Zonnestroom kan in 2050 minstens een kwart van onze energiebehoefte afdekken. Daarmee speelt zonne-energie een doorslaggevende rol in de energietransitie. Met slimme innovatieve toepassingen voor integratie van zonnecellen in gebouwen en infrastructuur creëren we een overvloed aan zonnestroom. En het mooie is: deze raakt nooit uitgeput.
De ontwikkelingen rond zonne-energie gaan hard de laatste jaren. Daar wordt Wiep Folkerts, program manager Solar Energy Applications bij TNO, blij van. ‘Sinds dertig jaar geleden de eerste zonnepanelen verschenen op Nederlandse daken, heeft het nog vrij lang geduurd voordat Nederland echt begon in te zetten op zonne-energie. De laatste jaren zien we gelukkig een sterke groei. Nu komt ongeveer 1% van ons energieverbruik uit zonnepanelen. We lopen daarmee in Europa nog achteraan, maar we zijn wel bezig met een serieuze inhaalslag.’
In de ontwikkeling van nieuwe technologie en toepassingen voor zonne-energie loopt Nederland wél al jaren voorop en daarin speelt TNO een belangrijke rol. Folkerts houdt zich bij deze onafhankelijke onderzoeksorganisatie al ruim tien jaar bezig met zonne-energie. Momenteel vooral met innovatieve toepassingen hiervan. Samen met een groot team van experts werkt hij aan vraagstukken rond de integratie van zonnecellen in onze leefomgeving.
Slimme engineering
‘Voorheen ging het er vooral om hoe we zonnepanelen zo goedkoop en efficiënt mogelijk konden krijgen voor grootschalige toepassingen’, stelt Folkerts. ‘Het ging daarbij om techniek en standaardisatie. Maar door de enorme opschaling in de productie van zonnepanelen en door de slimme engineering in de grote fabrieken in China hebben we langzaamaan de grenzen bereikt van het rendement van deze panelen. Nu gaat het veel meer om vraagstukken rond de integratie van zonnecellen in onze leefomgeving. Om de interactie tussen technologie en regelgeving, en om de maatschappelijke acceptatie.’
Goedkoper
Zonnepanelen zijn volgens Folkerts zo goedkoop geworden en zo efficiënt dat elektriciteit opgewekt met zonnepanelen intrinsiek goedkoper is dan energie uit fossiele bronnen. ‘Dat zorgt voor een gigantische revolutie. Met rendementen tot 20% (van het invallende zonlicht naar energie) wordt het opeens een stuk makkelijker om goede businesscases te realiseren rondom zonnepanelen.’ Het gevolg is een versnelling van de uitrol van toepassingen. ‘Heel mooi’, vindt Folkerts, ‘maar dat stelt ons wel voor nieuwe vraagstukken en nieuwe uitdagingen. Zo moeten we bij de toepassingen van zonnepanelen steeds meer naar de ruimtelijke aspecten kijken. Waar gaan we de uitbreidingen realiseren? En hoe zorgen we voor maatschappelijke acceptatie?’
Oppervlakte ten volle benutten
Volgens de TNO-man wordt het steeds meer zaak om de energie op te wekken dáár waar de vraag is, anders krijg je enorme kosten om een energienetwerk uit te rollen en te onderhouden. ‘We zullen dus vooral moeten opwekken in en direct rondom de steden. Het probleem is alleen dat de beschikbare oppervlakte daar beperkt is. We moeten de wél beschikbare oppervlakte dan ook ten volle proberen te benutten en extra inzetten op de efficiëntie van de panelen.’
Een mooie oplossing hiervoor ziet Folkerts in de tandemtechnologie (zie kader) die eraan zit te komen. ‘Met deze nieuwe technologie groeit het rendement van panelen van 20 naar 30%. Op kleinere oppervlakken kun je zodoende meer energie opwekken. Een zeer interessante ontwikkeling omdat er steeds minder ruimte is voor vastgoed in de stad. Hoogbouw is het gevolg, maar daardoor heb je relatief weinig dak en dus minder potentie voor de standaard siliciumzonnecel. Wil je zo’n gebouw toch energieneutraal maken, dan moet je woekeren met de beschikbare ruimte. Efficiëntie wordt dan heel belangrijk.’
Energieleverende bouwcomponenten
Folkerts ziet nog twee belangrijke trends als het gaat om zonne-energie in de stad: de integratie van zonnecellen in bouwelementen en lichtgewichtoplossingen. ‘We zien echt een groeiende ontwikkeling in bouwcomponenten die energie opleveren zoals dakplaten en gevelbekleding waarin zonnecellen zijn verwerkt. Het hele oppervlak van een gebouw gaat zo energie opwekken, dat scheelt enorm.’ En met lichtgewichtoplossingen komen volgens Folkerts opeens veel meer gebouwen met platte daken in aanmerking voor zonnepanelen. ‘Deze distributiecentra, loodsen, sporthallen en schuren waren voorheen niet geschikt vanwege hun te lichte constructie. Nu kunnen ze door lichtgewichtoplossingen wel worden benut. Voor gebouweigenaren liggen daar enorme kansen.’
