Stroom op de daken; Zonnecellen steeds meer geïntegreerd in woningbouw

Zonnecellen zijn inmiddels zo populair in de woningbouw dat fabrikanten ze niet aangesleept krijgen. En door technische aanpassingen blijft het rendement van de cellen stijgen. Je kunt ze bijvoorbeeld koelen, dat scheelt vijf procent.

HET ENIGE INTERESSANTE in Mataró, een stadje op ongeveer een uur rijden van Barcelona, is de bekleding van de Pompeu Fabra bibliotheek. Aan de voorkant is het gebouw bedekt met 225 vierkante meter aan zonnepanelen. Het zonlicht dat ze opvangen wordt omgezet in elektriciteit waarmee de ventilatiesysteem van het gebouw wordt aangedreven. Daarnaast laten de semitransparente panelen nog 14 procent van het zonlicht door de achtergelegen hoge ramen vallen. Voldoende om geen kunstlicht in de bibliotheek te hoeven gebruiken.

De panelen zijn verticaal aangebracht. Dat is opmerkelijk. Meestal staan ze onder een hoek van 37 graden zodat het zonlicht optimaal op de cellen valt. Het verlies aan rendement van deze verticale stand is goed gemaakt door de cellen te koelen met lucht die door een spouw aan de achterkant van de zonnepanelen naar boven stroomt.

Koeling van zonnecellen, het klinkt tegenstrijdig. Het heeft te maken met de paradox van zonnecellen: ze hebben weliswaar zonlicht nodig als energiebron, maar door de instraling stijgt de temperatuur in zonnecellen soms wel tot 80 ß8C. Een gemiddelde monokristallijne zonnecel zet bij 65 ß8C slechts elf procent van het zonlicht om in elektriciteit. Ongeveer tien procent gaat verloren door reflectie, bijna tachtig procent door het opwarmen van het zonnepaneel. “Door koeling krijg je een rendementsverbetering van vijf procent,” legt dr. Antoni Lloret uit. “De warme lucht verdwijnt 's zomers de lucht in, maar 's winters gebruiken we die voor de verwarming van het gebouw, wat leidt tot een energiebesparing van dertig procent.”

Lloret is verbonden aan het Laboratoire de Physique des Interfaces et des Couches Minces van de Ecole Polytechnique in Palaisseau, vlakbij Parijs. Rond 1990 onderzocht hij de mogelijkheid om daken van auto's te voorzien van zonnecellen. De daarmee opgewekte elektriciteit zou voor de koeling van het interieur moeten dienen, een aantrekkelijke oplossing voor situaties waarbij een auto lang in de zon geparkeerd staat. Uit dit project groeide de gedachte dat een dergelijk concept ook toepasbaar zou zijn voor het ventileren van gebouwen.

Om het functioneren van de façade te kunnen vergelijken met zonnecellen zonder koeling, heeft Lloret vier rijen zonnepanelen van elk 94,5 vierkante meter op het zaagtanddak van de bibliotheek geplaatst. De panelen op het dak zijn opgebouwd uit diverse typen cellen: monokristallijne, polykristallijne en amorfe cellen. Bovendien zijn ze afkomstig van verschillende fabrikanten. Ook de converters, die de laagspanning omzetten in 100 volt wisselstroom, zijn verschillend. In totaal hebben de zonnepanelen een piekvermogen van 53 kilowatt, naar schatting 25 procent meer dan de te verwachte vraag naar stroom.

Uit een monitoring-onderzoek, dat de Universiteit van Barcelona heeft verricht, blijkt dat er gemiddeld veertig procent van de opgewekte energie verloren gaat. Volgens Lloret, die de resultaten enkele weken geleden presenteerde tijdens de European Photovoltaic Solar Energy Conference in Barcelona, is dit geen slechte prestatie gezien de huidige stand van de technologie. Tien procent van het verlies komt op rekening van de bekabeling, de converters eisen eenzelfde percentage op, de rest is een optelsom van diverse kleine verliesposten. Lloret denkt die verliezen in de toekomst verder te kunnen verminderen. Waar hij zich echter zorgen over maakt, is het vandalisme. Hij wijst op één van de zonnepanelen waar een grote barst in zit. “We hadden gelaagd glas besteld, maar dat beschermt kennelijk niet genoeg als je er een steen hard tegenaan gooit. Als we hadden gerealiseerd dat dit zou gebeuren, zouden we de panelen hoger hebben aangebracht. Nu is dat te laat.”

VLUCHT

De belangstelling voor geïntegreerde toepassingen van fotovoltaïsche zonnecellen (PV) in de gebouwde omgeving, zoals die van Mataró, neemt de laatste jaren een grote vlucht. “De centrale elektriciteitsopwekking met zonnecellen betekent dat de energie direct beschikbaar is voor de gebruiker,” stelde ir. T. Schoen tijdens de conferentie in Barcelona. “Dit leidt tot minder verliezen tijdens het transport en de distributie, maar ook tot het vermijden van de kosten van de aansluiting op het elektriciteitsnet.” Schoen, verbonden aan het in Utrecht gevestigde adviesbureau Ecofys, sprak in Barcelona als projectleider van Task VII van het International Energy Agency (IEA). Het onlangs opgestarte vijf jaar durende programma, waaraan 14 landen deelnemen, richt zich op het verbeteren van de architectonische en technische kwaliteit van zonnecellen in de gebouwde omgeving en beoogt de economische levensvatbaarheid te vergroten. Ondanks het feit dat zonnecellen nu nog relatief duur zijn, voorziet Schoen een drastische kostprijsverlaging in de komende jaren: “Over de gehele wereld zijn grote programma's in uitvoering om de toepassing van de fotovoltaïsche zonnecellen die geïntegreerd zijn in gebouwen, te verbeteren.” Scoen noemt drie grote voorbeelden: het Japanse New Sunshine Programme heeft een '70.000 daken' plan, dat zich richt op een snelle kostprijsreductie door het vergroten van de productie. In de Verenigde Staten heeft Clinton een '1 miljoen daken' programma aangekondigd, en de Europese Unie streeft naar 500.000 daken met zonnecellen. En in Nederland kwam onlangs een convenant tot stand dat zich richt op de realisatie van een piekvermogen van 7 megawatt in 2000 en de daaropvolgende realisatie van 100.000 daken in het jaar 2010. In de Amersfoortse wijk Nieuwland is onlangs het grootste zonnecelproject in Nederland van start gegaan. Het levert een totaal vermogen van 1 MW op.

De zonnecelfabrikanten mogen wel snel inspelen op deze ontwikkeling. Want de huidige, relatief geringe productiecapaciteit heeft ertoe geleid dat de vraag naar zonnecellen wereldwijd veel hoger ligt dan het huidige aanbod. En die situatie leidt weer tot prijsopdrijving, terwijl het de bedoeling was dat de trend nu juist de andere kant op ging.