroom opwekt.
- Tientallen jaren later registreerde de Franse wiskundige Augustin Mouchot patenten voor motoren die op zonne-energie werkten.
- In 1883 ontwikkelde de New Yorkse uitvinder Charles Fritts een zonnecel door selenium te coaten met een dun laagje goud. Hij bereikte een energieomzettingssnelheid van 1 tot 2 procent (ter referentie: de meeste moderne zonnecellen werken met een snelheid tussen 15 en 20 procent), volgens Smithsonian Magazine. De uitvinder Edward Weston kreeg vijf jaar later twee patenten voor zonnecellen.
- Albert Einstein publiceerde begin 1900 een artikel over het foto-elektrisch effect.
- In 1954 produceerde Bell Telephone Laboratories een silicium zonnecel, de eerste cel die genoeg energie kon omzetten om dagelijkse elektrische apparatuur te laten werken, met een efficiëntie van 4 procent (en later 11 procent). Zes jaar later bereikte Hoffman Electronics een efficiëntie van 14 procent.
- In de 1970s, ontwierp Dr. Elliot Berman een goedkopere zonnecel, waardoor de prijs daalde tot USD 20 per watt.
- Paul MacCready bouwde een vliegtuig op zonne-energie (het eerste in zijn soort) met 16.000 zonnecellen erop, waarmee hij in 1981 van Frankrijk naar Engeland vloog.
- In 1998 leidde wetenschapper Subhendu Guha de weg naar de uitvinding van flexibele zonne-shingles die zonlicht omzetten in elektriciteit voor op daken.
- Vanaf 2000 duurt de vooruitgang voort in de mogelijkheden en efficiëntie van zonne-energietechnologieën.
Op dit moment is "zonne-energie de snelst groeiende en betaalbaarste bron van nieuwe elektriciteit" in de Verenigde Staten, volgens Energy.gov op Solarvolgens Energy.gov, met 3 miljoen installaties in het land. En wereldwijd is zonne-energie ook in opkomst, zowel voor thuisgebruik als in de industrie.
Een alledaags, populair voorbeeld van zonne-energie zijn de zwarte, rechthoekige zonnepanelen die je op de daken van sommige huizen ziet. Bedrijven hebben deze vorm van zonne-energie ook omarmd. Disney World heeft zelfs een zonne-installatie in de vorm van een Mickey Mouse, bestaande uit 48.000 zonnepanelen, voor het themapark in Epcot.
Zonnetechnologieën zijn in de loop der jaren steeds verder ontwikkeld en verbeterd. Dit artikel geeft een overzicht over zonnestroom, hoe het werkt, de voordelen van het gebruik en de toekomst.
Hoe wordt zonne-energie verzameld en opgeslagen?
Fotovoltaïsche cel (Photovoltaic of PV)
Hierbij wordt een apparaat (denk aan zonnepanelen) gebruikt om zonlicht te absorberen en om te zetten in elektrische energie. Deze apparaten staan bekend als zonnecellen en worden met elkaar verbonden tot grotere eenheden die stroom opwekken.
Geconcentreerde zonne-energie (Concentrating Solar Power of CSP)
Verzamelt energie van de zon om warmte te creëren, die vervolgens wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken. Deze technologie gebruikt spiegels om lichtenergie te richten of te 'concentreren'.
Verwarming en koeling op zonne-energie (Solar Heating and Cooling of SHC)
Verzamelt energie van de zon en gebruikt deze om verwarming en koeling te bieden aan huizen en bedrijven. Deze technologie maakt gebruik van een zonnecollector, geïsoleerde leidingen en een opslagtank voor warm water.
Onderdelen voor de opslag van zonne-energie
-
Batterijen
De kern van energieopslagsystemen. Twee veelgebruikte soorten batterijen zijn lithium-nikkel-mangaan-kobalt en lithium-ijzer-fosfaat.
-
Subpanelen voor essentiële onderdelen
Hiermee kun je bepalen welke essentiële apparaten van stroom worden voorzien wanneer de stroom uitvalt.
