Techno-economische vergelijking van groene waterstofproductie met vaste en volgbare PV-systemen: een geïntegreerde PVsyst–MATLAB-analyse

Zonlicht omgezet in schone brandstof

Veel landen met veel zonlicht zoeken naar manieren om dat licht om te zetten in schone brandstof die fabrieken, vrachtwagens en zelfs hele steden kan aandrijven zonder koolstofvervuiling uit te stoten. Deze studie onderzoekt hoe zonnepanelen het beste kunnen worden ingezet om groene waterstof te produceren, een brandstof die uit water wordt gewonnen met hernieuwbare elektriciteit. Door twee veelvoorkomende montageopties te vergelijken—één vast en één die de zon volgt—tonen de onderzoekers welke opstelling meer waterstof levert tegen lagere kosten voor een zonnige regio als Kandahar in Afghanistan.

Twee manieren om de zon te vangen

De kern van het werk is een vergelijking naast elkaar van twee zonne-energiesystemen die een industriële unit voeden, een elektrolyser, die water splitst in waterstof en zuurstof. In het ene systeem zijn de zonnepanelen vast op een bepaalde hellingshoek gemonteerd. In het andere bewegen de panelen op een dual-axis volgsysteem zodat ze de hele dag naar de zon kunnen wijzen. Beide systemen hebben dezelfde piekcapaciteit, 10 kilowatt, en beide leveren hun elektriciteit rechtstreeks aan een waterstofunit die alleen draait wanneer de zon sterk genoeg schijnt. Dat maakt de vergelijking eerlijk en realistisch voor afgelegen, zelfstandige groene-waterstofprojecten zonder netback-up.

Digitaal tweelingmodel van een zonne-waterstoffabriek

Om de prestaties in detail te begrijpen bouwen de auteurs een digitale tweeling van de volledige keten van zonlicht tot waterstof. Ze gebruiken een gespecialiseerd ontwerpsoftwarepakket voor zonne-energie om te berekenen hoeveel elektriciteit elk zonne-opstel in Kandahar zou produceren, uur voor uur over een heel jaar, rekening houdend met lokale zoninstraling, temperaturen en systeemverliezen. Die elektriciteitsprofielen worden vervolgens ingevoerd in een tweede model in MATLAB, dat het vermogen omzet in waterstofoutput en de kosten over de levensduur van de installatie optelt. Deze gecombineerde aanpak maakt het mogelijk te volgen hoe ontwerpkeuzes aan de zonnestroomzijde doorwerken naar brandstofproductie, algehele efficiëntie en kosten per energiek eenheid.

Meer bewegende onderdelen, veel meer energie

De simulaties laten zien dat in een helder klimaat zonvolging zich sterk uitbetaalt. Terwijl de vaste panelen ongeveer 11.253 kilowattuur per jaar produceren, bereikt het volgsysteem ongeveer 15.300 kilowattuur, een toename van 36% bij dezelfde nominale omvang. De bewegende panelen vangen op meer uren van de dag nuttig zonlicht op in zowel winter als zomer, waardoor de elektrolyser langer en gelijkmatiger kan draaien. Als gevolg daarvan stijgt de jaarlijkse waterstofproductie van circa 240 kilogram met vaste panelen naar ongeveer 320 kilogram met volgers, ondanks dat het mechanische systeem iets complexer is en marginaal hogere interne verliezen kent.

Kosten en CO2-voetafdruk vergeleken

Extra mechaniek maakt het volgsysteem duurder om te bouwen en te onderhouden, maar de extra energie die het oplevert compenseert dit op termijn ruimschoots. Wanneer alle investeringen, onderhouds- en vervangingskosten worden uitgespreid over de totale levensduuroutput, komt de kostprijs van elektriciteit van vaste panelen uit op ongeveer 4,8 cent per kilowattuur, terwijl volging dit terugbrengt tot circa 3,6 cent. Aan de brandstofkant daalt de kostprijs van groene waterstof van ongeveer $5,82 per kilogram bij vaste panelen naar ongeveer $4,37 per kilogram bij volging. Omdat het volgsysteem meer schone elektriciteit genereert, voorkomt het ook meer koolstofemissies per jaar, bijna 5 metrische ton CO2 vergeleken met circa 3,6 metrische ton voor de vaste opstelling.

Wat dit betekent voor zonnige regio’s

Voor lezers die zich afvragen hoe we zonlicht kunnen opslaan en verplaatsen waar het nodig is, biedt deze studie een duidelijke boodschap. In gebieden met sterke en stabiele zonnebronnen kan het gebruik van volgbare zonnepanelen om waterstof uit water te maken meer brandstof leveren tegen lagere langetermijnkosten, terwijl het meer koolstofvervuiling voorkomt dan eenvoudigere vaste-paneelsystemen van dezelfde omvang. Hoewel volgers hogere aanvangsinvesteringen en zorgvuldiger ontwerp vereisen, maken ze efficiënter gebruik van elke vierkante meter land en elke geïnvesteerde dollar. Voor beleidsmakers en planners in zonnige ontwikkelingsregio’s suggereren de bevindingen dat slimme, bewegende zonneparken gekoppeld aan waterstofunits een praktische ruggengraat van toekomstige schone energiesystemen kunnen vormen.

Bronvermelding: Irshad, A.S., Hilali, A., Ahmadullah, A.B. et al. Techno-economic benchmarking of green hydrogen production using fixed and tracking PV systems: a PVsyst–MATLAB integrated analysis. Sci Rep 16, 15620 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46077-w

Trefwoorden: groene waterstof, zonnevolging, fotovoltaïsche systemen, energie-economie, CO2-mitigatie