• Oorsprong: Kernfusie in de zon

Duurzame energie

Een wenked perspectief?

Deel II: zonne-energie

• Oorsprong: Kernfusie in de zon

• Benutting “Indirect”

• Drukverschillen in de atmosfeer: wind

• Windenergie

• Verdamping / neerslag

• Waterkracht

• Biomassa

• (fossiele grondstoffen)

• Energieteelt (bijvoorbeeld: palmolie, maïs, wilgentenen, algen)

• Afval- en reststoffen (afvalverbranding, biogas)

• Oorsprong: Zwaartekracht (getijde-energie)

• Afkoeling van de aarde (aardwarmte / geothermie)

Hernieuwbare Energiebronnen

• Oorsprong: Kernfusie in de zon

• Benutting “direct”:

• zon-fotovoltaïsch

• zon-thermisch

• warmteabsorptie (warmtepompen)

• warmte/koude opslag (kassen, gebouwde omgeving)

Hernieuwbare Energiebronnen

Hernieuwbare Energiebronnen

“Willen is kunnen” (?)

• 54,4 x 10 ²⁰ [kJ/jaar] … op aarde

• 16,3 x 10 ²⁰ [kJ/jaar] … teruggereflecteerd

• 3,7 x 10 ¹⁷ [kJ/jaar] … verbruikt door alle mensen

• 8,36 x 10 ¹⁸ [kJ/jaar] … voor fotosynthese

• 1,09 x 10 ¹⁹ [kJ/jaar] … windenergie

• > let op de grootte-ordes!

Hoeveel is het?

Nederland

• “In 2005 was 2,4 procent van het totale binnenlandse energieverbruik uit duurzame binnenlandse bronnen afkomstig. In 2004 was dat nog 1,8 procent.

• Deze toename wordt vooral veroorzaakt door de verdubbeling van het meestoken van biomassa in elektriciteitscentrales. Van die 2,4 is 1,8 procent afkomstig van biomassa.

• Windmolens zijn goed voor 0,5 procent

• Waterkracht zorgt voor 0,02 procent

• Zonne-energie tot slot voor 0,03 procent.”

http://www.vrom.nl/pagina.html?id=7561#a1 (accessed 17-03-2008)

• Doelstelling

• (3

Energienota (1996): 10% duurzaam in 2020

• Balkenende IV: 20% duurzaam in 2020

• Rutte : 14% duurzaam in 2020

• Instraling wereld is 600 - 800 x groter dan het totale

energiegebruik

• Zonlicht per [m

]  190 [kg/jaar] steenkool

• reken dit eens na met Steenkool = 28 [MJ/kg]

• Zonlicht is diffuus en niet altijd aanwezig (dag/nacht  opslag)

• Instraling Nederland:

• 950 – 1100 [kWh/ m

/Jaar]

Zonne - energie

• Al heel lang gebruik met “passieve” systemen

• “warmtemuur”

• Energieneutrale woning

• Energiebalans nodig voor berekeningen ter justificering van dure (?) technologie (“energie- terugverdientijd; financieel terugverdienen):

• Beschikbaar:

• Photovoltaïsche Zonnecellen

• Zonneboilers

• Zonnecentrales (“Concentrated Solar Power”)

• Toekomst (?)

• Processen op zonne-energie (industriële fotochemie)

Zonne - energie

http://www.edos.be

Zonneboiler (zon-thermisch systeem)

• Actief systeem

• Warm (tapwater) voorziening

• Integratie met C.V.

systeem

• Nefit solar line

• A = 2.37 m

• opbrengst 3.5 [GJ/jaar]

• Indirect systeem:

• medium

• warm water

Zonneboiler - gedeelte Pomp

Koud water Warm water

naar keuken of badkamer

Zon-Photo Voltaic (PV)

• PV – cellen zijn halfgeleiders

• Spiro blz. 81:

• elektronen bevinden zich in de valentieband of geleidingsband

• als een foton met voldoende energie wordt ingevangen, gaat een elektron over

• terugvallen produceert warmte

Zon-Photo Voltaic (PV)

• halfgeleider Si doteren

• n-type halfgeleider

• p-type halfgeleider

• combinatie n- en p-type levert

asymmetrische ladingsverdeling in een PV-cel

• valt er zonlicht op, dan ontstaat er

spanningsverschil en kan er een

stroom gaan lopen

Zon-Photo Voltaic (PV)

“Historic summary of champion cell efficiencies for various PV technologies” (NREL, 2009)

Zon-Photo Voltaic (PV)

• Theoretisch maximaal rendement: 50%

• Praktisch rendement:

• Geavanceerd (o.a. Nuna) 25%

• Polymere cellen, amorf Silicium < 20%

• Commercieel +/- 16%

Zon-PV (en Zonneboiler)

• directe relatie met (ontwikkeling) woningbouw

• zonnedaken, gevels, ontwerp

• invloed op het elektriciteitsnet

Concentrated Solar Power

• “Thermal Solar Electricity”

• Met spiegels zonlicht concentreren en water of ander medium

opwarmen

• Vervolgens: “thermische centrale”

• Verschillende typen

• Meestal grootschalig (10-200MW)

Concentrated Solar Power 4 typen

• Parabolic trough

• Parabolic dish

• Solar Tower

• Linear Freshnel mirror

Concentrated Solar Power - Desertec

Bron: Desertec

• energie die wordt ontleend aan water dat naar een lager niveau vloeit

• al 3000 jaar geleden benut in Midden-Oosten

• 3

eeuw n.C. watermolens in het Romeinse Rijk

• wereldwijd opgesteld vermogen :

• 675 000 [MW]

• geschat potentieel aan waterkracht in de wereld:

• 2 800 000 [MW]

Waterkracht ( Hydropower )

Waterkrachtcentrale

• Itaipu dam, Brazilië

Waterkracht - Milieuaspecten

• woongebieden, landbouwgebieden, bos onder water

• wateroppervlak  verdamping  waterhuishouding

• effecten op flora en fauna

• zuurstofhuishouding / beluchting rivieren verstoord

• migratie van vis belemmerd of onmogelijk

• afzetting van slib

• upstream: capaciteit stuwmeer, werking stuwdam

• downsteam: slib niet meer t.b.v. landbouwgronden

Waterkrachtcentrale

Wat is het vermogen van deze centrale?

Waterkracht

• Wet van Bernoulli voor een stromende vloeistof:

½ ρ v ² + ρ g h + p = constant kinetisch potentieel druk energie

• Waterkrachtcentrale:

• te benutten energie is maximaal φ _m g (h ₂ – h ₁ )

• dus óf veel water óf veel hoogteverschil

Vraagstuk Waterkracht

• Kies systeemgrens bij het oppervlak van het meer

• Dan geldt: v= 0 m/s; en het niveau voor het bepalen van de potentiële energie is constant (veranderingen zijn

verwaarloosbaar)

• In buis wordt pot. energie omgezet in kin. energie. Hoe is niet belangrijk (voor de analyse!)

• In de centrale wordt kin. energie omgezet in elektrische energie

• Systeembalans:

• pot. energie = elektrische energie + kinetische energie uit.