Conventionele zonnestroominstallaties stellen onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en de energieverslindende levensstijl die daaruit voortvloeit niet ter discussie. Zowel zonnepanelen op daken als grootschalige zonneparken voorzien ons van alle stroom die we maar willen, ook als de zon niet schijnt. Dat komt omdat deze systemen het centrale elektriciteitsnet, dat grotendeels op fossiele brandstoffen werkt, als een soort batterij gebruiken om stroomtekorten op te vangen.

Hoewel aan het elektriciteitsnet gekoppelde zonnepanelen het fossiele brandstofverbruik van thermische energiecentrales kunnen verlagen, wordt deze besparing op zijn minst gedeeltelijk tenietgedaan door de extra fossiele brandstoffen die nodig zijn voor de bouw en het onderhoud van wat in wezen een dubbele energie-infrastructuur is. Het combineren van zonne- en windenergie kan het aandeel hernieuwbare energie in het elektriciteitsnet verder vergroten, maar daarvoor moet de infrastructuur nog verder worden uitgebouwd. Behalve energie vraagt dat ook veel geld en tijd.

Centrales op fossiele brandstoffen vervangen door energieopslag, zodat het overschot aan elektriciteit dat wordt opgewekt op zonnige dagen kan worden bewaard voor wanneer er geen of onvoldoende zon is, stuit op hetzelfde probleem. Energieopslag, of die nu geïntegreerd is in een elektriciteitsnet of zich bij individuele huishoudens (off-grid systemen) bevindt, is zeer duur en koolstofintensief om te bouwen en te onderhouden.

Autonome zonne-installatie

De productie van zonnepanelen kost uiteraard geld en energie. De financiële en energetische kosten van de bijhorende back-up infrastructuur zijn echter vele malen groter. Voor netgekoppelde zonnestroominstallaties zijn deze kosten zeer moeilijk precies te berekenen, maar voor autonome zonne-installaties (zonder netkoppeling en met eigen energieopslag) is dat een stuk makkelijker. Als voorbeeld neem ik daarom de kleine autonome zonne-installatie die mijn woonkamer in Barcelona van stroom voorziet.

Dit systeem bestaat uit twee 50W zonnepanelen op het balkon, een 100 Ah loodaccu en een 10A laadregelaar. De opgewekte energie wordt onder meer gebruikt voor de verlichting, de muziekinstallatie, en het opladen van laptops en andere elektronische apparatuur. De aanvankelijke financële investering bedroeg 340 euro: 120 euro voor de zonnepanelen, 170 euro voor de accu en 50 euro voor de laadregelaar.

Maar terwijl de zonnepanelen dertig jaar zouden moeten meegaan en de laadregelaar ongeveer tien jaar, moet ik de loodaccu gemiddeld elke drie tot vijf jaar vervangen. ¹ Over een levensduur van 30 jaar bedragen de kosten dan 120 euro voor de zonnepanelen, 150 euro voor de laadregelaars en – in het beste geval – 1.020 euro voor de accu’s. De accu’s (en de bijbehorende laadregelaars) maken dus ongeveer 90% van de totale levensduurkosten uit.

Energieopslag domineert ook de “ingebedde” energie (en de daaruit voortvloeiende koolstofuitstoot) van de installatie. De productie van mijn loodzuuraccu heeft 1.200 megajoule (MJ) energie gekost. ² Over een levensduur van 30 jaar (zes accu’s in het beste geval) komt dat neer op 7.200 MJ. De drie laadregelaars voegen nog eens 360 MJ toe over een levensduur van 30 jaar, wat het totale energieverbruik voor het accusysteem op 7.560 MJ brengt. ³

Daarentegen kost de productie van de zonnepanelen slechts 2.275 MJ op een totaal van 9.835 MJ. ⁴ Conclusie: meer dan 75% van het totale fossiele energieverbruik is het gevolg van energieopslag.

