Zonnepanelen op ramen, gevels en daken

Zonnepanelen in ramen

Als je zonnepanelen in ramen kunt verwerken, gaat er een wereld aan mogelijkheden open. Je moet echter wel zorgen dat het raam transparant blijft en dat is een uitdaging. De juiste balans is daarbij belangrijk. De oplossing hebben we gevonden in zonneramen: een licht getinte ruit, die behoorlijk wat zonne-energie opwekt, maar ook zonlicht doorlaat (zie afbeelding).

Energie opwekken met zonneramen

Voor zonneramen gebruiken we dunnefilm-zonnecellen, en dan vooral van het materiaal perovskiet. Het doel is glas dat minstens 20 procent zonlicht binnenlaat terwijl minimaal 10 procent wordt omgezet in zonnestroom. De ramen kunnen zo bijvoorbeeld bijdragen aan het energieneutraal maken van gebouwen.

Bestaand prototype

We hebben een werkend prototype glasraam ontwikkeld dat zonne-energie opwekt. Samen met bedrijven in de bouw en glasindustrie ontwikkelen we dit verder zodat het de markt op kan. Het prototype is 10 bij 10 centimeter, met een efficiëntie van 5 procent. Als we 50 procent van het materiaal weghalen, blijft 40 procent van de opbrengst behouden. Binnen 2 jaar willen we de 5 procent efficiëntie verbeteren tot 10 procent, zonder in te leveren op esthetiek en doorlatendheid.

Zonnepanelen op gevels

Niet alleen ramen, maar ook gevels willen we geschikt maken om energie op te wekken. Er is in Nederland in totaal zo’n 2.200 vierkante kilometer aan geveloppervlak, waarvan 660 vierkante kilometer geschikt is voor het opwekken van zonne-energie. Bij elkaar kan hier een vermogen van 58 gigawattpiek op geïnstalleerd worden. Om dat in perspectief te zetten, in 2022 was het vermogen van alle zonne-energie-installaties in Nederland 18,8 gigawattpiek. We werken aan een revolutionair product voor op de markt, samen met bouwbedrijven en fabrikanten, met kansen voor de nationale en internationale markt.

Mooi en nuttig

De afgelopen jaren ontwikkelden we in het Dutch Solar Design-project met partners technologie die dit mogelijk maakt. We letten hierbij op esthetiek en duurzaamheid. Zo zijn fantasieloze gevels van oude flatgebouwen om te toveren tot fraai ogende wanden die energie opwekken. We willen dat binnen afzienbare tijd de zonnepanelen die energie opwekken even duur zijn als de meest gangbare materialen in de bouw. Zo krijgen we huizen en gebouwen versneld energieneutraal.

Voorbeelden van zonnecellen op gevels

De nieuwe generatie zonnepanelen is zo flexibel dat je eindeloze mogelijkheden hebt in formaat, vorm en kleurpatroon. Een aantal situaties waarin zonnepanelen op gevels zijn geplaatst:

• Een afbeelding gevormd door esthetische zonnepanelen van mat glas, op een betonnen huisje langs het spoor, bij treinstation Naarden-Bussum (zie afbeelding)
• Esthetische zonnepanelen op de gevel van het hoofdkantoor van BAM, waarbij gekozen is voor een baksteenpatroon dat naadloos aansluit op de gevel zelf.
• Zonnepanelen gemonteerd in oude luchtinlaten, tegen de gevel van Shell Technology Centre aan het IJ in Amsterdam.

Voordeel van de nieuwste zonnepanelen

De variatie aan maten, vormen, kleuren en transparantie van zonnepanelen waar we aan werken kan de opbrengst per paneel verminderen. Maar daar tegenover staat dat ineens veel meer oppervlakken in de gebouwde omgeving zonne-energie kunnen opwekken. Zo kan de totale hoeveelheid opgewekte energie sterk toenemen.

Zonnepanelen op daken

Nederland heeft zo’n 800 vierkante kilometer aan daken vrij voor zonnepanelen. Pas 5 procent van alle daken wordt daarvoor nu gebruikt. En dat terwijl we alleen maar meer elektriciteit gaan gebruiken in onze woningen en voertuigen. Er is dus nog volop potentie.

Niet altijd mogelijk

De helft van de beschikbare daken is commercieel vastgoed of is een agrarisch dak. Maar niet alle daken zijn geschikt. Ook is het gewicht van standaard zonnepanelen vaak te hoog voor het draagvermogen van het dak, of zijn de panelen vanuit esthetisch oogpunt niet wenselijk. Daarom werken we aan oplossingen voor lichtere, mooiere, goedkopere en eenvoudigere constructies.

Vormgeving

We doen die innovaties samen met bedrijven. Deze ‘mass customization’ zorgt dat zonnecellen snel, flexibel en betaalbaar in oppervlakken en objecten kunnen worden verwerkt. Van zonnedaken en gevels tot op auto’s. We hebben daarvoor een onderzoeks-productielijn gebouwd. Die staat model voor een nieuwe generatie fabrieken die flexibele halffabricaten met zonnestroom gaat produceren.

Nieuwe bedrijvigheid

Ook zijn variatie in vorm, maat en kleur belangrijk voor bredere acceptatie van zonnepanelen. Zodat het de creatieve vrijheid van de architect niet belemmert. Deze innovatieve oplossingen zorgen bovendien voor nieuwe marktcombinaties en bedrijvigheid. Denk aan kansen voor bouwbedrijven, leveranciers, machinebouwers en installateurs.

Zonne-energie omzetten in warmte

Het is gebruikelijk om de zonne-energie die wordt opgewekt via daken, ramen en gevels om te zetten in elektriciteit. Maar een andere mogelijkheid is het gebruiken van zonnecollectoren die zonlicht omzetten in warmte. Zonnewarmte kan op termijn zorgen voor ongeveer een kwart van de nodige warmte in Nederland. Wel is daarvoor seizoensopslag nodig, om in de zomer gewonnen warmte in warmtebatterijen op te slaan voor de winter.

Nieuwe systemen

We werken samen met marktpartijen aan innovaties in fotovoltaïsch-thermische systemen (pvt-systemen). Onder andere om deze beter en betaalbaarder te maken. Pvt-systemen op daken in combinatie met een warmtepomp kan een deel van de gebouwde omgeving energieneutraal maken.

Belangrijke bron van warmte

Zonnewarmte kan voorzien in 10 procent van de totale warmtevraag van de gebouwde omgeving, utiliteit, landbouw en industrie. We deden onderzoek naar het gebruik van zonne-energie als warmtebron. De knelpunten en concrete aanbevelingen om zonnewarmte optimaal te benutten lees je in een verkennende studie.

Kleur en formaat

Uit eerder onderzoek blijkt dat pvt-modules in kleurpatroon en formaat optisch mooi moeten aansluiten bij het gebouw. Dan wordt het energieneutraal maken van de gebouwde omgeving een goede marktkans voor pvt. Dit hebben we gedemonstreerd bij esthetische gevels met zonnemodules en met een warmte-absorberende verf op gevelelementen.

Pvt-systemen testen

We hebben 3 pvt-systemen ontworpen, samen met de Technische Universiteit Eindhoven en een groot aantal bedrijven. Dit deden we op onze onderzoekslocatie SolarBEAT. De systemen zijn vervolgens gebouwd en in labomgeving gesimuleerd getest. Met de resultaten hieruit rekenen we de businesscase van pvt-systemen door.