Praktijkproef ramen met zonnecellen van start

| Door IVVD aj

Foto: Jonathan VosDoor het raam naar buiten kijken terwijl datzelfde raam elektriciteit opwekt. Toekomstmuziek of anno 2017 al realiteit? Op de campus van de KU Leuven onderzoeken Vlaamse en Nederlandse wetenschappers en ondernemers de potentie van ramen die uitgerust zijn met zonnecellen. ‘Het onderzoek is cruciaal om te weten hoe je in de toekomst deze producten kunt verkopen’, aldus Bennie Pekel van het Schoonebeekse bedrijf Sanko Solar.

Sanko Solar heeft als onderdeel van het Europese innovatieproject PV OpMaat de ramen met zonnecellen – oftewel PV-ramen –beschikbaar gesteld aan de onderzoekers van KU Leuven. Hiertoe heeft Sanko Solar samengewerkt met 2 andere partners uit het project: Ceyssens Glas en Reynaers Aluminium. Gezamenlijk behoren de 3 bedrijven tot een interregionaal consortium van kennisinstellingen en bedrijven die werken aan het op maat produceren van zonnecelmaterialen voor de optimale integratie in bouwelementen. Het project wordt uitgevoerd in het kader van het Samenwerkingsprogramma Interreg Vlaanderen – Nederland, met financiële ondersteuning vanuit het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling, de provincies Noord-Brabant, Vlaams Brabant, Vlaams en Nederlands Limburg, het Nederlands ministerie van Economische Zaken, en het ministerie van Noordrijn-Westfalen.

Transparant zonnepaneel
De geproduceerde PV-ramen zijn opgebouwd uit zogenaamde Cadmium telluride (CdTe-)zonnepanelen. Een van de voordelen van deze dunnefilmtechniek is de lage CO2-voetafdruk. De zonnepanelen worden door Sanko Solar geïmporteerd vanuit China. ‘De eigenaar van de zonnepanelenfabriek houdt zich al meer dan 25 jaar bezig met onderzoek naar en productie van CdTe-zonnepanelen’, duidt Pekel. ‘Uit de fabriek komen verschillende eindproducten; allereerst standaard CdTe-zonnepanelen met een formaat van 0,6 bij 1,2 meter. Vervolgens kan men tal van aanpassingen doen. Zo kunnen de zonnepanelen in groter of kleiner formaat gemaakt worden, van verschillende transparanties of van isolatieglas voorzien worden. Het is de enige fabriek ter wereld die dit kan. Zij hebben een procedé ontwikkeld waarmee een niet-transparant zonnepaneel transparant gemaakt kan worden door materiaal weg te laseren.’

Volgens Pekel kan men er ook voor kiezen om de zonnepanelen als halffabricaten in Europa te importeren en lokaal te assembleren tot bijvoorbeeld PV-ramen. ‘Een van de partners in het PV OpMaat-project is Ceyssens Glas. Voor de PV-ramen die door de universiteit KU Leuven onderzocht worden heeft Ceyssens Glas een gedeelte van het gebruikte glas geleverd.’

Oplopende temperaturen
‘We hebben het VLIET-gebouw voorzien van zeven semi-transparante PV-ramen. Daarnaast is er ter vergelijking 1 normaal semi-transparant raam geplaatst’, duidt Jonathan Lehman, onderzoeker bij de universiteit KU Leuven. ‘Twee van de zeven PV-ramen zijn voorzien van dubbelglas. De andere vijf zijn voorzien van driedubbelglas, waarvan drie met ventilatie en twee zonder ventilatie. Van de 7 PV-ramen hebben er twee een transparantie van 40 procent en vijfeen transparantie van 20 procent.’

