Bouwen op zonne-energie

Vier innovaties voor zon-PV in gebouwde omgeving

Zonne-energie in Nederland groeit: het aantal zonnepanelen in ons land verdubbelt jaarlijks. Nu zonnepanelen op steeds meer daken prijken, groeit de behoefte aan esthetische, bouwgeïntegreerde oplossingen. Reden voor Agentschap NL om de sector uit te dagen een product te ontwerpen dat zonne-energie beter toepasbaar maakt in de gebouwde omgeving. Het resultaat: vier innovatieve oplossingen.

Tekst: Imke Hamacher, in opdracht van Agentschap NL   

‘We signaleerden de behoefte aan meer bouwgeïntegreerde producten, maar de sector investeerde niet’, vertelt Agentschap NL-adviseur Bert Janson. ‘Dus hebben wij dat gedaan, om de markt een zwengel te geven.’ Vijftig partijen reageerden in 2011 op de aanbesteding van het SBIR-IPZ programma (Small Business Innovation Research – Innovatieprogramma Zonnestroom). Een commissie van experts selecteerde vier projecten om hun product te ontwikkelen, voor een totaalbedrag van 3 miljoen euro. Inmiddels zijn de vier producten marktrijp en hebben bedrijven steeds meer belangstelling voor bouwgeïntegreerde zon-PV.
Volgens Janson zijn de producten veelbelovend voor een betere inpassing van zonne-energie in de gebouwde omgeving. ‘Het zijn innovatieve oplossingen voor knelpunten in de huidige markt. Door schaduw te overwinnen, grootschalige renovatie mogelijk te maken of airco te omzeilen met zon-PV in glas. Ik merk dat er steeds meer interesse is voor zonne-energie, zelfs op monumenten en vanuit de Rijksdienst voor het cultureel erfgoed. Dat zon-PV nu steeds beter geïntegreerd en esthetischer wordt, is dan ook cruciaal voor de acceptatie van zonne-energie op de lange termijn.’      

Zonnestroom- en warmteproductie ineen

Een multifunctionele kunststofmodule die werkt als dakbedekking, warmtecollector én drager voor PV-panelen van verschillende formaten. Het Modular Energy Roof System van Dimark Solar benut zonne-energie een stuk efficiënter door zowel stroom als warmte te leveren en ook energieopslag en koeling mogelijk te maken. Zonne-energie wordt aantrekkelijker, de productie- en installatiekosten goedkoper en de verschillende dakfuncties beter geïntegreerd.

Hein Enneking, directeur van Dimark Solar: ‘Het idee voor de Dimark Module ontstond ruim vijf jaar geleden, maar lange tijd zag het er niet naar uit dat we het konden uitvoeren. De olieprijs zakte zo sterk dat de belangstelling voor zonne-energie totaal wegviel. Niemand wilde in die tijd financieren, dus het winnen van de SBIR-aanbesteding was echt een uitkomst voor de ontwikkeling en het marktrijp maken van dit innovatieve product. Inmiddels staat duurzame energie wél volop in de belangstelling en ook financieel wordt het steeds aantrekkelijker om erin te investeren.’
‘De eerste marktrijpe versie van de Dimark BIPVT (Building Integrated Photovoltaic and Thermal) module is ontwikkeld voor schuine woningdaken. Omdat het systeem modulair en dakvullend gelegd kan worden, is het veel esthetischer dan de gebruikelijke ‘add-on’ systemen. Het is mogelijk om complete dakelementen in de fabriek voor te monteren (prefab) en deze vervolgens in een keer op een woning te plaatsen. Maar ook montage op bestaande daken is mogelijk.’

Combinatie van functies
‘Gecombineerde systemen die zonnestroom én -warmte produceren, worden nog weinig succesvol toegepast. Warmte was lange tijd niet sexy, de focus lag vooral op het opwekken van stroom. Jammer, want het rendement van zonnewarmte is erg hoog. De combinatie van zonnestroom en -warmte in één systeem zorgt voor een dubbele energiewinst en daardoor een snellere terugverdientijd. De modules, exclusief zonneboiler, warmtewisselaar en PV-panelen, moeten uiteindelijk net zo duur worden als gewone dakbedekking. De combinatie van functies en synergie van processen zorgt voor een betere benutting van zonne-energie. Dat maakt dit concept een stuk aantrekkelijker dan enkelvoudige zonnesystemen.’
‘We krijgen veel belangstelling in Nederland, maar ook vanuit Duitsland, Frankrijk en België. De afgelopen twee jaar stonden in het teken van het testen en afstemmen van de maatvoeringen van de modules, zodat het concept en ontwerp optimaal tegemoetkomt aan de wensen van de bouw. In plaats van productgericht heeft Dimark Solar het concept juist klantgericht ontwikkeld, een unicum in deze markt.’
 

