De Energieopbrengst van Zonnepanelen. (EROI)
Fred Udo
Gepubliceerd in Climategate 2 nov 2016.
http://climategate.nl/2016/11/02/61402/
Een overweging vooraf
Het hele gedoe rond zonnepanelen heeft geen maatschappelijk nut. De bestaande stroomvoorziening is niet alleen betrouwbaarder en goedkoper dan elektriciteitsopwekking door zonnepanelen, maar het bestaande systeem blijft in zijn huidige vorm en capaciteit onmisbaar voor een betrouwbare levering van elektriciteit. Dit houdt in, dat elk zonnepaneel voor een overschot aan stroom zorgt. Daarnaast is de brandstofbesparing gering of zelfs negatief.
Een steen in de vijver.
Karel Knip stelde in de NRC wetenschapsbijlage van zaterdag 22 oktober 2016, dat volgens een recente berekening van Ferroni en Hopkirk zonnepanelen minder energie leveren, dan de energie die nodig is om ze te maken, op te stellen en te bedrijven. De EROI (Energy Return on Energy Invested) is kleiner dan 1. [ref 1]
Dit ontketende natuurlijk een storm van kritiek uit de sector, want wie wil toegeven dat zijn broodwinning zinloos is?
De minister had al een reactie gegeven in de trant van “Niets aan de hand” en een team van 23 wetenschappers had al een tekst geschreven, waarin het artikel met verve de grond in werd geboord. De essentie van hun weerwoord staat in het artikel van drie van hen.
Dit alles wist de arme Knip niet en dus werd er op 26 oktober een extra editie van het katern Wetenschap uitgebracht met een herroeping. De strafregels van Knip moesten de schade voor de groene reputatie van de krant zoveel mogelijk beperken.
Twee verschillende benaderingen
Het verschil tussen het resultaat van Ferroni en Hopkirk (verder aangeduid als (F&H) en dat van de 23 auteurs is meer dan een factor elf.
De een zegt EROI = 0,82, de anderen zeggen EROI = 9.
Nu kunnen uitspraken over een techniek, die een snelle ontwikkeling doormaakt snel verouderen. Daarbij zijn berekeningen van de EROI notoir ingewikkeld en tot op zekere hoogte arbitrair. Wat wordt meegenomen en wat niet? Het IEA (‘International Energy Agency’) geeft richtlijnen voor de berekening van de EROI van zonnepanelen. Deze richtlijnen gaat niet verder, dan het vergelijken van de bruto stroomopbrengst met de energie nodig voor de productie van de panelen.
F&H betogen, dat een energiebalans volgens deze richtlijnen te optimistisch is en geen goede benadering van de werkelijkheid geeft.
Een citaat:
Estimated ERoEI values for a variety of cases, have been calculated by several authors following the IEA guidelines: 5.8 was given, for example, by Brandt et al. (2013); 5.9 by Raugei et al. (2012). Weissbach et al. (2013) indicated in Table 3 in their paper an EROI of 4.95 expressed in coherent units.
The tendency, when using the IEA methodology is to make use of ideal parameter values, which, in their turn, tend to yield optimistic levels of EROI.
Is dit voldoende om het verschil te verklaren of hebben F&H verkeerde getallen gebruikt?
1. De stroomopbrengst
Volgens de getallen waar de 23 auteurs zich op baseren produceert 1 m2 multikristallijn Silicium paneel op onze breedten 160 kWh per jaar. Dit wordt berekend met een zonne-instraling van 1000 kWh/jaar en een rendement van 16%. Deze productie wordt dan 30 jaar volgehouden.
De praktijk zegt iets anders::
According to the official Swiss energy statistics (Swiss Federal Office of Energy, 2015), an average for the last 10 years of 106 kW he/m2 yr is obtained for relatively new modules.
F&H brengen veroudering, transformatieverliezen en down time in rekening. Hiermee corrigeren zij dit getal naar 88 kWh als gemiddelde productie over 25 jaar levensduur.
De totale opbrengst is volgens de IEA berekening: 30 x 160 = 4800 kWh. Volgens F&H is de effectieve opbrengst: 25 x 88 = 2200 kWh.
2. De energie nodig voor de constructie.
De panelen van F&H hebben 1300 kWh/m2 nodig voor constructie en installatie, terwijl Sinke c.s. beweren nu door technische ontwikkelingen met 320 kWh/m2 toe te kunnen. Dit lijkt een enorm verschil, maar in de berekening van F&H verandert de EROI door deze verlaging van de constructie energie maar van 0,82 naar 1,31.
Hieronder het overzicht van F&H:
Table 4.
Summary of the components of the total energy investments
Principal energy investments, kW he/m²
Cumulative energy demand (CED) for the production of the PV-system, 1300
Integration of the intermittent PV-electricity in the grid and buffering, 349
Energy invested for the labour, 505
Energy embodied for faulty equipment, 90
Energy invested necessary for the capital, 420
Total, 2664
In tabel 4 verandert 1300 kWh/m2 in 320 kWh/m2.
