Geschiedenis en uitvinding van de zonnepanelen

Zonnepanelen worden steeds populairder. Logisch: als natuurlijke energiebron zijn zonnepanelen, anders dan fossiele brandstoffen, veel minder schadelijk voor het milieu en natuurlijk goedkoper. Zonnepanelen hebben een lange geschiedenis. De uitvinding is vrij recent, maar de ideeën over zonnekracht en het benutten van zonne-energie zijn al heel oud. Al bij de Griekse filosofen, zoals Aristoteles, vinden we gedachtegoed over het nut van zonnekracht en zonnewarmte, terwijl ook de Romeinen zonne-energie benutten om hun huizen en badhuizen te verwarmen.

Denkers uit de Oudheid over zonne-energie

De Griekse filosoof Aristoteles (384-322 v.Chr.) was een van de eersten die het nut onderkende van de zon en de energie die deze leverde. Hij dacht erover na hoe je zonnewarmte het beste kon benutten door de huizenbouw daarop aan te passen. In de derde eeuw voor Christus gebruikten de Grieken, en de Romeinen namen dat van hen over, al vergrootglazen om de zonne-energie te gebruiken om fakkels in brand te steken voor religieuze doeleinden.

Interessant is het verhaal – dat vermoedelijk een mythe is – hoe de Griekse wetenschapper Archimedes in 212 voor Christus de Romeinen een streek wist te leveren door de reflectieve capaciteiten van brons te benutten. Met een zonnespiegel reflecteerde hij zonnestralen op de houten Romeinse schepen tijdens de Slag bij Syracuse (214-212 v.Chr.), die daarop in de fik vlogen. Dit verhaal is beschreven door de Griekse historicus Lucianus van Samosata (ca.125-180).

In 1973 deed de Griekse marine deze proef na en wist met deze methode een houten boot op 50 meter afstand in brand te steken. Echter, in 2005 deden studenten van de Massachusetts Institute of Technology een soortgelijke proef. Het schip vloog in brand, maar pas toen de bewolking weggetrokken was en het schip tien minuten volledig stil lag. Volgens de studenten was de ‘zonnespiegel’ bruikbaar, maar gezien de strijdomstandigheden nauwelijks praktisch inzetbaar. Waarschijnlijk is het verhaal over Archimedes dan ook een mythe. Maar de ideeën over het nut van zonnekracht bestonden dus al wel.

Romeinen benutten zonlicht

De Romeinse architect en militair Vitruvius (ca. 85-20 v.Chr.) ontwikkelde een sauna, met een open dak waaronder een bronzen koepel zat die zorgde voor de opwarming van de sauna. Van de Romeinen is bekend dat ze van de eerste tot vierde eeuw na Chr. zogenoemde heliocamini gebruikten. Dit waren door glas omgeven ruimtes die ze gebruikten als zonneovens om hun badhuizen te verwarmen. Onder meer keizer Hadrianus (76-138) gebruikte deze techniek in zijn villa.

De Byzantijnse (Oost-Romeinse) keizer Justinianus (482-565) bracht in 529 zijn beroemde wetgeving, de Codex Justinianus uit, waarin hij een bepaling opnam over zonnegebruik. De wet stelde dat individuele burgers het recht hadden om gebruik te maken van zonne-energie.

Ten slotte gebruikten de Romeinen ook al kassen voor tropische planten, waarbij ze ook de zonne-energie benutten.

Eerste keer koken met ‘zonnepanelen’ (1767)

De Zwitserse wetenschapper Horace-Bénédict de Saussure (1740-1799) wordt vaak genoemd als de eerste die in 1767 een soort zonnepaneel bouwde, waarmee hij via de opgewekte energie kon koken; de ‘zonneoven’.

Deze techniek, waarmee hij temperaturen tot boven de 110 graden Celsius kon bereiken, benutte later onder meer de wetenschapper John Herschel (1792-1871), in de jaren 1830 tijdens een expeditie in Zuid-Afrika. In 1825 had deze Herschel de actinometer uitgevonden, een instrument waarmee de hittekracht van opgewekte zonne-energie gemeten kon worden.

Robert Stirlings economiser (1816)

Op 27 september 1816 vroeg de wetenschapper en predikant Robert Stirling (1790-1878) in Edinburgh een patent aan op zijn Heaten Economiser, ook wel de Stirling Engine genoemd. Deze machine, die de stoommotor moest beconcurreren, gebruikte zonnestralen als thermische energie om krachten te genereren.

Fotovoltaïsch effect ontdekt (1839)

In 1839 ontdekte de Franse wetenschapper Alexandre-Edmond Becquerel (1820-1891) het fotovoltaïsche effect. Becquerel maakte een opstelling met twee elektroden die hij in een elektrolyt zette. Toen hij deze installatie blootstelde aan zonlicht, bleek de hoeveelheid geproduceerde elektriciteit te stijgen.