Andere soorten accu’s zouden deze conclusie niet significant veranderen. Voor een vergelijkbaar off-grid systeem met lithium-ion accu’s zou de energieopslag verantwoordelijk zijn voor ongeveer 95% van de totale levensduurkosten (die bijna het dubbele bedragen van een systeem met loodzuurbatterijen). Uitgaande van een optimistische levensduur (10 jaar) en inclusief de laadregelaars is lithium energieopslag goed voor zowat 70% van het geïnvesteerde energieverbruik in een zonnestroominstallatie. ^{5 6} Voor nikkel-ijzer accu’s zou de energieopslag verantwoordelijk zijn voor 85% van de totale levensduurkosten (er zijn geen data voor de energiekost). ⁷

De schaalgrootte en locatie van de zonne-installatie maken ook geen verschil uit. Een groter systeem heeft meer zonnepanelen nodig, maar ook grotere accu’s en duurdere en krachtigere laadregelaars. De verhoudingen blijven dezelfde. ⁸ De enige factor die de zonnepanelen een iets groter aandeel in het totale kostenplaatje kan geven, zijn de structuren waarop ze zijn gemonteerd. Ik hou daar geen rekening mee omdat ik ze zelf heb gebouwd uit afvalhout. Staan de zonnepanelen echter op een dak gemonteerd, dan ligt een doe-het-zelf oplossing minder voor de hand. Maar ook in dat geval blijft de kost van de energieopslag veruit het zwaarst doorwegen.

Directe zonne-energie: veel goedkoper en duurzamer

In tegenstelling tot fossiele brandstoffen zijn de zon en de wind niet op afroep beschikbaar. Het probleem met onze benadering van hernieuwbare energie is dat we vasthouden aan de eis dat stroom altijd oneindig beschikbaar moet zijn, ongeacht het weer, de seizoenen of het tijdstip van de dag. Het aanpassen van de vraag naar energie aan het aanbod – zoals dat vroeger gebeurde – zou leiden tot spectaculaire verlagingen van de kosten en het gebruik van fossiele brandstoffen.

Als ik bijvoorbeeld de batterijopslag van mijn zonnestroominstallatie zou weglaten, dan zou mijn systeem ongeveer tien keer goedkoper worden: 120 euro in plaats van 1.290 euro over een levensduur van 30 jaar (omgerekend 4 euro in plaats van 43 euro per jaar). Als alternatief zou ik 1.290 euro kunnen uitgeven aan zonnepanelen alleen, wat me een zonne-installatie van 1.075 watt zou opleveren. Dat is tien keer de capaciteit van de opstelling met batterijen, meer dan wat er op het balkon zou passen.

Zonder batterij en laadregelaar daalt ook de energiekost van de installatie van 9.835 MJ naar 2.275 MJ. Met andere woorden: ik zou minstens vier keer zoveel zonne-energie kunnen opwekken met eenzelfde investering in fossiele brandstoffen.

Hoe kan directe zonne-energie praktisch zijn?

Allemaal goed en wel, maar de zon schijnt niet na zonsondergang en de hoeveelheid zonne-energie varieert gedurende de dag en het jaar. Dus hoe kan het gebruik van zonnepanelen zonder batterijen (of andere back-up infrastructuur in het geval van netgekoppelde installaties) dan praktisch zijn?

Om die vraag te beantwoorden kijken we naar een pionier van “directe zonnestroom”: de Living Energy Farm. Deze milieu-educatieve gemeenschap in de Amerikaanse staat Virginia is volledig “off-the-grid” dankzij zonne-energie, maar slechts 10% van de opgewekte zonnestroom gaat door een (nikkel-ijzer) batterij. Nochtans leveren de zonnepanelen stroom voor meerdere woningen, een gemeenschappelijke keuken, een metaalwerkplaats, en een landbouwbedrijf. ^{9 10}

De zonne-installatie is in gebruik sinds 2011 en bestaat uit afzonderlijke systemen met een totaal piekvermogen van 1.400 watt. ¹¹ Ter vergelijking: het gemiddelde piekvermogen van een residentiële zonnestroominstallatie in Nederland – voor één huishouden – bedraagt 4.660 watt. Net zoals in mijn appartement wordt er bij de Living Energy Farm erg zuinig omgesprongen met energie, maar dat er nauwelijks batterijen worden gebruikt, heeft nog andere redenen.