Slim en energieopwekkend glas

Het binnenklimaat in gebouwen én de lichtintensiteit in de gevel beheersen zonder een ingewikkelde installatie. De oplossing van Peer+: slim en energieopwekkend glas – Smart Energy Glass – dat enerzijds zon weert en anderzijds energie opwekt uit het tegengehouden licht. Met een afstandsbediening schakel je tussen een lichte en donkere stand. De opgevangen zon wordt omgezet in elektriciteit, waardoor het glas zelfvoorzienend is.  

Teun Wagenaar, medeoprichter van Peer+: ‘De duurzaamheid van het Smart Energy Glass zit hem in het verlagen van de koellast van gebouwen. De zonwering van het glas zorgt voor een lagere binnentemperatuur in gebouwen. Sinds een paar maanden testen we het Smart Energy Glass op de high tech campus van TU/e, afgezet tegen een gebouw met gewone zonwering. Op een warme dag van 32 graden was het in het gebouw met Smart Energy Glass 7 graden koeler; een flink verschil. Hierdoor kan een gebouw 20 tot 30 procent besparen op het energieverbruik voor koeling.’ 
‘Het Smart Energy Glass bestaat uit twee glazen platen met daartussen vloeibare kristallen, een techniek die ook in lcd-schermen zit. Een elektrisch veld tussen de platen zorgt voor een verandering in de oriëntatie van de kristallen, waardoor het glas transparant of juist donker wordt. Het licht dat binnenkomt op het glas wordt naar de zijkant getransporteerd met lichtgeleidende technologie. Daar zitten PV-strips met zonnepaneeltjes die het licht omzetten naar elektriciteit. We stoppen alle ingewikkeldheden in het glas zelf, zodat de installateur er niks van merkt. Het moet simpel blijven: oud glas eruit, Smart Energy Glass erin.’

Zo simpel als lichtpeertje
‘Dankzij het geld van onder andere het SBIR-programma hebben we de eerste onderzoeken en prototypen kunnen financieren. Die hebben onzekerheden weggenomen, waardoor we investeerders konden aantrekken. We hebben nu de eerste lab productielijn gereed om glas te maken voor proefprojecten in kantoren. Grootschalige productie is het volgende doel, nadat we hebben laten zien wat de techniek kan en dat productie mogelijk is.’
‘Uitgangspunt is om Smart Energy Glass even duur te maken als gewoon glas in combinatie met hogere segment zonwering. Uiteindelijk hopen we dat ons glas een standaardtechniek wordt in de bouw- en renovatiemarkt wereldwijd. Net zo simpel als het lichtpeertje van Philips. Zodat we echt iets kunnen doen aan het energieverbruik van gebouwen.’  
 

Zonnepanelen in schaduw optimaliseren

Hoe kunnen we de opbrengst van duurzame energie in de gebouwde omgeving optimaliseren? Uit die vraag is Femtogrid in 2008 geboren: een bedrijf dat slimme elektronica ontwikkelt om de opwek van duurzame energie efficiënter te maken. Het ontwikkelde het Femtogrid Solar System, dat met een power optimizer, inverter, gelijkstroombekabeling en een monitoringportal de opbrengst van zonnepanelen maximaliseert. Dankzij SBIR kon Femtogrid het systeem doorontwikkelen naar een 2.0-versie met een hogere efficiëntie, betere functionaliteit en lagere kostprijs.

