Print

solar steam smallZwitserse onderzoekers tonen aan dat PV (Fotovoltaik) meer energie verslindt dan genereert.

Vertaling van Die verheerende Bilanz von Solarenergie (Basler Zeitung - 20/12/2017)

Zonnestroom heeft een uitstekende reputatie. Hij zou duurzaam en klimaatvriendelijk zijn. Met de nieuwe energiewet, die voorbije juni ll. door de volksafstemming goedgekeurd werd, krijgt de zonne-energie in Zwitserland een centrale rol bij het vervangen van atoomenergie: Tegen 2050 moeten rond twintig procent van het huidig Zwitsers stroomverbruik uit fotovoltaïsche (PV) installaties komen.

Alleszins hebben critici reeds belangrijke zwakheden van zonnestroom ter discussie gesteld: zonne-energie is ten eerste zeer duur. Ook indien de kosten van zonnestroom gedurende de laatste jaren duidelijk gedaald zijn, ligt rentabiliteit van PV-installaties in de verre toekomst.

Zonder financiële steun gaat het niet: de vergoeding die producenten voor hun leveringen aan het net krijgen bedraagt nog altijd een veelvoud van de marktprijs voor elektriciteit. Ten tweede is de productie van zonnestroom onbetrouwbaar. Als de zon niet schijnt, zij het omwille van slecht weer of eenvoudig omdat het nacht is, leveren PV-installaties geen energie. Daardoor ontstaan vooral in de winter, net dan als de vraag naar stroom het hoogst is, aanzienlijke bevoorradingsproblemen.

Maar de balans van zonnestroom is nog veel slechter dan ook veel critici begrijpen. Indien men eerlijk rekent is deze energievorm alles anders dan duurzaam, maar hij bevordert de ressourcesuitputting. Indien men alle aspecten die met PV in Zwitserland verbonden zijn meerekent, dan blijkt dat daarvoor zelfs meer energie verbruikt moet worden dan een installatie gedurende haar te verwachten levensduur zal leveren. Het is dus, louter vanuit een energiestandpunt, een verlieslatende zaak.

Dat ligt, van de ene kant, daaraan dat PV enorm materiaal intensief is: Om de stroomproductie van de kerncentrale Gösgen (970 MW: noot van de vertaler) is een oppervlakte aan zonnepanelen nodig die bijna zo groot als het meer van Zürich is. En van de andere kant is Zwitserland geen zonnig land. In Spanje bij voorbeeld kunnen PV-installaties stroom leveren gedurende het dubbel van de tijd.

Berekeningen met fouten

Indien men lobbyisten en wetenschappers die PV aanbevelen, gelooft, genereren hier in ons land (Zwitserland: noot van de vertaler) PV-installaties minstens vijf tot achtmaal de energie die voor de productie verbruikt wordt, maar dergelijke rekeningen tonen beduidende gebreken: De inspanningen die geleverd moeten worden voor de productie van zonnepanelen en hun toebehoor worden onderschat. De werkzaamheden voor installatie, onderhoud en recuperatie worden verwaarloosd. De kosten die ontstaan voor intrest op het geïnvesteerd kapitaal worden niet meegeteld. Bovendien wordt de stroomproductie letterlijk op grond van “mooi weer aannamen” bepaald.

De volgende berekeningen zijn gebaseerd op een publicatie van Ferruccio Ferroni (coauteur van dit artikel) en Robert Hopkirk in het wetenschappelijk gecontroleerd vaktijdschrift Energy Policy van 2016. 1

Deze Zwitserse onderzoekers hebben bij die gelegenheid een globale energiebalans voor PV in streken met gematigde zoninstraling opgesteld. Hierbij werden uitdrukkelijk die inspanningen meegenomen die in tot hier toe gemaakte balansen niet meegeteld waren.

Om de verhouding tussen gegenereerde en verbruikte energie bij PV-installaties te kunnen berekenen, moet men de stroomproductie gedurende de volledige levensduur van de apparatuur schatten. Volgens cijfermateriaal van de overheid leveren zonnepanelen gemiddeld 106 kWh (kilowattuur) per vierkante meter zonnepaneel en per jaar. Ervaring in Duitsland, waar men al veel vroeger dan in Zwitserland deze technologie inzette, tonen dat we van een gemiddelde levensduur van 25 jaar mogen uitgaan. We moeten er ook rekening mee houden dat de capaciteit van de apparatuur door materiaalverandering ongeveer één procent per jaar zal dalen. Bovendien moeten we talrijker wordende defecten en storingen bij oudere apparatuur incalculeren. In toto kunnen we voor zonnepanelen in Zwitserland van een opbrengst rond de 2200 kWh per vierkante meter uitgaan. Deze waarde is duidelijk lager dan wat de PV-leveranciers en investeerders ons willen doen geloven. Het gaat hier zoals met het brandstofverbruik van auto’s: de officiële waarden worden in het laboratorium bepaald en zijn in werkelijkheid vrijwel nooit aan te treffen.