Sommige apparaten worden alleen overdag gebruikt

Een eerste reden ligt voor de hand: sommige elektrische apparaten en machines worden alleen overdag gebruikt. Dat is bijvoorbeeld zo voor alle machines in de metaalwerkplaats, inclusief een lintzaag, compressor, slijpmachine, cirkelzaag, draaibank, freesmachine en boormachine. Het geldt ook voor landbouwmachines zoals een graanmolen en een dieptebronpomp. Direct gekoppeld aan zonnepanelen bieden deze machines alle mogelijkheden van moderne technologie op netstroom, met de uitzondering dat ze alleen overdag kunnen worden gebruikt. ¹⁰

Op veel kleinere schaal heb ik thuis een soldeerbout, lijmpistool en irrigatiepomp (voor het balkon) op directe zonne-energie aangedreven. Andere voorbeelden van apparaten en machines die alleen overdag zouden kunnen worden gebruikt, zijn stofzuigers, naaimachines, wasmachines, spelconsoles, lasersnijders en 3D-printers. Het is niet zo moeilijk om je een moderne samenleving voor te stellen waarin activiteiten zoals stofzuigen en doe-het-zelf klusjes alleen overdag plaats vinden. Het is zeker geen terugkeer naar de middeleeuwen.

Bovendien vereisen niet alle elektrische apparaten constante aandacht. Wasmachines of vaatwassers die automatisch in werking treden als de zon schijnt, zijn vaak geciteerde voorbeeldtoepassingen van een “slim” energienetwerk. Maar die aanpak steunt op een omvangrijke infrastructuur van elektriciteitstransmissie, communicatienetwerken, en met elektronica volgestouwde apparaten.

Bij een gedecentraliseerde aanpak met directe zonne-energie wordt de intelligentie daarentegen geleverd door de zon en de omwenteling van de planeet. Een wasmachine of vaatwasser op directe zonne-energie kan ‘s avonds worden volgeladen en aangezet. De machine start dan ‘s ochtends “automatisch” op. Je kan zelfs (elektronische of mechanische) tijdschakelaars gebruiken om verschillende apparaten na elkaar te laten werken.

Of wolken een extra limiet vormen voor een directe zonne-installatie, en in welke mate, hangt af van de grootte van de zonnepanelen. Een verdubbeling van het oppervlak van de zonnepanelen garandeert voldoende zonnestroom bij matige bewolking, terwijl de installatie veel goedkoper en duurzamer blijft dan een systeem met batterijen of andere backup-infrastructuur.

Een nog grotere oppervlakte aan zonnepanelen zou zelfs tijdens zware bewolking voldoende energie kunnen leveren, maar de omvang van het systeem vertienvoudigen brengt de kosten opnieuw op het niveau van een autonome installatie met batterijen. Een verviervoudiging van de oppervlakte maakt het systeem weer even afhankelijk van fossiele brandstoffen.

Veel apparaten hebben al batterijen

Directe zonnestroom sluit evenmin het gebruik van elektrische apparaten na zonsondergang uit. Zoals vermeldt beschikt de Living Energy Farm over een bescheiden batterijsysteem, dat stroom levert voor onder meer verlichting, ventilatoren, en elektronische apparaten na zonsondergang. ¹⁰ Daarbij beschikken heel veel moderne apparaten al over een ingebouwde energieopslag. Dat is het geval voor allerlei types elektrische voertuigen, voor de meeste elektronische gadgets, en voor oudere elektrische apparatuur met AA-batterijen.

Dit soort apparaten kan dus overdag worden opgeladen met directe zonne-energie en vervolgens gedurende een aantal uren na zonsondergang worden gebruikt dankzij de ingebouwde batterij. In combinatie met een lithium-ion powerbank kan een direct zonnepaneel het ook mogelijk maken om USB-apparaten op te laden na zonsondergang. Deze strategie kan zelfs werken voor verlichting, omdat er veel lampen op batterijen bestaan die je kan gebruiken als moderne toortsen, opgehangen in verschillende delen van kamers en gebouwen.

De chemische energieopslag uitbesteden aan het apparaat is uiteraard niet de duurzaamste optie. Voor de productie van lithium-ion batterijen zijn fossiele brandstoffen nodig, en bovendien worden ze (in tegenstelling tot loodzuuraccu’s) niet gerecycleerd. De beste oplossing is uiteraard het gebruik van elektrische apparaten reduceren. Maar ze opladen met directe zonne-energie is wel een stuk duurzamer en efficiënter dan via andere batterijen of een fossiel elektriciteitsnetwerk. Als we hightech apparaten gebruiken, dan liefst op een zo slim mogelijke manier.