‘De explosieve groei van zonnepanelen zorgt voor een ruimtelijke uitdaging’
Groeipotentieel
Ook de infrastructuur van Nederland biedt volgens Folkerts mooie kansen voor het opwekken van zonne-energie. ‘Wegen, geluidsschermen en dijken kunnen we gebruiken voor het opwekken van energie. Zo loopt er momenteel een interessante pilot langs de A50 bij Uden waar zonnecellen zijn geïntegreerd in een geluidsscherm. Zolang de primaire functie van de infrastructuur er niet onder lijdt, zijn dit soort toepassingen ideaal.’ Over een tijdje kunnen zelfs wegen worden voorzien van zonnecellen verwacht Folkerts. ‘Het start-upbedrijf SolaRoad is hiermee aan het experimenteren. Met al het asfalt in Nederland valt hier natuurlijk nog een wereld te winnen.’
Twee andere gebieden waar TNO groeipotentie ziet zijn toepassingen op land en in het water. ‘Bij toepassingen op het land speelt maatschappelijke acceptatie een belangrijke rol’, weet Folkerts. ‘We moeten goed kijken hoe we deze toepassingen zo kunnen integreren in het landschap dat het niet tot verrommeling leidt. Daarnaast zien we mogelijkheden in de combinatie van landbouw en zonne-energie.’
Tot slot biedt ook de toepassing van drijvende panelen op het water goede kansen volgens Folkerts. Nederland is immers waterland bij uitstek. ‘Hier zijn we al actief mee bezig, maar ook hierbij moet je heel goed kijken naar andere aspecten zoals bijvoorbeeld ecologie. Zonnepanelen mogen deze niet verstoren uiteraard.’ Een zeer interessante toepassing waar TNO naar kijkt, is het plaatsen van drijvende zonnepanelen rondom de windmolens in zee. ‘Dat gaat gebeuren ook. De infrastructuur om de energie naar het land te halen ligt er immers al. De investering is daardoor beperkt. Zo krijg je een hele mooie synergie tussen wind- en zonne-energie.’
Partijen in de bouwwereld aan zet
Voor vastgoedontwikkelaars en woningcorporaties ziet Folkerts de komende jaren een belangrijke rol weggelegd, in samenwerking met gemeenten. ‘De landelijke overheid kan de regelgeving en het speelveld zo maken dat we met z’n allen de goede dingen doen. Denk aan de SDE++ regelgeving, de saldering voor particulieren en de BENG-normen. We hebben met z’n allen de verantwoordelijkheid om grootschalige nieuwbouw- en renovatieprojecten zo veel mogelijk energieneutraal uit te voeren. Daarnaast kunnen gemeenten natuurlijk het goede voorbeeld geven door hun vastgoed te verduurzamen. Omdat zonnepanelen nu zo goedkoop zijn, is dat ook financieel heel aantrekkelijk.’ Ook woningcorporaties kunnen volgens Folkerts vol inzetten op zonne-energie. ‘Zij kunnen dit grootschalig aanpakken en doen dat gelukkig ook. De energierekening van huurders gaat hierdoor omlaag en de corporaties verdienen de investering weer terug door een kleine huurverhoging. Een typische win-winsituatie.’
Het oprolbare zonnetapijt
Solar Carpet heeft afgelopen zomer de eerste praktijktests uitgevoerd met een zonnetapijt voor sportvelden. Hierbij worden kunstgrasvelden op momenten dat er niet wordt gesport voorzien van oprolbare dunnefilmzonnepanelen. Solar Carpet is bedacht door volleyballer Jelle Hilarius. Gemeente Zwolle en het ministerie van VWS ondersteunden de verdere ontwikkeling van het idee. Inmiddels is het eerste prototype gepresenteerd waarmee proeven worden uitgevoerd. Solar Carpet is nu op zoek naar investeerders en een gemeente en/of vereniging die als gastheer wil fungeren voor de primeur van het eerste grootschalige Solar Carpet-project.
Hoog rendement zonnepaneel
TNO werkt aan een nieuw zonnepaneel met een omzettingsrendement (licht-naar-elektriciteit) van 30%. Dit is ongeveer anderhalf keer zo efficiënt als het meest gebruikte huidige industriële zonnepaneel, dat een rendement heeft van circa 20%. Deze verbetering wordt bereikt door een nieuw ontwikkelde perovskietzonnecel te plaatsen op een industriële kristallijnsiliciumzonnecel en deze te integreren in een nieuw celontwerp dat licht van beide kanten oogst. Door de combinatie van beide cellen kan meer elektrische energie uit zonlicht worden gehaald. Vanwege de beperkte beschikbaarheid van grondoppervlak voor PV, en het belang van PV op daken, is deze technologie zeer geschikt voor Nederland.