-
Zonnepanelen
Wordt gebruikt om batterijen op te laden. Thin film, PERC, polycrystalline en monocrystalline zijn verschillende soorten zonnepanelen.
Waarvan zijn zonnepanelen gemaakt? In de kern bevatten zonnepanelen meestal silicium, het meest gebruikte halfgeleidermateriaal in PV-cellen, een glazen omhulsel, een metalen frame en andere hardware om het paneel bij elkaar te houden en de functionaliteit ervan te ondersteunen.
-
Omvormers
Deze worden gebruikt om wisselstroom om te zetten in gelijkstroom (zonnepanelen en batterijen zetten gelijkstroom om in wisselstroom).
Opslag van zonne-energie
Volgens Green Building Elements zijn er drie manieren om zonne-energie op te slaan:
Batterijopslag
Meestal worden lithium-ion batterijen gebruikt om zonne-energie op te slaan.
Mechanische energieopslag
Samengeperste lucht (die in een vat, zoals een tank, wordt geperst en wanneer nodig wordt afgegeven), waterkracht met pompaccumulatie (water dat door turbinegeneratoren wordt geperst om energie te produceren wanneer er vraag naar is) en vliegwiel (overtollige energie die wordt gebruikt om stroom te leveren wanneer dat nodig is), zijn drie variaties van dit type opslagsysteem.
Thermische opslag
Gebruikt gesmolten zout en water in een geïsoleerde tank om energie vast te houden.
Er bestaat ook 'virtuele opslag'. Dit is een proces waarbij je een gebouw verwarmt of koelt voordat er een verwachte piek in de vraag naar elektriciteit is. Het gebouw slaat deze energie vervolgens op voor wanneer het nodig is.
Voor een volledige lijst met termen en definities bekijk je de woordenlijst Solar Energy voor de Verenigde Staten. Department of Energy.
Voordelen van zonne-energie
Wat zijn dan de voordelen van zonne-energie? Er zijn er nogal wat, zoals natuurbehoud, werkgelegenheid en belastingvoordelen. Hier volgt een overzicht van enkele van de belangrijkste voordelen:
-
Het is beter voor het milieu dan traditionele energiebronnen
De planeet is waarschijnlijk het eerste waar je aan denkt als je over de voordelen van zonne-energie nadenkt. Hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie helpen de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen, verkleinen van onze koolstofvoetafdrukonze koolstofvoetafdrukte verkleinen en elektriciteit te leveren zonder schadelijke vervuiling te veroorzaken.
-
De kosten voor het onderhouden van zonne-energie zijn gedaald
Hoewel de aanvankelijke installatie voor sommige huishoudens duur kan zijn, zijn de onderhoudskosten in de loop der jaren gedaald. In het afgelopen decennium zijn de kosten voor het installeren van zonne-energie Deze zijn met 60 procent gedaald, volgens de onderzoeksgegevens van Solar Industrymet 60 procent gedaald. (De kosten kunnen echter variëren, afhankelijk van factoren zoals de regio en beperkingen in de toeleveringsketen.)
-
Er bestaan belastingvoordelen voor zonne-energiesystemen
Het kan financieel interessant zijn om over te stappen op zonne-energie (op de lange termijn). In de VS biedt de overheid bijvoorbeeld een nationale heffingskorting voor zonne-energie die kan worden gebruikt voor de installatiekosten van een zonne-energiesysteem. Nationale en lokale overheden bieden mogelijk ook programma's aan om de hogere prijs te verzachten.
-
De technologie achter zonne-energie is geëvolueerd
De apparatuur en opslagtechnologie is de afgelopen jaren enorm verbeterd. Tegenwoordig produceren zonnepanelen langer en meer energie (met een efficiëntie van ongeveer 20%) en gaan ze tot wel 30 jaar mee.