Het duurde nog tot 1883 voordat de eerste zonnecel van selenium gebouwd werd, door de Amerikaanse wetenschapper Charles Fritts (1850-1930), met behulp van de ontdekking van Becquerel en met de kennis van Willoughby Smith (1828-1891), de ontdekker van fotogeleiding via selenium. Hierna maakte de Russisch natuurkundige Aleksandr Stoletov (1839-1896) in 1888 de eerste zonnecel die werkte volgens het principe van foto-elektrisch effect.

Koperen zonnecollector (1908)

In 1908 vond William J. Baileys (?-?) een zonnecollector uit die bestond uit koperen spoelen en dozen. Deze collector was een verbetering, met name omdat Baileys een koperen isolatie gebruikte in zijn collector.

Ontwikkelingen na de Tweede Wereldoorlog (1954-1977)

Grote ontwikkelingen richting de zonnepanelen zoals wij die vandaag de dag kennen, werden gestimuleerd door de ruimtevaart die na de Tweede Wereldoorlog opkwam. In 1954 ontwikkelden de Amerikaanse onderzoekers Daryl Chapin, Calvin Fuller en Gerald Pearson de fotovoltaïsche siliconencel (FS, in het Engels PV genoemd). Deze werd vanaf 1958 toegepast in de ruimtetechnologie. Dat jaar werd begonnen met het opwekken van energie door satellieten en andere ruimteobjecten.

Zonne-energie en -panelen waren echter heel duur en kostbaar in de jaren 1950 tot 1970. Een belangrijke vervolgstap was dan ook een efficiënt zonnepaneel ontworpen door Exxon Corporation. Dit paneel was goedkoper te produceren en een belangrijke mijlpaal in de geschiedenis van de zonnepanelen.

Mede door de oliecrises in de jaren 1970 omarmde de Amerikaanse regering in 1977 het gebruik van zonne-energie door de opstart van het Solar Energy Research Institute. Hierna openden ook andere regeringen soortgelijke onderzoekscentra.

Vliegtuigen, auto’s en centrales (jaren 1980)

In 1981 maakte uitvinder Paul MacReady (1925-2007) een op zonne-energie aangedreven vliegtuig. Dit vliegtuig gebruikte ruim 1600 zonnecellen, die in de vleugels gemonteerd waren en slaagde erin om een behoorlijke afstand, van Frankrijk naar Engeland, te overbruggen.

Een jaar later, in 1982, ontwikkelden Australische wetenschappers de eerste auto die zich via zonnepanelen cq. zonne-energie voortbewoog.

Vanaf het midden van de jaren 1980 rezen zonne-energiecentrales als paddenstoelen uit de grond. De grootste fabriek die ontwikkeld werd leverde ruim 20 kilowatt op en kwam in 1999 tot stand.

Overigens kreeg in 1989 de eerste Nedrlandse woning, die van Evert Sjoerdsma in Castricum, zonnepanelen op het dak. Het waren maar liefst 64 zonnepanelen, die een veel lager rendement hadden dan de moderne zonnepanelen. In 2020, toen het aantal huishoudens met zonnepanelen in Nederland de een miljoen overschreed, lagen er op Sjoerdma’s dak nog maar acht zonnepanelen, die hetzelfde rendement leverden als de 64 panelen uit 1989. Het rendement van zonnepanelen nam daarna, vanaf de jaren 1990, enorm toe.

Eindelijk écht rendement op zonnepanelen (jaren 1990-2016)

Vanaf de jaren tachtig werden zonnecellen steeds efficiënter. In 1999 werd een record bereikt, toen er een zonnecel ontwikkeld werd met fotovoltaïsche rendementen van liefst 36 procent. Ter vergelijking: rond 1960 lag de efficiënte nog op 14 procent, in 1985 op 20 procent.

Niet alleen werden zonnepanelen rendabeler: ze werden, met name vanaf ongeveer 2010, ook voor particulieren steeds betaalbaarder. Dit kwam mede door subsidiëring van de overheid. De ontwikkeling gaan nog steeds door en overal ter wereld, met name in Azië, worden records gebroken.

Zo openden de Chinezen in 2012 de grootste zonne-energiecentrale ter wereld: het Golmud Solar Park. Deze centrale heeft een geïnstalleerd vermogen van 200 megawatt. Ook in India legde men een groot energiepark aan: het India Gujarat Solar Park. Dit park bestaat uit meerdere zonne-energiebedrijven in de Gujarat-regio. Gezamenlijk beschikken zij over een geïnstalleerd vermogen van maar liefst 605 megawatt.

Anno 2017 valt het rendement van zonnepanelen terug te verdienen in slechts een handjevol jaren. Cruciaal hierbij was een Zwitserse uitvinding van het bedrijf Insolight uit 2016, die het rendement van zonnepanelen voor particulieren van 18-20 procent naar 36 procent verhoogde. Die hoge rendementen bestonden al in de industrie, maar waren voor particulieren onbetaalbaar.

Boek: Moderne uitvindingen – Pierre Rousseau

Bronnen ▼