Zonneschijn die op schooldaken en campussen in het hele land spat, is een onderbenutte bron die kan helpen elektriciteitsrekeningen te laten krimpen, suggereert nieuw onderzoek.
Zonnepanelen zorgen voor schaduw en energie op Casey Middle School in Boulder, Colorado. (Image credit: Dennis Schroeder / NREL)
De studie, gepubliceerd in het aprilnummer van het peer-reviewed tijdschrift Environmental Research Letters, toont aan dat het benutten van alle levensvatbare ruimte voor zonnepanelen scholen in staat zou kunnen stellen om tot 75 procent van hun elektriciteitsbehoeften te voorzien en de koolstofvoetafdruk van de onderwijssector met maar liefst 28 procent te verminderen.
Tegelijkertijd zouden zonnepanelen scholen kunnen helpen om de stekker uit netten te trekken die worden gevoed door aardgas- en kolencentrales die fijnstof, zwaveldioxide en stikstofoxiden produceren – luchtverontreinigende stoffen die kunnen bijdragen aan smog en zure regen, evenals ernstige gevolgen voor de gezondheid, waaronder hartaanvallen en verminderde longfunctie. “Dit is een actie die we kunnen ondernemen die het milieu en de menselijke gezondheid op een echte, zinvolle manier ten goede komt,” zei Stanford-gedragswetenschapper Gabrielle Wong-Parodi, een auteur van de studie.
Nieuwe zonneprojecten kunnen gemakkelijk naar beneden glijden op de prioriteitenlijst in een tijd van wijdverspreide protesten van leraren die oproepen tot meer schoolfinanciering, kleinere klassen en hogere lonen. Maar het Amerikaanse ministerie van Energie schat dat K-12 scholen meer dan $ 6 miljard per jaar uitgeven aan energie, en in veel districten komen de energiekosten op de tweede plaats na de salarissen. In het hoger onderwijs lopen de jaarlijkse energiekosten op tot meer dan $ 14 miljard.
De huidige paper suggereert dat investeringen in de juiste zonneprojecten – met de juiste stimulansen van staten – het broodnodige geld in de begrotingen van scholen kunnen vrijmaken. “Scholen betalen toch al voor elektriciteit,” zei Wong-Parodi, een assistent-professor in de wetenschap van het aardsysteem aan Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth). “Dit is een manier, in sommige gevallen, dat ze hun kosten kunnen verminderen. Als er een korting of een subsidie is, kan het sneller gebeuren.”
Over het hoofd geziene voordelen
Onderwijsinstellingen zijn goed voor ongeveer 11 procent van het energieverbruik van Amerikaanse gebouwen en 4 procent van de koolstofemissies van de natie. Maar terwijl het potentieel van zonnepanelen op huizen en bedrijven op grote schaal is bestudeerd, heeft eerder onderzoek schoolgebouwen grotendeels overgeslagen.
De nieuwe schattingen zijn gebaseerd op gegevens voor 132.592 scholen, waaronder meer dan 99.700 openbare en 25.700 particuliere K-12-scholen, evenals bijna 7.100 hogescholen en universiteiten. De onderzoekers begonnen met het schatten van het dakoppervlak dat beschikbaar is voor zonnepanelen op elke instelling, de elektriciteitsopbrengst per uur gegeven de hoeveelheid zonneschijn op de site en de elektriciteitsvraag per uur van elke instelling.
Niet verrassend, de studie vindt drie grote, zonnige staten – Texas, Californië en Florida – hebben het grootste potentieel voor het genereren van elektriciteit uit zonnepanelen op schooldaken, met bijna 90 procent van de instellingen die ten minste enige dakruimte hebben die geschikt is voor installaties. Ondertussen zullen inwoners van staten in het middenwesten, waaronder Wisconsin en Ohio, de grootste reductie zien in belangrijke luchtverontreinigende stoffen – en kosten in verband met het aanpakken van gerelateerde gezondheidseffecten – als scholen overschakelen van het elektriciteitsnet naar zonne-energie.