Er zijn veel verschillende voordelen verbonden aan het gebruik van zonne-energie voor je huis of bedrijf. Deze energiebron heeft echter zijn beperkingen. Hier zijn enkele nadelen van het gebruik van zonne-energie:
- Vervuiling is nog steeds een probleem. Hoewel zonne-energie een milieuvriendelijkere oplossing is dan het verbranden van fossiele brandstoffen, produceren sommige chemicaliën en materialen die worden gebruikt in het productieproces van PV-cellen schadelijk afval.
- De inrichting kan prijzig zijn. Hoewel zonne-energie je op termijn geld kan besparen, zijn de eerste installatie en de apparatuur duur.
- Er bestaan servicebeperkingen. Omdat energie wordt opgewekt wanneer de zon schijnt, zijn bepaalde tijden van de dag en weersomstandigheden (zoals dichte bewolking) niet optimaal voor zonne-energie.
- Andere milieueffecten. Watergebruik, landgebruik en mogelijk verlies van leefomgeving zijn aspecten die moeten worden meegenomen bij het opschalen van zonne-energiesystemen.
In het verlengde van dat laatste punt biedt zonne-energie milieuvriendelijke mogelijkheden voor de industrie en het bedrijfsleven. Zo kunnen opkomende hulpprogramma's en apps organisaties helpen bij het visualiseren van reservoirsimulaties om de boorrendementen te verhogen en bij het upgraden van elektriciteitsnetten voor gedistribueerde energiebronnen om de kosten te verlagen en de mogelijkheden uit te breiden. Er zijn ook grote stappen gezet met quantumcomputing voor optimalisatie van energieverbruik.
Zonne-energie implementeren
Doe onderzoek voordat je zonne-energie implementeert. Je zult de kosten voor jouw regio willen berekenen, beschikbare kortingen en belastingvoordelen willen bekijken, verschillende systemen willen onderzoeken en beoordelingen van installatiebedrijven willen bekijken. Technisch gezien kun je zelf zonnepanelen installeren, maar je zult moeten overwegen of dat voor jou de beste optie is.
Als bedrijfseigenaar moet je bij de overstap naar zonne-energie rekening houden met verschillende zaken, zoals het elektriciteitsverbruik op je werkplek (het koel- en verwarmingssysteem, machines, apparatuur, enzovoort). Hoewel je, net als huishoudens, uiteindelijk kostenbesparingen zult ervaren, betekent de overstap naar zonne-energie waarschijnlijk een investering van tijd en geld vooraf. Er zijn echter IoT-energieoplossingen beschikbaar om je te helpen je operationele kosten te verlagen terwijl je vraag en aanbod optimaliseert en het onderhoud van netwerkassets bewaakt.
Voor installatie thuis beschouwen de meeste mensen het hoge prijskaartje waarschijnlijk als het grootste obstakel om te beginnen met zonne-energie. Zo variëren de kosten voor een zonnepanelensysteem in een huis van gemiddelde grootte in de VS, na eventuele belastingvoordelen voor zonne-energie, van USD 11.144 tot USD 14.696, en ongeveer USD 200 tot USD 250 per paneel voor een klein doe-het-zelfproject, volgens Consumer Affairs. Sommige handleidingen breiden het bereik verder uit en vermelden de kosten tussen USD 10.000 en USD 25.000 in de Verenigde Staten. Er zijn ook 'zachte kosten' waarmee rekening moet worden gehouden, zoals de kosten voor vergunningen en installatiewerk. Je kunt ervoor kiezen om zonnepanelen te leasen. Dit betekent dat je niet hoeft te betalen voor installatie-, onderhouds- of reparatiekosten, maar er zijn voor- en nadelen waar je rekening mee moet houden.