Niet-elektrische energieopslag

Een derde reden waarom directe zonnestroom praktischer is dan het aanvankelijk lijkt, is dat sommige elektrische apparaten na zonsondergang kunnen worden gebruikt dankzij thermische energieopslag. Dat is veel goedkoper en duurzamer dan de opslag van elektrische energie. Thermische energieopslag is al redelijk ingeburgerd voor ruimte- en waterverwarmingssystemen, die door de zon verwarmd water opslaan in een geïsoleerde boiler of (alleen voor ruimteverwarming) in de gebouwschil. Het is geen verassing dat de Living Energy Farm zulke systemen heeft, en thermische zonne-energie zorgt ook voor warm water in mijn appartement.

Dezelfde aanpak werkt echter ook voor twee belangrijke huishoudelijke apparaten die na zonsondergang moeten werken en die bovendien erg veel elektriciteit verbruiken: de koelkast en het kookfornuis. In plaats van elektriciteit van een zonnepaneel op te slaan in een batterij om vervolgens na zonsondergang een koelkast of kookfornuis aan te drijven, maken deze apparaten op de Living Energy Farm gebruik van thermische isolatie. Die houdt de warmte binnen (in het geval van het kookfornuis) of buiten (in het geval van de koelkast) als er geen stroomtoevoer is. De thermische isolatie zorgt bovendien voor een zeer hoge energie-efficiëntie, waardoor elk van deze apparaten al kan werken op een zonnepaneel van slechts 100-200 watt.

Een koelkast op direct zonne-energie

Het is perfect mogelijk om een conventionele koelkast of vrieskast direct aan een zonnepaneel te koppelen, maar zo’n toestel zou ‘s nachts heel snel opwarmen. Zelfs koelkasten met de meest energie-efficiënte labels hebben een relatief beperkte isolatiedikte (meestal 2,5 cm). Als die isolatiedikte echter wordt verhoogd tot ongeveer 12,5 cm, dan daalt het energieverbruik van een koelkast met een factor vier. ^{12 13} De passieve koelcapaciteit van een koelkast kan verder worden verhoogd door toevoeging van thermische massa in de vorm van een waterreservoir binnenin het toestel. Overdag koelt het zonnepaneel het water of zet het om in ijs. ‘s Nachts vertraagt dit koude water of ijs de opwarming van de koelkast. ¹⁴

Een op directe zonnestroom werkende koelkast opent bovendien aan de bovenkant, niet aan de voorkant. Koude lucht is zwaar, en dus gaat er op die manier veel minder energie verloren als iemand de deur opent. Al deze ontwerpkeuze’s zorgen samen voor een spectaculaire energie-efficiëntie. Een studie van directe zonnekoelkasten in zeer zonnige regio’s (Texas en New Mexico, VS) liet zien dat ze hun koelcapaciteit behouden gedurende 6 of 7 dagen zonder stroomtoevoer. De apparaten functioneerden het hele jaar door met zonnepanelen van slechts 80W tot 120W. ¹⁵ De Living Energy Farm drijft haar zonnekoelkast aan met een paneel van 200W. ¹⁰

In tegenstelling tot zonneverwarming is zonnekoeling optimaal afgestemd op seizoensgebonden variaties in zonnestraling. Koeling vraagt meer energie in de zomer, wanneer er meer zonne-energie is. De eerder vermelde koelkast in New Mexico registreerde een elektriciteitsverbruik van 406 watt-uur per dag in de zomer en slechts 230 watt-uur in de winter. ¹⁶ Bovendien kan de technologie worden ingezet in de hele koudeketen, waarvan de huishoudelijke koelkast slechts een klein (maar essentiëel) onderdeel van uitmaakt. Een andere toepassing is luchtkoeling, al is dit minder goed onderzocht en vormt het een grotere uitdaging. ¹⁷

Een kookfornuis op directe zonne-energie

Ook een conventioneel kookfornuis kan in principe rechtstreeks aan een zonnepaneel worden verbonden, maar net zoals bij een conventionele koelkast is dat niet zo praktisch. Je kan alleen overdag koken, en je moet erg veel zonnepanelen plaatsen. Eén enkele kookplaat heeft al gauw 1.000 watt elektrisch vermogen nodig. Een elektrische zonnekoker lost deze problemen op door de kookplaat in te pakken met thermische isolatie. De technologie is in feite een combinatie van een elektrische kookplaat en een hooikist.