De energiekosten voor de productie van zonnestroom zijn moeilijker te berekenen. Een groot deel gaat naar de productie van de grondstoffen die voor zonnepanelen nodig zijn. De productie van ultra zuiver Silicium bij voorbeeld is energie-intensief. Bovendien heeft men stoffen zoals waterstofchloride en siliciumcarbide nodig, die in de natuur niet voorkomen. Vandaag worden meer dan 80 procent van de zonnepanelen in China vervaardigd. Het aandeel van steenkolenstroom aan de Chinese stroom-mix bedraagt ongeveer twee derden. Men kan schatten dat China voor de productie van een vierkante meter zonnepaneel 250 kg steenkool nodig heeft. Zonder de talrijke steenkolencentrales zou de Chinese PV-productie ondenkbaar zijn. De gevolgen zijn slechte lucht en een hoge CO2-uitstoot.

Veel werk, weinig toegevoegde waarde

Maar, alvorens we een functionerend systeem hebben is er nog veel meer nodig: koperkabel, wisselrichters (een convertor die gelijkstroom in wisselstroom omzet), schakelaars, en – naar gelang de opbouw – beduidende hoeveelheden voor de ondersteunende structuur, in veel gevallen staal. De totale kosten voor de productie van zonnepanelen komen dus op ongeveer 1300 kWh per vierkante meter.

Opdat de energie die door zonnecellen opgewekt op ook een nut zou hebben is integratie in het netwerk nodig. Meer speciaal moet de stroom dan ter beschikking staan wanneer stroom nodig is. Het energieverbruik voor de integratie in het netwerk hoort bij een eerlijke energiebalans mee ingecalculeerd. In dit verband is de geringere opbrengst van PV in de winter het grootste probleem.

We moeten ervan uitgaan dat voor de balancering van de seizoenen 25 procent van de gegenereerde energie in pompspaarbekkens gestockeerd moet worden. Als we zonnestroom gebruiken om water omhoog in spaarbekkens te pompen waarmee we dan nadien weer stroom opwekken gaat ongeveer een vierde van de energie verloren. Andere Technologieën zoals de opslag in batterijen of power-to-gas-to-power nemen we hier niet in aanmerking omdat ze met nog hogere verliezen werken dan de pompspaartechniek.

Om zonnestroom in het net te integreren moeten bovendien elektrische leidingen aangelegd worden om de installaties aan te binden. Het net moet in zijn geheel zo versterkt worden dat de door de zonnestroom geïnduceerde schommelingen niet tot black-outs leiden. Voor de netwerk integratie, inclusief opslag zijn om de 350 kWh energie per vierkante meter zonnepaneel nodig.

Daarmee is het nog niet gedaan: Een correcte balans moet ook de energetische tegenwaarde van arbeid mee inrekenen. In Zwitserland bedraagt de energie intensiteit 0,43 kWh per verdiende Frank. PV is zeer arbeidsintensief: de installaties moeten gepland, gemonteerd en regelmatig gereinigd worden. Bij defecten, bijvoorbeeld door hagel of sneeuwlast moeten herstellingsteams beschikbaar zijn. Aan het einde van de levenstijd moeten de installaties gedemonteerd en verantwoord gerecycleerd worden.

De promotoren van zonnestroom maken, absurd genoeg, reclame met het feit dat deze energievorm heel veel arbeidsplaatsen schept. Maar een hoge arbeidsintensiteit wijst eerder op geringe meerwaardeschepping, en dus op een geringer macro-economisch nut. De arbeidskosten voor planning, installatie, operatie en demontage worden in onze rekening op 1175 Franken per vierkante meter PV-oppervlakte geschat, wat omgerekend op 500 kWh neerkomt. Voor interventies bij beschadiging komen daar nog 90 kWh per vierkante meter bij.

