Deze bonte verzameling systemen van SolarBEAT zijn de toekomst van gebouw-geïntegreerde zonne-energie

In 2022 groeide het vermogen van zonnepanelen op de Nederlandse daken met dertig procent. Een “historische groei” aldus brancheorganisatie Netbeheer Nederland. Goed nieuws, want een klimaatneutraal Nederland in 2050 komt steeds dichterbij.

Maar, die enorme groei levert ook vragen op, waarvan de voornaamste de capaciteit van het stroomnet is. Want op de momenten dat de zon schijnt wordt er volop energie gewonnen, maar gebruiken huishoudens vaak ook minder stroom. Er wordt dan dus veel stroom aan het net geleverd. Zo komt het voor dat zonnepanelen (tijdelijk) worden uitgeschakeld, omdat de elektriciteit niet verwerkt kan worden. En dan is er ook nog het esthetische aspect: willen we zwarte panelen op al onze gebouwen?

Bonte verzameling zonnesystemen

De integratie van zonnepanelen in, op en aan gebouwen die de energie direct verbruiken, kan een oplossing zijn voor bovenstaande vraagstukken, vinden ze bij onderzoekscentrum SolarBEAT. Daarom prijkt er sinds 2014 op het dak van het Vertigogebouw op de TU/e campus een bonte verzameling aan zonnesystemen. Denk aan zonneramen, zonnegevels, PV-balkonhekken of zonnedakpannen.

“De energietransitie heeft ruimte nodig en er is in Europa misschien wel geen ander land waarin de ruimte zo beperkt is als in Nederland. We moeten zonnepanelen dus wel integreren in onze gebouwen. Dat is een noodzaak, maar het maakt ons ook koploper. We zijn hier gedwongen om gekke trucs uit te halen met onze gebouwen (lacht), willen we de klimaatdoelen halen. Dat maakt mijn werk zo interessant”, vertelt zonne-energie-expert Roland Valckenborg. Hij is projectleider bij SolarBEAT (Solar Building Elements Application Testing).

De faciliteit ondersteunt de ontwikkeling, het testen en het monitoren van innovatieve zonnepanelen en thermische zonnecollectoren. Het outdoor laboratorium beschikt over meer dan duizend sensoren die meten hoe systemen presteren en is binnen haar categorie een van de grootste testfaciliteiten in Europa. Valckenborg: “Het ene bedrijf wil bijvoorbeeld weten hoeveel zonne-energie hun panelen opleveren bij lage instraling van de zon, de ander wil weten of zijn dak nog steeds waterdicht is als hij er zonnepanelen op legt. In een ideaal scenario loopt een project een heel jaar, zodat je alle seizoenen en omstandigheden een keer meepakt.”

Panelen in alle kleuren (en vormen) van de regenboog

Aan de esthetische bezwaren tegen een land vol donkere zonnepanelen wordt op de testfaciliteit volop gewerkt. Zo was een rood zonnepaneel vijf jaar geleden al heel wat, inmiddels kun je zonnepanelen – net als verf in de bouwmarkt – op kleurcode bestellen. “De technologie is inmiddels zo ver dat het verschil tussen de opbrengst van lichte en donkere panelen erg klein is”, vertelt Valckenborg.

Ook is er steeds meer vormvrijheid. De technologie is lichter, dunner en kleiner geworden. Op SolarBEAT wordt volop geëxperimenteerd met afwijkende vormen. “Dat levert niet per definitie de meeste kilowatturen op, maar het is ook belangrijk dat het gebouw er esthetisch mooi uit blijft zien. Het is onze missie om te laten zien dat er heel veel mogelijk is bij het energieneutraal maken van gebouwen. Dat laten we op locatie zien tijdens rondleidingen, maar die boodschap willen we ook op publieke plekken meegeven.”

Opslag

Er worden grote problemen voorzien wat betreft de capaciteit van het stroomnet. Ook daar wordt bij SolarBEAT aan gewerkt. Valckenborg: “We doen onderzoek met meerdere opslagsystemen. Dat kan een batterij zijn voor elektrische opslag of buffervaten voor thermische opslag die de belasting op het net verlichten.”

Een van de projecten die aankomende zomer haar systeem gaat installeren, is Cellcius. Deze TU/e en TNO spin-off ontwikkelt een zoutbatterij waarin huishoudens wind- en zonne-energie kunnen opslaan. Binnen de infrastructuur van SolarBEAT gaat het bedrijf de batterij testen binnen een totaal systeem. “Wij bootsen een huishouden van vier personen na, dat bijvoorbeeld om zeven uur ’s ochtends opstaat, doucht, naar werk en school gaat, en ’s avonds weer thuiskomt. We meten de temperatuur van het dummyhuis, het stroomverbruik, de warmtestromen. Zo kan Cellcius het product optimaliseren en klaarmaken voor de markt.”

Spin-outs

Voor Cellcius duurt dat nog even, maar de lichtgewicht zonnepanelen van Solarge zijn na vier jaar testen nu klaar om verkocht te worden. Waar niet alle daken de reguliere panelen kunnen dragen, zijn de zonnepanelen van Solarge geschikt voor alle daken. Het bedrijf heeft op SolarBEAT onderzoek gedaan naar de bouwkundige eisen voor het lichtgewicht paneel. Ook is de opbrengst geoptimaliseerd door diverse varianten van de PV-cellen te testen. Over een aantal maanden openen ze hun fabriek.

Warmte absorberende gevels moeten helpen om ook oude huizen energiezuinig te maken
Calosol ontwikkelde een technologie waarmee geveloppervlakte kan worden ingezet voor het winnen van zonne-energie of warmte.
Op het dak van het Vertigogebouw staat ook een klein huisje met groene gevelpanelen van Calosol en een warmtepomp. De gevelpanelen zijn zonnecollectoren die uitgevoerd kunnen worden in elke mogelijke kleur en met patronen erop. Overdag als de zon schijnt, fungeren de panelen als klassieke zonnecollectoren die water opwarmen. ’s Nachts en overdag als de zon niet schijnt, ondersteunen de panelen de warmtepomp – die zo op een veel hoger rendement kan draaien. “Het onderzoek van deze totale zonne-energiesystemen, dus warmtepompen, opslag, en zonnepanelen en -collectoren, wordt de komende jaren steeds belangrijker”, aldus Valckenborg.

Een andere ontwikkeling die op het laboratorium getest wordt, is energieopwekking via zonneramen. Nu zijn de panelen nog zichtbaar in de vorm van streepjes, maar Pilkington onderzoekt bij SolarBEAT of dit ook onzichtbaar kan.

Meten is weten

Het Eindhovense outdoor laboratorium beschikt over de meest moderne apparatuur waarmee alle mogelijk denkbare scenario’s getest kunnen worden. Valckenborg: “Op verzoek kunnen we alles meten. Flappert een paneel in de wind? Wat is de temperatuur binnenin het systeem? Wat is de opbrengst bij diffuse zoninstraling? Hoe kan de opbrengst van een warmtepomp significant verbeterd worden door een slim systeem te bouwen met zonnecollectoren?”

Naast professionele meetapparatuur beschikt SolarBEAT over een kleine tien jaar aan expertise in het vakgebied van gebouw-geïntegreerde zonne-energie. “Die expertise is cruciaal voor de energietransitie wereldwijd. Het is geen vraag of gebouw-geïntegreerde zonne-energie nodig is, maar hoeveel verschillende zonne-energie systemen er de komende decennia op de markt komen die passen bij een specifiek marktsegment in de bouw. Dat zullen eerder honderden verschillende systemen zijn, dan tientallen”,  besluit Valckenborg.