De initiële prijs kan voor de meeste huishoudens hoog zijn en het duurt een tijd voordat je de investering in zonnepanelen hebt terugverdiend (gemiddeld zie je een rendement op je investering in zeven tot twaalf jaar). Maar de besparingen kunnen ook aanzienlijk zijn: Volgens HomeGuide kunnen inwoners van de VS met zonne-energie tussen de USD 600 en 2000 per jaar besparen op hun elektriciteitskosten. Bovendien kosten sommige installaties minder dan de vermelde cijfers. De grootte van je huis (een groter huis betekent meestal een hogere prijs), je energieverbruik en de technologieën die je kiest voor je systeem zijn drie belangrijke factoren die de kosten beïnvloeden. Met websites zoals Solar Estimate kun je je postcode invoeren of je locatie op de virtuele kaart kiezen om de kosten voor het installeren van zonnepanelen op je huis te bepalen.
Je kunt er ook voor kiezen om zonne-energie op verschillende manieren in je dagelijks leven te integreren, zowel groot als klein. Je hoeft ook niet veel geld uit te geven om aan de slag te gaan met zonne-energie. Je kunt bijvoorbeeld een hoesje op zonne-energie kopen voor je smartphone, zaklampen die je met zonne-energie kunt opladen voor in je noodpakket in de auto, of een kooktoestel op zonne-energie voor je volgende kampeertrip; in sommige gevallen voor minder dan USD 100. Naast zonnepanelen zijn er ook andere opties om je huis van zonne-energie te voorzien. Huiseigenaren kunnen apparaten op zonne-energie gebruiken om hun zwembad te verwarmen en verlichting op zonne-energie plaatsen om hun achtertuin of terras 's avonds te verlichten. Je kunt zonne-energie ook gebruiken voor je werk. Wil je extern werken, op een externe locatie? Neem een draagbare oplader op zonne-energie mee om je laptop van stroom te voorzien terwijl je op het terras van een koffiehuis aan het werk bent.
De toekomst van zonne-energie
De toekomst van zonne-energie is zonnig ( grapje), want:
- Het is goed voor de planeet. Zonne-energie is duurzaam en milieuvriendelijk.
- Schone energie is de toekomst. Na het jaar 2035 is zal 50 procent van de opgewekte energie hernieuwbaar zijn.
- Het wordt betaalbaarder en efficiënter. De prijs van zonne-energiesystemen zal naar verwachting blijven dalen, terwijl de service steeds beter wordt.
- Het helpt nieuwe bedrijven en banen te creëren. Zowel de industrie als de banengroei zullen in deze ruimte naar verwachting bloeien.
Wat dat laatste betreft: carrières op het gebied van hernieuwbare energie nemen een hoge vlucht. Deze sector biedt werk aan meer dan 3 miljoen mensen in de VS en aan 11 miljoen mensen wereldwijd, volgens het Environmental and Energy Study Institute. Het aantal banen in zonne-energie varieert in de VS. Er zijn bijvoorbeeld 211 banen voor zonne-energie in North Dakota tegenover meer dan 10.000 in Texas, volgens de Solar Energy Industries Association (SEIA). Echter, de zonne-energiesector bestaat uit ingenieurs, onderzoekers, exploitanten van zonne-installaties, installateurs en een verscheidenheid aan andere professionals met banen in het hele land.
Bedrijven kijken ook vooruit naar zonne-energie en andere hernieuwbare energiebronnen. Met name grote techbedrijven hebben initiatieven voor sociale verantwoordelijkheid en milieudoelen voor hun organisaties aangekondigd. Zo heeft Microsoft beloofd om in 2030 waterpositief en CO2-negatief te zijn. Ook consumenten hechten steeds meer belang aan maatschappelijk verantwoord ondernemen, daarom is de verwachting dat meer organisaties in de nabije toekomst beleid zullen ontwikkelen rondom hun inzet voor duurzaamheid.
Versnel je duurzaamheidsreis
Waar je je ook bevindt op je reis naar netto-nul, met Microsoft Cloud for Sustainability kun je je voortgang versnellen en je bedrijf transformeren via ESG-mogelijkheden (Environmental, Social en Governance).
