Elk uur stort de zon meer energie over de aarde uit dan de mens in een heel jaar verbruikt.
De uitdaging is om al het zonlicht op een efficiënte en goedkope manier om te zetten in elektriciteit. Gelukkig worden we daar steeds beter in. Zonne-energie heeft zelfs net het record gebroken als de goedkoopste vorm van elektriciteit in de wereldgeschiedenis.
Dit komt deels doordat zonne-energie in verschillende delen van de wereld wordt ondersteund door belastingvoordeel en subsidies. Maar het is ook te danken aan de verbetering van zonnecellen, die de laatste tien jaar twee keer zo efficiënt zijn geworden. De beste benaderen een rendement van 50%.
Zonnecellen maken stroom met reislustige elektronen
Zonnecellen bestaan uit een negatieve n-laag en een positieve p-laag, en door hun verschillende materialen krijgen ze een andere elektrische spanning. De n-laag heeft een overschot aan elektronen en de p-laag heeft een tekort.
Als de zon op de zonnecel schijnt, slaan de fotonen van licht de elektronen los, waardoor de extra elektronen van de n-laag naar de positief geladen p-laag trekken. Zo ontstaat er een elektrische stroom, die wordt opgevangen in stroomgeleidend materiaal en via kabels wordt afgevoerd.
De belangrijkste efficiëntieverbeteringen zijn onder meer te danken aan de verbeterde materialen waaruit de cellagen bestaan. De typen materiaal gebruiken verschillende delen van het zonlichtspectrum, dus sandwichconstructies van verschillende materialen maken de cel efficiënter.
Kruip onder de huid van zonnecellen:
Het potentieel is groot – maar niet oneindig
Volgens sommige berekeningen kan het mondiale energieverbruik worden gedekt door ruim 100.000 vierkante kilometer aan zonnepanelen – of slechts 1,2% van de Sahara, waar de omstandigheden ideaal zijn.
Maar zo eenvoudig is het niet. Zonnecellen hebben het nadeel dat ze geen stroom opwekken als de zon niet schijnt – ’s nachts, op bewolkte dagen en in sommige delen van de wereld vrijwel de hele winter.
Volgens de Wereldbank leeft 20% van de wereldbevolking in gebieden waar de omstandigheden voor zonne-energie ideaal zijn, omdat er geen grote seizoenswisselingen zijn. De eerste plaats gaat naar Namibië, en Ierland is de hekkensluiter.
Door de grote verschillen zullen sommige streken meer profiteren van zonne-energie dan andere. Tegelijkertijd vragen de verschillen in de productie van de centrales – bijvoorbeeld tussen dag en nacht – om grote investeringen in infrastructuur om elektriciteit te transporteren en op te slaan.
Door de geografische uitdagingen kan zonne-energie ‘slechts’ voorzien in de energie van een deel van de planeet. Wetenschappers van Stanford schatten dat we 48% kunnen halen in een 100% groene samenleving. De rest moet van wind- en waterkracht komen.
De wereld lijkt al goed op weg: in oktober kende de Australische staat South Australia voor het eerst een periode waarin 100% van de energie van de staat door de zon werd gedekt. De periode duurde waarschijnlijk maar een uur op een onbewolkte, zonnige dag, maar toch. De vooruitzichten voor het gebruik van zonne-energie zijn gunstig.