Naast meetbare effecten op luchtverontreiniging en elektriciteitsrekeningen, kunnen zonne-installaties ook nieuwe leermogelijkheden bieden voor leerlingen. Sommige scholen gebruiken de gegevens van hun zonne-energiesystemen al om leerlingen bijvoorbeeld te helpen met breuken, of uit de eerste hand te zien hoe het verschuiven van paneelhoeken de stroomproductie kan beïnvloeden. “Het neemt dit abstracte idee van hernieuwbare energie als iets dat de uitstoot van broeikasgassen kan verminderen en brengt het thuis,” zei Wong-Parodi.
Grote besparingen
Volgens de studie is het voor onderwijsinstellingen in geen enkele staat economisch haalbaar om zonnestroomsystemen op daken rechtstreeks aan te schaffen. In plaats daarvan kunnen de projecten financieel zinvol zijn voor scholen als ze een contract sluiten met een bedrijf om het systeem te installeren, te bezitten en te exploiteren en elektriciteit te verkopen aan de school tegen een vast tarief.
In het hele land zouden de voordelen die voortvloeien uit een algemene stimulans voor zonne-installaties op schoolgebouwen volgens de onderzoekers wel $ 4 miljard per jaar waard kunnen zijn, als ervan wordt uitgegaan dat elke ton koolstof die in de lucht vrijkomt de maatschappij $ 40 kost en de waarde van een statistisch mensenleven – op de manier waarop regelgevers en economen dat berekenen – wordt geschat op $ 10 miljoen. De geschatte baten omvatten de kosten van vroegtijdige sterfgevallen en andere gezondheidseffecten in verband met luchtvervuiling door elektriciteitscentrales.
De schattingen van de groep houden geen rekening met milieu- en gezondheidseffecten die verband houden met internationale mijnbouw en transport van grondstoffen, of met de productie en verwijdering van zonnepanelen. Een dergelijke holistische visie, schrijven ze, “kan heel andere resultaten opleveren.”
Nu inzoomen op waarschijnlijke effecten binnen de Verenigde Staten, concluderen de onderzoekers dat bijna alle staten waarde zouden kunnen oogsten van school zonne-energieprojecten veel groter dan het bedrag dat ze uitgeven aan subsidies en kortingen. De studie toont aan dat dit waar is, zelfs wanneer rekening wordt gehouden met de typische kosten voor installatie, onderhoud, werking en routinematige vervanging van hardware.
“Er is een argument voor het verhogen van het niveau van stimulansen om de adoptie van zonnepanelen door de onderwijssector te vergroten,” zei studieauteur Inês Azevedo, die het Center for Climate and Energy Decision Making van Carnegie Mellon University mede leidt en in juli 2019 de faculteit van Stanford Earth zal vervoegen.
Californië en New York zijn echter uitzonderingen. In die twee staten concludeerden de onderzoekers dat de momenteel beschikbare kortingen groter zijn dan de financiële, gezondheids-, milieu- en klimaatveranderingsvoordelen die aan de samenleving worden geboden door zonne-energiesystemen op daken van scholen – althans tegen de huidige prijzen voor het compenseren van koolstofemissies via andere middelen.
“Californië en New York doen fantastisch werk met het stimuleren van zonne-energie, maar we zien nog steeds geen 100 procent penetratie,” zei Wong-Parodi. “Een goed gebruik van hun tijd en middelen kan zijn om alle scholen te evalueren die het nog niet hebben, en proberen te begrijpen waarom.”
Wong-Parodi is ook een Center Fellow aan het Stanford Woods Institute for the Environment. Co-auteurs Nichole Hanus en Parth Vaishnav zijn verbonden aan de Carnegie Mellon University. Co-auteur Naïm Darghouth is verbonden aan het Lawrence Berkeley National Laboratory.
Het onderzoek werd gesteund door de National Science Foundation, Carnegie Mellon University en het National Renewable Energy Laboratory.
Om alle verhalen over Stanford-wetenschap te lezen, kunt u zich abonneren op het tweewekelijkse Stanford Science Digest.