Hernieuwbare bronnen. Het is een probleem waarmee we elke dag worden geconfronteerd, of we het nu beseffen of niet. Met elke pomp van een gasgreep, met elke druk op het gaspedaal van een auto, met elke stekker van onze smartphoneladers, verbruiken we brandstof. En op een dag zal die brandstof opraken. Dus waarom gebruiken we niet de ene energiebron die niet zal opraken - de zon?
De zon is een prachtige entiteit. Het geeft de wereld genoeg energie om de hele beschaving van stroom te voorzien. Het enige probleem is hoe we die energie vangen en benutten? Wat heb je aan een heleboel vrije energie als we het niet in een bruikbaar medium kunnen omzetten? Daarin ligt de kwestie, en het is veel moeilijker om op te lossen dan je zou denken.
" Wacht even ", zegt u, " we hebben commerciële zonne-elektriciteit sinds de jaren 80! "En dat klopt. Het probleem zit echter niet in het omzetten van de energie van de zon in elektriciteit. We weten al hoe dat moet - alleen niet op een niveau dat massaal kan worden geconsumeerd. Om de grenzen van zonne-energie te begrijpen, moeten we weten hoe zonnepanelen werken.
Dus ga met me mee als ik graven in de innerlijke werking van zonne-energie. Laten we het proces van het transformeren van zonlicht in een bruikbare brandstofbron nader bekijken.
Zonne-energie begint, zoals je zou verwachten, met de zon. Die gigantische vuurbal die in de lucht hangt, is de perfecte bron van energie. In tegenstelling tot kolen, verstopt de zon onze atmosfeer niet met koolstofdioxide. Het is gemakkelijk toegankelijk, dus we hoeven niet over de hele wereld te boren. Werken met zonne-energie vormt geen bedreiging voor de mens (behalve misschien voor af en toe een zonnebrand).
En vooral, zonne-energie is gratis. Afgezien van het bouwen van de werkelijke receptoren en het onderhouden van de apparatuur, heeft zonne-energie hieraan geen kosten verbonden.
Dus hoe werkt het allemaal?
Energie is overal om ons heen in verschillende vormen. Licht is energie. Warmte is energie. Beweging is energie. Stilte is (potentiële) energie. De zon verspreidt een enorme hoeveelheid licht en ons doel is om die lichtenergie om te zetten in iets dat we kunnen gebruiken, namelijk elektrische energie.
In de meeste gevallen, wanneer licht een voorwerp raakt, wordt het omgezet in warmte-energie. Denk terug aan je laatste strandbezoek. Terwijl je in de zon zat, werd je huid heet. Het is een simpel feit van het leven dat we allemaal hebben meegemaakt. Maar er bestaan bepaalde materialen die licht omzetten in andere energieën dan warmte. Silicium is een van die materialen.
Wanneer het licht silicium raakt, verspreidt het zich niet als warmte. In plaats daarvan springen de elektronen in het siliciummolecuul in beweging en produceren een elektrische stroom. Om op deze manier silicium te gebruiken, hebt u echter grote siliciumkristallen nodig die groot genoeg zijn om merkbare hoeveelheden elektriciteit te produceren.
Oudere versies van zonnetechnologie gebruikten siliciumkristallen. Het bleek dat deze methode van omzetting van zonne-licht niet erg haalbaar was omdat grote siliciumkristallen moeilijk te kweken zijn. Als iets moeilijk is, blijft de prijs ervan hoog. Als de prijs hoog blijft, wordt wijdverbreid gebruik onwaarschijnlijk.
Tegenwoordig maakt zonne-energie gebruik van een ander materiaal. Dit nieuwe materiaal is samengesteld uit koper, indium, gallium en selenium en wordt passend genoemd koper-indium-gallium-selenide, of CIGS. In tegenstelling tot silicium zijn de kristallen gemaakt van CIGS kleiner en goedkoper, maar ze zijn veel inefficiënter dan silicium bij het omzetten van zonlicht.
En dat is waar we vandaag zijn. Zonne-elektriciteit is slechts een klein deel van de energieproductie in de wereld en dat blijft zo totdat wetenschappers ofwel een nieuw materiaal vinden dat even goed werkt als silicium, of een methode ontdekken om op een goedkope manier grote siliciumkristallen te maken.
Net zo inefficiënt als zonnepanelen nu zijn, zijn er een paar methoden die worden gebruikt om de opname en opslag van zonne-energie te verbeteren. Eén manier is om een batterij te gebruiken die de energie opslaat en die het verbruik mogelijk maakt wanneer er geen zon is - 's nachts en tijdens bewolkte dagen. Een andere manier is om een heliostaat te gebruiken.
Wat is een heliostat? Je kunt het zien als een grote spiegel (of veel spiegels) die is bevestigd aan een draaiende paal of platform (of veel palen en platforms). In tegenstelling tot zonnepanelen absorberen heliostaten niet direct de zon; in plaats daarvan gebruiken ze spiegels om het zonlicht te verleggen en richten ze het op stationaire zonnepanelen voor absorptie.
Heliostaten worden meestal bestuurd door computers. Deze computers krijgen bepaalde gegevens (de locatie van de heliostaat, de locatie van het zonnepaneel, de tijd en de datum) en de gegevens worden gecrushed totdat de computer de positie van de zon in de lucht kan berekenen. Zodra dat is gebeurd, past de computer de hoek van de spiegel aan zodat het licht van de zon erop terugkaatst en het zonnepaneel raakt.
Het grootste voordeel van de heliostaat is dat een groot aantal van hen kan worden gericht om gericht te zijn op een enkele zonnereceptor. Terwijl normaal een zonnepaneel slechts enige dekking van zonlicht kan ontvangen, kan een opstelling van heliostaten de hoeveelheid licht die wordt omgezet drastisch versterken.
Maar zelfs met heliostaten heeft zonne-energie nog een lange weg te gaan voordat het op grote schaal kan worden gebruikt. Als het niet ging om het probleem van het omzetten van het werkelijke zonlicht, zou zonne-energie de meest hernieuwbare, meest betaalbare en meest gezonde-voor-het-milieu-brandstof voor onze beschaving zijn. Dat wil zeggen, totdat de zon ontploft.
Beeldcredits: zonnepaneelillustratie via Shutterstock, zonnepaneelfoto via Shutterstock