In een moderne economie moeten investeringen zich lonen. Geïnvesteerd kapitaal moet rendement opbrengen, en dat moet verdiend worden.

Ook de energiekosten voor deze kapitaaldienst moeten meegerekend worden. PV is, zoals al opgemerkt, kapitaalintensief. Wij gaan van 1100 Franken per vierkante meter PV uit. Bij afschrijving over 25 jaar en een normaal rendement ontstaan kapitaaldienstkosten van ongeveer 900 Franken voor de volledige looptijd. Omgerekend betekent dat energiekosten van bijkomend 370 kWh per vierkante meter PV-oppervlakte. Tol, belastingen en accijnzen bedragen, energetisch correct omgerekend nog eens 50 kWh.

Uiteindelijk loopt het totaal energieverbruik dus op tot rond 2660 kWh per vierkante meter. De gemiddelde opbrengst van PV bedraagt echter, zoals al vermeld, 2200 kWh, dus slechts 86 procent van de uitgaven. Ook als we bij deze berekening 15 procent onzekerheid aannemen blijft de energetische opbrengst kleiner dan de nodige inzet. We moeten dus overEnergievernietiging” spreken. Indien men rationeel handelt zou men de ontplooiing van een dergelijke technologie onmiddellijk moeten stoppen

Kritiek uit de vakwereld

Voornoemde publicatie van Ferroni en Hopkirk in Energy Policy heeft in de vakwereld een echo veroorzaakt.

Een groep om de in Groot-Brittannië werkende wetenschapper Marco Raugei publiceerde enkele maanden later in hetzelfde vakblad een repliek 2. Daarin wordt beweerd dat de energieopbrengst van PV-installaties het energieverbruik om het zeven tot achtvoudige overtreffen.

Ferroni en Hopkirk echter bleven bij hun standpunt: in een verder wetenschappelijk gecontroleerd artikel weerlegden ze (samen met de Zwitserse fysicus Alexandros Guekos) de kritiek: de energiebalans van zonnestroom in Zwitserland is inderdaad catastrofaal slecht 3.

Bij een wetenschappelijke bijeenkomst van de Internationale genootschap voor Biofysische economie in juni laatstleden in de USA bleken de meeste aanwezige experten met de berekeningsmethode van Ferroni en collegae akkoord.

Volgens specialisten zoals de Amerikaanse systeemecoloog Charles A.S. Halle mag de benutting van een energiebron slechts dan duurzaam genoemd worden als de verhouding tussen opbrengst en kosten minstens 10 bedraagt. 4 Bij kleinere waarden is een energiesysteem te inefficiënt om een moderne maatschappij aan het draaien te houden. Want in een dergelijk maatschappij moeten niet enkel basisbehoeften zoals voedsel, kleding en wonen energetisch mogelijk gemaakt worden, maar ook opleiding, gezondheidsverzorging en vorming.

Stroomproductie door middel van hydro-elektrische centrales heeft hier het beste cijfer: ongeveer 100. Ook kernenergie, die op 75 komt, is nog uitstekend te noemen. Bij alternatieve energieën, zoals bij voorbeeld aardwarmte, windstroom en zonnestroom daarentegen is de verhouding tussen opbrengst en inzet, afhankelijk van de locatie, kritisch tot miserabel.

De Basler grote raad heeft in september met een kleine meerderheid beslist dat huiseigenaars, onder bepaalde omstandigheden, verplicht kunnen worden op hun daken PV-installaties te monteren. Indien die „zonnedak dwang“ werkelijkheid wordt, zou men in het kanton Basel in de toekomst verplicht zijn op een energievorm te zetten waarvan de balans zo slecht is dat ze nauwelijks haar gelijke vindt.

Ferruccio Ferroni is dipl. Ingenieur ETH.

 

1 Ferroni, Hopkirk: Energy Return on Energy Invested (ERoEI) for photovoltaic solar systems in regions of moderate insolation (Energy Policy 94, 2016)

2 Raugei et al.: Energy Return on Energy Invested (ERoEI) for photovoltaic solar systems in regions of moderate insolation: A comprehensive response (Energy Policy 102, 2017)

3 Ferroni et al.: Further considerations to: Energy Return on Energy Invested (ERoEI) for photovoltaic solar systems in regions of moderate insolation (Energy Policy 107, 2017)

4 Charles, A. S. Hall: «Energy Return on Investment» (Springer, 2017) (Basler Zeitung)