Zonne-energie op grote schaal

De meest gebruikte manier om zonne-energie gecentraliseerd in te zetten voor elektriciteitsproductie, is met klassieke fotovoltaïsche zonnepanelen (PV). Men spreekt dan over een PV-plant of een zonnepark.

Een PV-plant is niets anders dan honderden, duizenden of meer dan 100.000 panelen die naast elkaar staan opgesteld. De technologie is dezelfde als voor de PV-installatie op het dak van een particuliere woning. Het zijn er gewoon meer en daarvoor is er dus veel ruimte nodig.

Dubbelzijdig

De PV-technologie heeft twee voordelen: hij werkt ook bij diffuus licht en hij is modulair. Dat maakt het mogelijk om zowel in Europa een PV-plant te bouwen van 10 tot 15 megawatt (MW) als eentje van 150 tot 500 MW in landen die over veel oppervlakte beschikken en waar de zon veel schijnt.

“Het rendement van de klassieke PV-technologie gaat zeker nog stijgen en de kost nog dalen waardoor hij meer en meer zal gebruikt worden”, meent Philippe Buxant, directeur Corporate Programma Hernieuwbare Energieën bij ENGIE. “Ik denk dat we in de toekomst waarschijnlijk meer en meer dubbelzijdige modules zullen krijgen waarbij ook het weerkaatste licht van de grond wordt opgevangen en omgezet. Die worden nu getest en zullen de capaciteit van PV-plants nog verhogen.”

Geconcentreerde warmte

Naast de PV-technologie bestaat er een tweede technologie die gebruik maakt van geconcentreerde of thermische zonne-energie, waarbij de directe zonnestralen via spiegels op één punt (of één lijn) geconcentreerd worden. Dat gebeurt met duizenden spiegels tegelijk. Zo ontstaat er een enorme warmteconcentratie, tot duizend keer hoger dan het natuurlijke zonlicht. Bij zonnewarmte zonder concentratie, bijvoorbeeld voor zonneboilers, praten we over 1.000 watt per m². Met zonnespiegels kan het oplopen tot 1 MW per m².

Met deze hoge temperaturen, tot een paar honderd graden, zijn een aantal toepassingen mogelijk zoals ook elektriciteitsproductie. In de meest klassieke vorm dient de warmte om stoom te produceren. De stoom drijft turbines aan om elektriciteit te produceren, zoals in een klassieke centrale. Maar je kunt de stoom ook rechtstreeks in een industrieel proces gebruiken.

Gemakkelijk te stockeren

Het grote voordeel van geconcentreerde energie is dat de vrijgekomen warmte gemakkelijk gestockeerd kan worden. “Met PV produceer je onmiddellijk elektriciteit en ben je verplicht om die onmiddellijk in het net te injecteren”, legt Philippe Buxant uit. “Het stockeren van elektriciteit in batterijen is nog duur en zelden economisch te verantwoorden. Warmte kan je daarentegen gemakkelijk opslaan onder verschillende vormen: in gesmolten zout, beton, ceramische stoffen of stoom.”

In Californië functioneren sinds de jaren 80 al een aantal CSP-centrales (‘Concentrated Solar Power’) met een gezamenlijk piekvermogen van 350 MW. Inmiddels wordt er wereldwijd een kleine 5 gigawatt (GW) aan elektriciteit uit CSP gehaald, verspreid over een tiental landen. CSP is een nichetechnologie en zal dat allicht ook blijven.

Industriële toepassingen

Naast elektriciteitsproductie wordt CSP ook voor andere toepassingen gebruikt zoals bijvoorbeeld ‘Enhanced Oil Recovery’ (EOR). Daarbij wordt de stoom die via zonnespiegels wordt opgewekt in een boorput geïnjecteerd om diepe lagen olie aan te boren die meer viskeus is. Door de stoom wordt de olie minder viskeus, wat haar extractie vergemakkelijkt. Een eerste EOR-installatie werd gebouwd in Oman. Ze heeft met ongeveer 3 km² aan spiegels een vermogen van 1 GW thermische energie.

Een andere toepassing die meer en meer wordt bestudeerd, is het produceren van stoom voor industriële toepassingen. Het gaat dan om stoom met een temperatuur tussen 150 en 300°C. Die kan gebruikt worden in de voedingsindustrie, maalderijen, brouwerijen of melkerijen. Ook op dat vlak staat er nog veel te gebeuren.