Geconcentreerde zonne-energie: achterhaald of beloftevol?

Geconcentreerde zonne-energie: achterhaald of beloftevol?

Wanneer we in België spreken over zonne-energie, denken we meteen aan photovoltaïsche panelen (PV) of zonneboilers. Er bestaan echter ook nog andere vormen van zonne-energie zoals ‘concentrated solar power’ (CSP). Spiegels concentreren zonlicht op een ontvanger. Deze ontvanger warmt zo een vloeistof op tot hoge temperatuur (300°-500°). Deze warmte drijft dan op zijn beurt een stoomturbine aan, net zoals in een steenkool of kerncentrale.

De twee meest voorkomende typisch geconcentreerde zonne-energie zijn paraboolspiegels en zonnetorens. Paraboolspiegels volgen de zon rond één as en concentreren het zonlicht op een lijn. Een zonnetoren gebruikt een veld van spiegels die allemaal rond twee assen kunnen draaien en het licht zo concentreren op de top van de toren.

Op dit moment wordt deze technologie echter sterk overschaduwd door PV. Slechts 2% van de wereldwijde zonne-energie is CSP en dat is niet zonder reden. Enkel rechtstreeks zonlicht kan geconcentreerd worden. Zonnestralen die afgebogen zijn door damp druppeltjes of stofdeeltjes in de lucht kunnen niet meer geconcentreerd worden, terwijl PV panelen dit diffuus zonlicht wél nog kunnen gebruiken. Wanneer de zon lager aan de hemel staat hebben CSP centrales ook moeite om de ontvanger op te warmen tot de temperatuur waarvoor de stoomcyclus ontworpen is. Hierdoor kan deze zonne-energie niet benut kan worden. Door deze twee redenen is CSP enkel te overwegen in zonovergoten landen dicht bij de evenaar.

Ook hebben de centrales nood aan water voor de koeling van de stoomcyclus en voor het reinigen van de spiegels. Water is echter vaak schaars in de woestijnachtige gebieden waar CSP centrales net interessant kunnen zijn.

Ten slotte zijn op het eerste zicht spiegels een pak goedkoper dan PV panelen. Maar de spiegels moeten de zon zeer nauwkeurig volgen en is er dus een kwalitatief tracking-systeem nodig. Bovendien moet het frame van de spiegels heel stijf zijn, want als de spiegels ook maar lichtjes zouden vervormen door zwaartekracht of wind is de focus niet meer exact. Dit leidt ertoe dat het spiegelveld toch redelijk duur uitvalt.

Dit alles heeft ertoe geleid dat CSP anno 2015 ongeveer driemaal duurder uitviel dan PV.Toch zou het wel eens voorbarig kunnen zijn om deze technologie af te danken. Er is namelijk één enorm voordeel: goedkope opslag. Grote hoeveelheden elektrische energie opslaan is duur, en dit is een van de voornaamste nadelen van PV en windenergie. Thermische energie opslaan daarentegen is een koud kunstje. De thermische vloeistof kan tamelijk goedkoop gebufferd worden in grote tanks die zich bevinden tussen het zonneveld en de stoomcyclus. CSP centrales kunnen dus elektriciteit blijven leveren wanneer de zon ondergaat of er wolken voorbij trekken. Momenteel wordt de variabiliteit van PV grotendeels opgevangen met flexibele gascentrales. Als we écht naar zero-carbon willen, zou deze technologie dus wel eens een belangrijke speler kunnen worden in zonnige landen. Dit zal meest waarschijnlijk gebeuren onder de vorm van hybride PV-CSP centrales die de voordelen van beide technologieën zo efficiënt mogelijk zullen combineren.

YERA vzw


Bronnen:

https://www.nrel.gov/csp

ZHANG, H. L., et al. Concentrated solar power plants:  review and design methodology. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, 22:  466-481.

Zhai, Rongrong, et al. “Optimal design method of a hybrid CSP-PV plant based on genetic algorithm considering the operation strategy.” International Journal of Photoenergy 2018 (2018).