Dat de PV-ramen zo’n grote diversiteit qua karakteristieken kennen, is volgens Pekel en Lehman noodzakelijk om vast te kunnen stellen welke samenstelling het beste presteert. ‘We hopen natuurlijk dat de PV-ramen ook bij oplopende temperaturen goede prestaties blijven leveren’, aldus Pekel. ‘Over het algemeen geldt namelijk dat als een zonnepaneel warm wordt de prestaties iets achteruitlopen. Een niet-geïsoleerd CdTe-zonnepaneel kan zijn warmte heel goed kwijt omdat het aan de achterkant kan ventileren. Op het moment dat je isolatieglas aanbrengt – zoals wij bij de PV-ramen hebben gedaan – kan de temperatuur in de spouw oplopen tot wel 60 graden. We willen via het PV OpMaat-project achterhalen wat de gevolgen hiervan zijn voor de prestaties van de zonnepanelen. Het inzicht is cruciaal om te weten hoe je in de toekomst deze producten kunt verkopen. ’

Simulatiemodellen ontwikkelen
‘Vanuit Sanko Solar bezien hopen we natuurlijk dat er geen verschil zit in de opbrengst van de verschillende PV-ramen’, vervolgt Pekel. ‘Is dat wel zo, dan gaan we werken aan het doorvoeren van verbeteringen aan bijvoorbeeld de ventilatie. Van een kristallijn siliciumzonnepaneel is bekend dat het vermogen met 0,5 procent per graad achteruitgaat als een temperatuur van 25 graden Celsius bereikt wordt. Bij CdTe-zonnepanelen is dit slechts 0,2 procent. Dat neemt niet weg dat je opbrengstverlies te allen tijde wilt voorkomen. Net als de onderzoekers verwachten wij dat bij met name de transparante zonnepanelen die zijn uitgerust met isolatieglas de temperatuur een zeer belangrijke factor gaat zijn. Dat is echter puur op theoretische cijfers gebeurd en in de praktijk gaan we het een en ander nu verifiëren.’

‘Het onderzoek dat minimaal een jaar duurt is er allereerst op gericht om te onderzoeken wat de potentie is om elektriciteit op te wekken met semi-transparante ramen die uitgerust zijn met zonnecellen’, stelt Lehmann. ‘We zijn in het bijzonder geïnteresseerd in de temperaturen die bij deze ramen bereikt kunnen worden. Van traditionele zonnepanelen weten we dat ze heel warm kunnen worden en de opbrengst daardoor verminderd wordt. Doordat wij verschillende PV-ramen testen, kunnen wij de onderlinge prestaties goed vergelijken. Een van de aspecten die met name vanwege de thermische huishouding interessant is, is het effect van ventilatie op de temperatuur van de zonnepanelen. Voor het genereren van zonnestroom is het bovendien interessant om te zien wat het verschil in opbrengst is tussen de ramen met 20 en 40 procent transparantie. Ten slotte zal de installatie ook gebruikt worden om modellen te ontwikkelen die het gedrag van PV-ramen simuleren.’

Duizenden vierkante meters
‘We verwachten dat de geventileerde PV-ramen een stuk beter functioneren en minder warmte zullen produceren’, besluit Lehmann. ‘Logischerwijs zouden de PV-ramen met 20 procent transparantie meer stroom moeten produceren dan de ramen met 40 procent transparantie. Alvorens het onderzoek afgerond is, houden wij echter een slag om de arm; het vaststellen van de exacte prestaties is immers het doel van het onderzoek.’

‘De uitkomsten van het onderzoek kunnen de afzet van PV-ramen een fikse boost geven’, verwacht Pekel. ‘De markt van zonwerend of isolatieglas is weliswaar kleiner dan die van standaardzonnepanelen, maar het is nog altijd een gigantisch grote markt. De toepassingen zijn bovendien vrijwel eindeloos. Doordat ze transparant zijn, zijn ze deels lichtdoorlatend en werken ze tegelijkertijd zonwerend. Daarmee vormen ze een perfecte toepassing voor veranda’s, serres, overkappingen en carports, maar dus ook als PV-ramen. Alleen al in 2018 verwachten we duizenden vierkante meters te gaan verkopen.’

Foto: Jonathan Vos