Dankzij de thermische isolatie accumuleert een elektrische zonnekoker gedurende de dag langzaam warmte die dan na zonsondergang kan worden gebruikt om te koken. Op die manier kan een veel lagere stroomtoevoer voldoende zijn om hoge temperaturen te bereiken. Zie het als het “opladen” van je fornuis, niet met elektriciteit maar met warmte.

Onderzoekers van de Amerikaanse California Polytechnic State University (Cal Poly) bouwden het eerste elektrische zonnekooktoestel in 2015. Hun 12 volt apparaat, dat sindsdien verder is ontwikkeld, heeft slechts een zonnepaneel van 100W nodig om te werken. Het kookt een liter water in een uur. Met een volle dag zonlicht kunnen er bijna 5 kg bonen, rijst, stoofpot of aardappelen worden gekookt. ¹⁸

Koken na zonsondergang is mogelijk door het gebruik van een kookpot met een veel dikkere bodem (5-10 kg). Het onderzoeksteam van Cal Poly slaagde erin om de temperatuur van die solide warmteopslag op vijf uur tijd naar 250°C te brengen met een zonnepaneel van 100W. Vervolgens konden ze na zonsondergang een liter water koken in drie seconden. In een andere test roerbakten ze 1 kg groenten in twee minuten. De ideale configuratie bestaat uit twee kookpotten: één met en één zonder warmteopslag. Zo kan een elektrische zonnekoker zowel traag als snel koken, afhankelijk van het tijdstip en het gerecht. ¹⁹

Thermisch of elektrisch?

Net als water- en ruimteverwarmingssystemen op zonne-energie, kunnen koken en koelen zowel met als zonder elektriciteit werken – enerzijds met PV-panelen en anderzijds met thermische zonnecollectoren. Maar terwijl ruimte- en waterverwarming op zonne-energie kosten- en energie-efficiënter zijn zonder elektriciteit, is dat voor koelen en koken op zonne-energie net andersom.

Voor ruimte- en waterverwarming zijn relatief kleine temperatuurverschillen nodig, die kunnen worden geleverd door goedkope thermische zonnecollectoren van glasplaten en waterbuizen. Voor koeling en koken zijn daarentegen grotere temperatuurverschillen nodig, waarvoor meer geavanceerde (vacuümbuis- of parabolische) zonnecollectoren nodig zijn - en deze zijn duurder dan PV-panelen. ^{20 21}

De enige uitzondering is een eenvoudige zonnekoker – een geïsoleerde doos met een glasplaat bovenaan – maar die kan niet zo’n hoge temperaturen behalen. Bovendien heeft een elektrische zonnekoker een aantal extra voordelen. Met een niet-elektrisch toestel moet je buiten koken, wat minder praktisch maar ook minder efficiënt is, zeker in de winter: een thermische zonnekoker verliest dan meer warmte aan de omgeving. Een elektrische zonnekoker is ook energie-efficiënter omdat hij aan alle kanten is geïsoleerd. Hij werkt bovendien beter bij bewolkt weer en kan na zonsondergang worden gebruikt. Op de Living Energy Farm wordt de parabolische zonnekoker alleen in optimale omstandigheden gebruikt – bij volle zon en hoge buitentemperaturen.

Wat zijn de technische uitdagingen?

Hoewel de Living Energy Farm al deze toepassingen van directe zonne-energie in de praktijk brengt, zijn er wel een aantal technische uitdagingen voor wie het voorbeeld wil volgen. Bijna al onze moderne technologie is ontworpen om met een stabiele en ononderbroken stroomtoevoer te werken. Dat hoeft niet zo te zijn, maar voorlopig vraagt directe zonnestroom meestal enig knutselwerk. Een directe zonne-installatie is veel makkelijker te bouwen dan een autonoom systeem met batterijen, maar er zijn vaak aanpassingen nodig aan de kant van de toestellen.

