Zonne-energie is energie van de zon in de vorm van warmte en licht. Deze energie, samen met secundaire vormen zoals windenergie, getijdenenergie, waterkracht en biomassa vormt meer dan 99,9% van alle hernieuwbare energie op Aarde.

De zon is een ster die zich gemiddeld op 150 miljoen kilometer afstand van de aarde bevindt. De energie die de zon uitstraalt ontstaat door kernfusie. De atmosfeer en de magnetosfeer (het magnetisch veld van de aarde) beschermen het leven op aarde tegen het grootste deel van de schadelijke straling die de zon naast licht en warmte eveneens uitstraalt.

De hoeveelheid energie die de aarde bereikt, is ca. 9000 maal groter dan de energiebehoefte van alle 7 miljard aardbewoners samen. De energie bereikt de aarde als licht en warmtestraling, een mengsel van elektromagnetische straling van verschillende golflengten, voor 99% liggend tussen 300 en 3000 nm. (De golflengten van zichtbaar licht vallen tussen 390 en 780 nm).

Zonnepanelen

Met zonne-energie wordt tegenwoordig meestal bedoeld de energie die mensen zelf met hun technologie opwekken direct vanuit van zonnestraling. Dit gebeurt op dit moment in Nederland en België vooral op twee manieren:

  • De meest gebruikte toepassing is door middel van zonnepanelen met fotovoltaïsche cellen (ook wel PV-cellen genoemd). Die zetten het licht direct om in elektriciteit: zonnestroom.
  • Een andere manier om gebruik te maken van zonlicht is thermische zonne-energie waarbij zonlicht wordt omgezet in warmte. Dit gebeurt door zonneboilers (oftewel zonnecollectoren).

De term zonnepanelen wordt voor beide methodes wel gebruikt en is dus niet geheel eenduidig.

Het grote probleem bij het praktisch gebruik van deze energie is dat de zonneconstante, de (maximale) hoeveelheid energie die per vierkante meter per tijdseenheid op het oppervlak valt, niet erg groot is. (ca 1367 Watt per vierkante meter in de bovenste lagen van de atmosfeer; op de grond minder, afhankelijk van de dikte van de tussenliggende laag lucht, de hoek waaronder de zon de aarde treft, de afstand tussen de aarde en de zon die met de seizoenen iets verandert, en vooral ook het voorkomen van wolken.)

Daarom moet de energie over een vrij groot oppervlak ‘geoogst’ worden om economisch rendabel te worden. Het woord oogsten is hier zeker van toepassing, omdat de landbouw al eeuwen niets anders doet dan zonne-energie oogsten in biochemisch gebonden vorm, zoals zetmeel in granen of aardappelen.

Voor landen waar de zon bijna de hele dag schijnt bestaat een goede technologie om zonne-energie te oogsten: geconcentreerde zonne-energie, ook wel thermische zonne-energie genoemd (in het Engels: CSP: Concentrated Solar Power). Hierbij worden de zonnestralen door middel van spiegels samengebracht op een klein oppervlak, waar een hoge temperatuur ontstaat. Met die hoge temperatuur wordt stoom gemaakt, waarmee net als in een gewone centrale elektriciteit wordt opgewekt.

Een andere vorm van duurzame zonne-energie is de zonnetoren. Lucht wordt opgewarmd door zonnewarmte onder een cirkelvormig doorschijnende collector die aan de rand open is. Zo vormt het doorschijnende dak samen met de grond een opslagruimte voor door de zon opgewarmde lucht.
Overdag warmen deze op en ’s nachts geven ze hun warmte af. Zo is er sprake van een constante stroom veroorzaakt door zonnewarmte. De energie die ontstaat bij deze opwaartse stroom lucht wordt door windturbines omgezet in mechanische energie en met generatoren wordt deze mechanische energie omgezet in elektrische energie.

Ter illustratie van het potentiële vermogen van grootschalige zonne-energie het volgende voorbeeld. Het energiegebruik van Europa bedraagt ca. 1020Joule/jaar (ruim 3 x 1012 Watt). Op basis van een energieopbrengst met een rendement van ca. 15% zou een gebied in de Sahara met een oppervlakte van netto ca. 50.000 vierkante kilometer voldoen voor alle energie die in Europa wordt gebruikt. Zie het oranje gebiedje op het kaartje in de Sahara. Dit is exclusief ruimte voor wegen, wonen en werken in het gebied van de zonnecentrale.

En mits het probleem van energieopslag en -transport wordt opgelost. Voor een dergelijke zonnecentrale in Zuid-Europa (bijvoorbeeld Spanje, zie de illustratie) zou grofweg het dubbele oppervlak nodig zijn. Met vanzelfsprekend dezelfde kanttekening m.b.t. logistiek en opslag zoals hiervoor genoemd. Bovendien gaat bij noordelijker gelegen centrales het verschil tussen de seizoenen een grotere rol spelen.

Zonnepanelen op een woning
Een ander groot voordeel van zonnepanelen is het feit dat men elektrische energie kan verkrijgen op plaatsen waar het moeilijk, of onmogelijk is, om elektrische leidingen te leggen.