Tom Engbers, CEO en medeoprichter van Femtogrid: ‘Veel zonne-installaties bevatten panelen die wel eens in de schaduw liggen, bijvoorbeeld door een schoorsteen, overhangende boom of dak van de buren. Een kwart van de totale zonne-energiemarkt heeft last van zulke systeemobstakels. Wij lossen dit op met de power optimizer, die het rendement maximaliseert van zonnepanelen die in de schaduw liggen. Dit verbetert de opbrengst met maximaal 30 procent, afhankelijk van het type paneel en de installatieplek. Dat betekent lagere kosten en een hogere opbrengst voor de consument.’  
‘In reguliere systemen zijn zonnepanelen in serie geschakeld. Daardoor is het systeem zo sterk als de zwakste schakel. Als één zonnepaneel slechter presteert door schaduw, lijdt het rendement van de hele installatie daaronder. Het Femtogrid Solar System schakelt de panelen parallel, zodat de power optimizer de opbrengst per paneel kan optimaliseren. De inverter zet de opgewekte gelijkstroom om naar wisselstroom, die we invoeden op het net.’
‘De eerste werkende versie was te groot en duur, waardoor vermarkten niet rendabel was. SBIR was een vliegwiel voor doorontwikkeling. In juni 2013 hebben we een add-on systeem gelanceerd. Een zonnepaneelgeïntegreerde versie staat ook hoog op ons lijstje, maar krijgen we vooralsnog niet verkocht. Zonnepaneelfabrikanten staan huiverig tegenover alles wat hun product duurder maakt, ondanks de toegevoegde functionaliteit. Het add-on systeem verkopen we niet aan de fabrikant, maar aan de eindgebruiker. Die wil wél betalen voor extra functionaliteit, want die wil een optimaal systeem. Op de hele investering stelt de extra uitgave dan weinig voor.’
‘Ons doel is om allerlei duurzame energietoepassingen te optimaliseren. Zo zijn we ook betrokken bij de ontwikkeling van een solar road; een energieopwekkend wegdek. De auto is daarin een obstakel dat schaduw veroorzaakt. Dat lossen wij op. We zijn een bedrijf geworden in het omzeilen van obstakels.’
 

Een dak in een dag

Modulair bouwen is de toekomst, als je het Ballast Nedam vraagt. Samen met ketenpartners Kingspan Unidek en Oskomera Power Solutions ontwikkelde het een modulair zonnedak: een volledig in de fabriek gemaakt – prefab – zonnedak dat in één verhuisbeweging op een woning is te installeren. Alle handelingen vinden in de fabriek plaats; van het aanbrengen van zon-PV tot het bedraden en waterkerend maken van het dak. De modulaire dakdekking zorgt voor een lagere kostprijs, en misschien nog wel het belangrijkst: het is mooi.

Wim Kleingeld was namens Ballast Nedam als procesmanager nauw betrokken bij de ontwikkeling van het modulair zonnedak: ‘Een modulair zonnedak lag in het verlengde van de iQwoning van Ballast Nedam, een bijna energieneutraal huis dat uit betonnen modules bestaat en grotendeels in de fabriek gemaakt wordt. Een modulair zonnedak past daar goed bij, maar het kan ook op ieder ander huis gemonteerd worden, zowel nieuwbouw als renovatie. Dat kwam tegemoet aan de vraag van SBIR.’
‘Het modulair zonnedak is schuin, maar kan ook op een platdak geplaatst worden. Dan heb je een extra zolder. Voorwaarde is wel dat meerdere huizen meedoen met het zonnedak. Eén dak vervangen in een rij woningen is technisch lastig en niet rendabel. Daarom is het modulair zonnedak vooral gericht op grootschaliger projectmatige ontwikkeling van meerdere woningen door coöperaties en vastgoedontwikkelaars.’    
‘Eén van de belangrijkste redenen om een compleet modulair zonnedak te ontwikkelen, was dat het esthetisch is. Losse zonnepanelen op een pannendak zien er niet mooi uit. Daarnaast moest het een marktconform product worden. De prefab modulaire constructie van het dak bespaart veel kosten. In de bouw zijn veel tijdsgebonden kosten gemoeid met partijen die op elkaar moeten wachten. Met een prefab constructie in de fabriek heb je daar weinig last van. En je bent niet weersafhankelijk.’
‘Dat het dak in één keer vervoerd wordt, bespaart CO2-uitstoot op transportbewegingen. Het vervoer stelt enigszins beperkingen aan de toegestane breedte van het dak, dus bestaat het meestal uit twee onderdelen. Zorgen voor een waterdichte ontmoeting van die verschillende delen was technisch het meest pittig aan de ontwikkeling, maar is uiteindelijk gelukt. Momenteel staat er een proefopstelling op het terrein van Kingspan Unidek, de bedoeling is dat komend jaar het eerste dak de lucht in gaat.’
 

Haal meer uit duurzame energie

Duurzame energie opwekken zorgt voor minder afhankelijkheid van fossiele energie én een goed imago. Dat geeft partijen een streep voor op de concurrent – bijvoorbeeld in aanbestedingen met duurzaamheidseisen. Kiezen voor duurzame energie leidt tot meer continuïteit en een lagere energierekening. Denkt u na over investeren in energie uit zon, biomassa, wind, bodem of water? Agentschap NL, uitvoeringsorgaan van het ministerie Economische Zaken, helpt u op weg . Kijk op www.agentschapnl.nl/duurzameenergie.