Veelgestelde vragen
- Zonne-energie is energie van de zon die kan worden omgezet in elektriciteit. Het is een hernieuwbare energiebron, wat betekent dat ze kan worden aangevuld en niet uitgeput raakt na eenmalig gebruik. Zonne-energie heeft verschillende gebruiksmogelijkheden, het kan worden gebruikt om gebouwen van stroom te voorzien, water te verwarmen, toepasselijke elektronica en apparaten op te laden en nog veel meer. Zonne-energie, ook bekend als lichtenergie, zonneopwekking of zonnestraling. Meer informatie >
- Zonne-energie kan zowel thuis als commercieel worden gebruikt. Op huishoudelijk niveau kan het bijvoorbeeld huizen voorzien van elektriciteit, warm water en verwarming en koeling. Sommige bedrijven gebruiken zonne-energie om hun kantoren, fabrieken of boerderijen te bedienen. Daarnaast kunnen overheden openbare voorzieningen en faciliteiten, zoals straatverlichting, parkeerplaatsen, transport en scholen, met zonne-energie van stroom voorzien.
-
Het gebruik van zonne-energie heeft verschillende voordelen. Zonne-energie is niet alleen overvloedig aanwezig en hernieuwbaar, maar vermindert ook onze collectieve CO2-voetafdruk omdat het opwekken van zonne-energie zelf geen uitstoot veroorzaakt. Zonne-energie kan ook rendabel zijn. Door de technologische vooruitgang worden zonne-energiesystemen bijvoorbeeld steeds betaalbaarder en na verloop van tijd kunnen deze systemen de energierekening drastisch verlagen. Bovendien is zonne-energie schaalbaar: zonne-energie kan worden gebruikt om één woning of een hele gemeenschap van energie te voorzien. Tot slot kunnen zonne-energiesystemen op vrijwel elke locatie worden geïnstalleerd, zelfs in afgelegen gebieden, wat betekent dat er stroom kan worden geleverd op plaatsen die geen toegang hebben tot het elektriciteitsnet.
- Ten eerste zijn er drie primaire technologieën die gebruikt worden om zonne-energie te benutten: fotovoltaïsche cellen (PV), geconcentreerde zonne-energie (CSP) en zonneverwarming en -koeling (SHC). Als de zonne-energie eenmaal is opgevangen, heb je een paar basiscomponenten nodig om het op te slaan: accu's, zonnepanelen, subpanelen voor essentiële onderdelen en omvormers. Vervolgens zijn er drie manieren om zonne-energie op te slaan: batterij, mechanische energie en thermische opslag. Afhankelijk van wat je nodig hebt en waarvoor je zonne-energie wilt gebruiken (bijvoorbeeld voor een huis van 1.200 vierkante meter in een buitenwijk versus een groot landgoed dat niet is aangesloten op het elektriciteitsnet), kan het proces verschillen.
- De eerste installatiekosten, in de Verenigde Staten kunnen deze oplopen van USD 10.000 tot USD 25.000 voor een woonhuis, kunnen voor veel consumenten prijzig zijn. Sommige landen hebben echter overheidsprogramma's die kunnen helpen om de kosten van zonne-energie te dekken. Dit kunnen resources zijn voor het bouwen van een kostenefficiënt systeem of voor het verkrijgen van beschikbare belastingvoordelen. Het duurt even (ongeveer tien jaar), maar de kosten van een zonnepanelensysteem zijn terug te verdienen en je ziet de besparingen op je elektriciteitsrekening. Afhankelijk van factoren zoals de kosten van je zonne-energiesysteem en de grootte van je woning, kan de besparing op je elektriciteitskosten variëren van een paar honderd dollar tot een paar duizend dollar per jaar.
- Zonne-energie is een van de meest duurzame vormen van energie die momenteel beschikbaar zijn. Het is niet alleen overvloedig en hernieuwbaar, de zon levert elke dag genoeg energie om een heel jaar aan onze huidige wereldwijde vraag naar energie te voldoen, maar het is ook economisch en op grote schaal op te wekken. Zonne-energie produceert geen broeikasgassen, zodra de zonnepanelen zijn geïnstalleerd zijn de onderhoudskosten minimaal en er is geen risico op water- of luchtverontreiniging.
Volg Microsoft