Sommige apparaten kunnen rechtstreeks op een zonnepaneel worden aangesloten: het volstaat om de positieve en negatieve contacten van het zonnepaneel en het apparaat met elkaar te verbinden. Bijvoorbeeld machines met een gelijkstroommotor verdragen grote schommelingen in de stroomtoevoer. De metaalwerkplaats en de landbouwmachines op de Living Energy Farm werken op deze manier. Als wolken de zon blokkeren, kan de gecombineerde elektrische belasting groter worden dan de stroomtoevoer van de zonnepanelen, maar dat stopt de machines niet. Alle motoren zullen vertragen omdat ze de beschikbare energie delen, maar ze blijven allemaal nuttig werk doen. ^{10 22}

Hetzelfde geldt voor alle apparaten die werken op basis van resistieve verwarmingselementen, zoals waterkokers, kookplaten of elektrische verwarmingssystemen. Ze werken ongeacht het vermogen of de spanning, alleen langzamer of sneller. Een koelkast op directe zonne-energie werkt bij voorkeur op een variabele DC-compressor, die de snelheid kan aanpassen aan de wisselende zonnestroomproductie. ^{10 23}

Veel andere apparaten hebben een specifieke en stabiele spanningsingang nodig, die meestal niet overeenkomt met wat het zonnepaneel produceert. Dit kan worden opgelost door een DC-DC converter (een “buck” of “boost” converter) tussen het zonnepaneel en het apparaat te plaatsen. Dit is een kleine elektronische module die de fluctuerende spanning van een zonnepaneel omzet in een constante uitgangsspanning voor een laagspanningsapparaat (5V, 12V of hoger). ²⁴

Gebruik je daarbij nog een omvormer, dan kunnen ook netstroomapparaten rechtstreeks op een zonnepaneel werken. ²⁵ DC-DC converters zijn essentieel voor alle toestellen die elektronische componenten bevatten. Dat is tegenwoordig voor heel veel apparaten het geval, inclusief toestellen, zoals wasmachines of koffiezetmachines, die tot voor kort zonder elektronica werkten. Dat geeft je vaak twee opties om dergelijke apparaten op directe zonnestroom te doen werken. Je kan ofwel een DC-DC converter plaatsen, ofwel het toestel aanpassen door de elektronica te omzeilen.

Doe-het-zelf handleidingen & commerciële apparaten

De meeste toepassingen van directe zonnestroom werken op laagspanning, zodat je er op een veilige manier zelf mee aan de slag kan. Binnenkort publiceert Lowtech Magazine hierover een handleiding. De Living Energy Farm maakt voor een aantal toepassingen echter gebruik van gelijkstroom met hogere voltages. Voorbeelden zijn de werktuigmachines in de metaalwerkplaats (90V) en een aantal krachtige elektrische zonnekokers (48V, 180V). Het is geen goed idee om deze systemen zelf te bouwen, omdat deze voltages tot dodelijke ongevallen kunnen leiden.

Wie zelf een (laagspanning) elektrische zonnekoker wil bouwen, vindt uitgebreide handleidingen bij zowel de Living Energy Farm als Cal Poly. ²⁶ De toestellen kunnen met eenvoudige materialen worden gemaakt. Het isolatiemateriaal moet brandbestendig zijn. Voorbeeldmaterialen zijn steenwol, glasvezel, natuurwol of klei.

Voor de verwarmingselementen kunnen verschillende technologieën woren gebruikt, maar het inbedden van nichroomdraden in cement is de eenvoudigste optie. Deze draden kunnen uit allerlei toestellen worden gehaald zoals broodroosters, ovens en kookplaten. In principe kunnen de verwarmingsdraden rechstreeks aan de kookpot worden bevestigd, maar het is praktischer om een verwarmd “nest” te maken waarin een pot kan worden geplaatst.

Verkwist een direct zonepaneel energie?

De duurzaamheid van een zonnestroominstallatie hangt niet alleen af van de energie die nodig is om de infrastructuur te produceren en te onderhouden, maar ook van de energie die de zonnepanelen gedurende hun levensduur produceren. Sommige mensen zullen opwerpen dat het directe gebruik van zonne-energie op dat vlak minder goed scoort dan conventionele zonnestroominstallaties met netkoppeling of batterijen.

Immers, de stofzuiger, de wasmachine en de boormachine worden niet elke dag gebruikt, en als er geen elektrisch apparaat is aangesloten dan produceert een zonnepaneel ook geen stroom. Bijgevolg zal de hoeveelheid elektriciteit die het paneel produceert over de gehele levensduur dalen, terwijl de energie die nodig was om het paneel te fabriceren dezelfde blijft. Dat maakt de stroom van een direct zonnepaneel koolstofintensiever.