De verlaging van de energie nodig voor de constructie zal er wel komen, maar het effect op de energiebalans blijft beperkt.
3. De netinpassing
Ferroni en Hopkirk gaan verder en leggen de nadruk op het feit, dat een intermitterende stroombron, die het in de winter laat afweten, niet zonder meer vergeleken kan worden met de stroom, die te allen tijde beschikbaar is om aan de vraag te voldoen.
Zij leggen de grens van de EROI berekening daarom verder dan gebruikelijk en zij houden onder meer rekening met stroomopslag in de vorm van gepompte waterkracht (zij zijn tenslotte Zwitsers) en met de aanpassingen in het net, die nodig zijn om tot een betrouwbare stroomlevering te komen. De optredende verliezen komen uitvoerig aan bod. Dit alles schaart Knip onder “Exotische verliesposten”
Conclusie
Het moge duidelijk zijn uit de bespreking van de punten 1,2 en 3, dat de uitgebreide EROI van Ferroni veel realistischer is dan de EROI berekend volgens de IEA.
In zijn Mea Culpa schrijft Knip:
“Negeer je de ‘exotische’ verliesposten die zij (Ferroni c.s.) opvoeren dan kom je makkelijk op een output/input verhouding die ruim boven de 9 ligt. Het betekent dat een gangbaar zonnepaneel in zijn leven zeker 9 keer zoveel energie levert als de fabricage kostte.”
Dit getal 9 is dus met een toekomstige opbrengst en zonder de voorzieningen, nodig om de stroom bruikbaar te maken. De voorzieningen, nodig om de stroom bruikbaar te maken worden als exotische correcties afgedaan..
Corrigeren wij de uitgebreide EROI van 0,82 voor de lagere input energie van de 23 auteurs, dan wordt de EROI gecorrigeerd van 0,82 naar 1,30.
Dit is de enige correctie die uit de technische ontwikkeling zou volgen, hoewel Ferroni zich in een email beroept op een recente Chinese publicatie die zijn getal bevestigt. Het weglaten van alle andere factoren is pure propaganda van de kant van de betrokkenen bij de industrie.
Hieruit volgt, dat de getallen van F&H correct zijn voor de 40 GW aan piekvermogen, dat de Duitsers in de laatste 10 jaar hebben neergelegd. Daar ligt voor meer dan 80 miljard zonnepanelen op de daken, die dus netto energie kosten. Hier staat niets tegenover
Enig rekenwerk vooraf had de Duitsers minstens 80 miljard kunnen besparen….
De ultieme test
Al deze getallen moeten geplaatst worden in het licht van de eisen, die een hoog ontwikkelde samenleving als de onze stelt aan een energiebron. Hoe complexer een samenleving is, hoe hoger de EROI van zijn energiebronnen moet zijn. Het minimum voor onze samenleving is zeven.
De vraag is dus niet of zonnepanelen meer energie leveren, dan zij gekost hebben, maar of die verhouding groter dan zeven is. De EROI kan met de meest optimistische aannamen net boven de fatale grens van 7 getild worden, maar de werkelijke EROI ligt er ongeveer een factor vijf onder.
Het is de verdienste van Ferroni c.s. dat zij de opgeblazen verwachtingen over de opbrengst van zonnepanelen tot hun ware proporties hebben teruggebracht.
Ons antwoord op het Mea Culpa van dhr Knip luidt dus:
Ja, toekomstige zonnecellen leveren iets meer energie op dan ze kosten, maar het is veel te weinig om zonnecellen toe te passen als stroombron voor onze samenleving.
De ‘fout’ van Ferroni en Hopkirk is dat zij geen roze bril hebben opgezet.
. F. Ferroni and R.J. Hopkirk
Energy Return on Energy Invested (ERoEI)
for photovoltaic solar systems in regions of moderate insolation
Energy Policy Volume 94, July 2016, Pages 336–344
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421516301379
Enrica Leccisi, Marco Raugei and Vasilis Fthenakis
The Energy and Environmental Performance of Ground-Mounted Photovoltaic Systems—
A Timely Update
Energies 2016, 9, 622
.Een extreem voorbeeld uit onze geschiedenis is het paard als energiebron.
Een paard levert maximaal 1 pk gedurende 6 uur per dag.
Dit is gelijk aan 4,4 kWh per dag. (1 pk = 0,736 kW)
De groothandelsprijs van de geleverde energie van een paard per dag is minder dan 20 cent.
Het is duidelijk, dat op basis van paardenkracht onze complexe maatschappij niet kan bestaan.
De moderne ontwikkeling is pas begonnen na de uitvinding van de stoommachine.
