Een bezoek aan het Electrical Sustainable Power Laboratory (ESP Lab) van de TU Delft en een interview met professor Miro Zeman. Van de productie van nieuwe zonnecellen en windturbines tot een complete simulatie van het Nederlandse stroomnet. Alles gericht op een toekomst voorzien van slimme, geïntegreerde systemen voor duurzame energie.

In de geschiedenis van de mens zijn er veel ontwikkelingen en gebeurtenissen geweest met grote impact op de samenleving. Het wiel, buskruit, de telegraaf en "de zonnecel", aldus professor Zeman.

"Ik denk dat de zonnecel de energiesector op zijn kop zal zetten, voor zover dat nu niet al gebeurt. De zon is de grootste bron van energie tot onze beschikking. Vele malen groter dan bijvoorbeeld de potentie van wind. In de toekomst zal de zon dus dé bron van energie zijn. Mijn droom is om dankzij zonnecellen goedkope, betrouwbare en duurzame elektriciteit beschikbaar te maken voor iedereen in de wereld."

Over de missie
Professor Zeman: “Het belangrijkste is dat we niet alleen pogingen doen, maar echt de overschakeling maken van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare brandstoffen. In Nederland vooral zon en wind. De elektrificatie zal dus een steeds belangrijkere rol spelen in de maatschappij. Het elektrische systeem als ruggengraat van het algehele energiesysteem.

Wij zijn technologieën aan het ontwikkelen voor die omzetting via photovoltaics en elektromechanische omzetting met wind in de vorm van zonnepanelen en windturbines. Voor zonnepanelen en windturbines heb je ook vermogenselektronicacomponenten nodig zoals omvormers om die elektriciteit te koppelen, nu nog aan het bestaande elektriciteitsnetwerk."

Wisselstroom, hoogspanning en gelijkstroom
Professor Zeman: "Het hedendaagse elektriciteitsnetwerk heeft bepaalde karakteristieken. Een van de belangrijkste daarvan is wisselstroom. Om elektriciteit te transporteren van centrales naar gebruiker wordt hoogspanning gebruikt. Zonnepanelen en windturbines leveren gelijkstroom op. Op het moment wordt maar een kleine fractie van de elektriciteit geleverd uit zon en wind dus het bestaande netwerk kan dit nog aan.

Vorig jaar werd 18 procent elektriciteit opgewekt uit zon en wind. Volgens het Klimaatakkoord moet dat in 2030 al 70 tot 80 procent zijn. Er zullen dus steeds meer van deze nieuwe componenten gekoppeld en geïntegreerd in het elektriciteitsnet moeten worden.”

Een hybride elektriciteitsnetwerk
De professor vervolgt: ”Om al die componenten te kunnen koppelen, zullen we moeten bouwen aan een nieuw type elektriciteitsnetwerk gebaseerd op gelijkstroom in combinatie met wisselstroom.

Zon is niet altijd aanwezig, de wind waait ook niet altijd. Om altijd beschikbare energie te hebben, leveringszekerheid, hebben we een buffer nodig. Zodat we de opgewekte energie kunnen opslaan. De 'verhoging van flexibiliteit van energielevering' zoals wij dat noemen. Wij hebben twee opties voor de opslag van de groen opgewekte elektriciteit, of ‘groene elektronen' – de opslag van energie in batterijen, of omzetten in energie van moleculen zoals waterstof."

Focus
"Het unieke van ons laboratorium is onze focus. We kunnen niet alles zelf doen in de energietransitie, we zullen moeten samenwerken. Wij focussen ons op PV, de vermogenselektronicacomponenten, opslag en digitalisering van het netwerk. Met al deze nieuwe componenten wordt het systeem alleen maar complexer dus dat moet je kunnen monitoren en aansturen. Daarvoor zetten we digitale technologieën in om het netwerk intelligenter te maken.

Je kunt een wereldrecord zonnecel ontwikkelen, maar als je daar een zonnepaneel van maakt en het aansluit op het systeem dan gaat die koppeling niet vanzelf goed. Systeemintegratie is daarom erg populair op het moment. Ons laboratorium is bedoeld om die systeemintegratie te testen. Dat wij onder één dak alle middelen hebben om al deze componenten samen te brengen in een systeem, dat maakt ons uniek."

Opslag in kinderschoenen
“De ontwikkelingen in energieopslag in batterijen nu zijn vergelijkbaar met die van PV twintig jaar geleden. Toen waren de kosten voor PV enorm hoog en het omzettingsrendement was laag. In twintig jaar is dat zo ver doorontwikkeld dat PV de goedkoopste elektriciteit levert. Het rendement van zonnecellen met enkel halfgeleidermateriaal als licht absorber zoals silicium benadert de theoretische limiet. De prijs voor zonnepanelen is in die tijd veertigmaal lager geworden.

Ik verwacht deze ontwikkeling ook in batterijen te zien. De prijzen voor batterijen zijn de laatste tien jaar al tienmaal lager geworden. Met de huidige stijging van energieprijzen raad ik iedereen aan zo snel mogelijk PV aan te leggen. Een kilowattuur voor 0,08 tot 0,10 euro terwijl we 0,40 tot 0,70 euro betalen voor stroom.“