Waarom zonne-energie de toekomst van India’s duurzame energie is

De zonne-energiesector in India heeft de afgelopen jaren enorme vooruitgangen geboekt, en dit is niet toevallig. Door de toenemende technologische ontwikkelingen, dalende kosten van zonnepanelen en een stimulerend overheidsbeleid is zonne-energie uitgegroeid tot de meest economisch haalbare en duurzame oplossing voor de toekomstige energiebehoeften van het land. De enorme capaciteit van zonne-energiebronnen, gecombineerd met India's ambitieuze doelstellingen op het gebied van hernieuwbare energie, maakt zonne-energie niet alleen belangrijk voor het milieu, maar ook voor de economische stabiliteit en energieonafhankelijkheid van het land.

India heeft tijdens de COP26 in Glasgow ambitieuze plannen gepresenteerd om tegen 2030 500 GW aan hernieuwbare energiecapaciteit te behalen. In 2019 stond het land op 100 GW, en een van de doelstellingen was om 50% van de energiebehoefte uit hernieuwbare energiebronnen te halen. Andere doelstellingen omvatten het verminderen van de CO2-uitstoot met 1 miljard ton tegen 2030 en het verlagen van de koolstofintensiteit van de economie met 45% ten opzichte van de niveaus van 2005. Ook is er een ambitie om in 2070 netto-uitstoot te bereiken. Deze doelen benadrukken de steeds grotere rol van zonne-energie in de Indiase energietransitie.

Het land heeft ook enorme vooruitgang geboekt op het gebied van zonne-energie-installaties, met een geïnstalleerde capaciteit van 67,07 GW in juli 2023. Grote zonneparken, die essentieel zijn voor grootschalige energieproductie, dragen in hoge mate bij aan de energie-efficiëntie en de integratie van zonne-energie in het elektriciteitsnetwerk, terwijl de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen wordt verminderd. Bovendien wordt de uitbreiding van zonne-energiecapaciteit ondersteund door de actieve promotie van zonnepanelen op daken, wat zowel woningen als bedrijven ten goede komt.

Zonne-energie, vooral in de vorm van fotovoltaïsche (PV) systemen, is de meest opvallende speler in de hernieuwbare energiemarkt. Van alle hernieuwbare energiebronnen heeft zonne-energie de grootste potentie om zowel warmte als elektriciteit te produceren zonder negatieve milieu-impact. Het onderscheidt zich door de flexibiliteit in toepassingen, die variëren van kleinschalige huishoudinstallaties tot grootschalige industriële zonneparken.

Binnen de zonne-energiesector zijn er verschillende technologieën die gebruikmaken van zonnestraling. De meest gebruikte zijn fotovoltaïsche systemen, zonne-thermische technologieën, fotovoltaïsche-thermische systemen en concentrerende zonnecollectoren. Deze systemen hebben hun eigen specifieke toepassingen en voordelen. Fotovoltaïsche (PV) systemen zetten zonlicht direct om in elektriciteit, terwijl concentrerende systemen zonnestraling concentreren en deze vervolgens omzetten in warmte, die later weer in elektriciteit kan worden omgezet. De verschillende technologieën bieden dus diverse benaderingen van het gebruik van zonne-energie, afhankelijk van de behoeften en het type installatie.

Naast de silicium-gebaseerde technologieën zijn er ook niet-siliciumgebaseerde zonnecellen, zoals koper-indium-selenide (CIS), koper-indium-gallium-selenide (CIGS) en cadmiumtelluride (CdTe). Deze technologieën bieden lagere kosten en hogere efficiëntie dan amorfe siliciumcellen, maar de markt voor deze systemen wordt beperkt door de beschikbaarheid van grondstoffen en de toxiciteit van sommige van de gebruikte materialen.

Nieuwere innovaties in de zonneceltechnologie omvatten polymeer-gebaseerde en nanomateriaalgeïntegreerde systemen, zoals organische zonnecellen, perovskietcellen en multijunction-cellen. Deze technologieën bieden de belofte van nog hogere efficiëntie en lagere kosten, en kunnen de volgende generatie van zonnecellen aandrijven.

De voordelen van zonne-energie gaan verder dan alleen economische en ecologische overwegingen. De uitbreiding van zonne-energie creëert nieuwe werkgelegenheid, vooral in landelijke gebieden, waar banen in de zonne-energie-industrie steeds vaker de norm worden. Bovendien helpt het in de strijd tegen de klimaatverandering door de CO2-uitstoot drastisch te verminderen. De uitrol van zonne-energie heeft dus niet alleen een directe impact op de energieproductie, maar ook op de bredere sociale en economische context van India.