Omdat energieopslag in batterijen (of het netgekoppelde alternatief) zo’n groot deel uitmaakt van de totale geïnvesteerde energie, kan een op zichzelf staand zonnepaneel wel heel wat energie verspillen voordat het minder duurzaam wordt dan de tegenhanger met batterijopslag of netkoppeling.

Bovendien vermijdt het directe gebruik van zonne-energie de laad- en ontlaadverliezen die worden veroorzaakt door de batterijen, of de energieverliezen in de transmissie-infrastructuur voor netgekoppelde systemen. Beide moeten worden gecompenseerd door extra zonnepanelen. Daarbij verspillen zonnepanelen die zijn aangesloten op accu’s of het elektriciteitsnet ook stroom – een gevolg van het grote verschil in energieproductie tussen zomer en winter.

Directe zonnestroom maximaliseren met collectieve diensten

Niettemin is het belangrijk om de energieproductie van een direct zonnepaneel te maximaliseren. In die context is het nuttig even terug te keren naar het oorspronkelijke voorbeeldsysteem dat op mijn balkon staat. Directe zonnestroom zou een mooie aanvulling op dit systeem kunnen zijn, met name voor de koelkast en het kookfornuis. Het was omwille van deze apparaten dat ik in 2016 concludeerde dat het onmogelijk was om mijn appartement volledig van het elektriciteitsnet af te koppelen.

De Living Energy Farm laat evenwel zien dat het wel degelijk zou kunnen: er is plaats voor nog eens 200 watt aan zonnepanelen (4 x 50W) op het balkon, voldoende om zowel een thermisch geïsoleerde koelkast en kookplaat aan te drijven. Extra batterijcapaciteit zou niet nodig zijn.

Voor het gebruik van andere apparaten is directe zonnestroom in mijn geval echter weinig nuttig. Het zou niet erg efficiënt zijn om een extra zonnepaneel te plaatsen voor de wasmachine of de boormachine, omdat die maar af en toe worden gebruikt. Dit lijkt in de kaart te spelen van een “slim” elektriciteitsnet, omdat op die manier vele huishoudens van dezelfde zonnestroom gebruik kunnen maken – er is altijd wel iemand die kleren moet wassen of een gaatje moet boren.

Maar zo’n slim elektriciteitsnetwerk vereist wel heel wat infrastructuur, zelfs als er op die schaal gebruik zou worden gemaakt van directe zonnestroom. Er zijn dan wel geen batterijen of fossiele brandstoffen als backup nodig, maar wel een transmissie- en communicatieinfrastructuur.

De Living Energy Farm demonstreert een alternatieve oplossing: het gemeenschappelijk organiseren van huishoudelijke taken en werkzaamheden. In plaats van een collectief elektriciteitsnet dat energie verdeelt over vele indidviduele huishoudens, kunnen we ook collectieve diensten opzetten met een gedecentraliseerde energieproductie.

In de gemeenschappelijke werkplaats van de Living Energy Farm kan directe zonnestroom veel efficiënter worden ingezet dan in een individuele werkplaats die maar af en toe wordt gebruikt. Een collectief wassalon in elke straat zou ook veel efficiënter gebruik maken van directe zonnestroom. Bovendien besparen we zo heel veel energie op het bouwen van apparaten, en winnen we veel plaats.

Directe windstroom?

Deze strategie wordt nog belangrijker als we niet voor directe zonnestroom maar voor directe windstroom kiezen – of voor een combinatie van beide. De Living Energy Farm bevindt zich in een regio die veel zonniger is dan België of Nederland, maar in de Lage Landen is er wel meer wind.

Er is echter een belangrijk verschil tussen zonnestroom en windstroom. De efficiëntie van een zonnepaneel is niet afhankelijk van de grootte, wat zonnestroom ideaal maakt voor decentrale energieproductie. Daarentegen neemt de efficiëntie van een windturbine meer dan evenredig toe naarmate de rotordiameter groter wordt. Veel beter dan een windturbine per huishouden is dus een wat grotere windturbine voor een gemeenschap van huishoudens, bijvoorbeeld voor het aandrijven van een collectieve wasplaats of werkplaats.