In dit alles blijft de nadruk liggen op het bevorderen van innovatie, het verbeteren van technologische efficiëntie en het realiseren van de ambitieuze doelstellingen van India op het gebied van hernieuwbare energie. Indien India haar zonne-energiesector verder uitbreidt en optimaliseert, kan het niet alleen haar eigen energiebehoeften duurzaam invullen, maar ook een belangrijke speler worden op de wereldmarkt voor hernieuwbare energie.

Wat is de rol van thermische energieopslag met faseovergangmaterialen in duurzame energiesystemen?

Thermische energieopslag (TES) heeft zich de afgelopen decennia ontwikkeld als een cruciaal onderdeel van duurzame energiesystemen, vooral in de context van hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie en windenergie. Een van de meest veelbelovende technologieën op dit gebied is de opslag van energie met behulp van faseovergangmaterialen (PCM’s). Deze materialen, die hun thermische eigenschappen veranderen wanneer ze van fase (vast naar vloeibaar of omgekeerd) overgaan, bieden een efficiënte manier om warmte op te slaan en later weer te gebruiken, wat essentieel is voor het overbruggen van de variabiliteit van hernieuwbare energieproductie.

Faseovergangmaterialen hebben het vermogen om grote hoeveelheden energie op te slaan of af te geven bij een constante temperatuur, wat hen bijzonder geschikt maakt voor toepassingen waarbij het nodig is om warmte te bewaren gedurende langere perioden, zoals in verwarmings- en koelsystemen van gebouwen, zonneboilers en industriële processen. Het gebruik van PCM’s in deze systemen draagt bij aan een aanzienlijk hogere energie-efficiëntie en vermindert de operationele kosten, wat een belangrijke stap is richting duurzamere energiepraktijken.

De keuze van een geschikt PCM is echter complex, aangezien het materiaal niet alleen een geschikte smelttemperatuur moet hebben die overeenkomt met de beoogde toepassing, maar ook voldoende stabiliteit moet bieden voor langdurig gebruik zonder verlies van prestaties. Onderzoekers hebben zich de laatste jaren vooral gericht op het verbeteren van de thermische en mechanische eigenschappen van PCM’s door nanotechnologie en andere innovaties. Bijvoorbeeld, het gebruik van nanodeeltjes in PCM’s kan de warmtegeleiding verbeteren, wat de snelheid van energieopslag en -afgifte aanzienlijk kan verhogen.

Naast de klassieke paraffine-wax en zouthydraten worden er voortdurend nieuwe materialen onderzocht die betere prestaties bieden in specifieke klimaatomstandigheden of voor specifieke toepassingen. Er is een groeiende belangstelling voor de ontwikkeling van biogebaseerde PCM’s, die zowel milieuvriendelijker zijn als een lagere ecologische voetafdruk hebben in vergelijking met synthetische alternatieven. Dit maakt PCM’s niet alleen aantrekkelijk voor industriële toepassingen, maar ook voor huishoudelijke toepassingen zoals slimme textielen, waar warmtebehoud belangrijk is voor het comfort en de gezondheid van de gebruikers.

Thermochemische energieopslag, een technologie die gebruik maakt van chemische reacties voor energieopslag, wordt steeds meer gezien als de volgende stap in de evolutie van thermische opslag. Dit type opslag biedt potentieel voor hogere energiedichtheden en langere opslagcapaciteiten dan traditionele PCM-systemen. Bij thermochemische opslag worden chemische verbindingen gebruikt die in staat zijn om energie op te slaan in de vorm van chemische bindingen. Dit biedt veelbelovende mogelijkheden voor langdurige energieopslag, met als resultaat dat thermochemische opslag kan bijdragen aan het stabiliseren van netten die steeds afhankelijker worden van onvoorspelbare hernieuwbare energiebronnen.

De belangrijkste uitdaging bij het gebruik van PCM’s en thermochemische opslag in praktische toepassingen is het ontwikkelen van systemen die kostenefficiënt, stabiel en voldoende betrouwbaar zijn om aan de eisen van de markt te voldoen. De materialen moeten niet alleen in staat zijn om grote hoeveelheden energie op te slaan, maar ze moeten ook bestand zijn tegen talloze thermische cycli zonder hun prestaties te verliezen. Dit stelt nieuwe eisen aan de onderzoeksgemeenschap, die zich richt op het verbeteren van de thermische stabiliteit van PCM’s, de thermische geleidbaarheid en de materiaalstructuur.

Belangrijk is ook het inzicht dat het succes van thermische opslagtechnologieën niet alleen afhankelijk is van de materialen zelf, maar ook van de integratie van deze systemen in bredere energienetwerken en -infrastructuren. In combinatie met hernieuwbare energiebronnen kunnen PCM-gebaseerde opslagoplossingen bijdragen aan het realiseren van betrouwbare en duurzame energienetwerken die de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verminderen en tegelijkertijd de uitstoot van broeikasgassen verlagen.