D Duurzaamheid PV-systemen door fotografie publicatiedatum AWM editie
: Toine Bullens, Jurjen Ophuis : diversen : 14 december 2010 : 38
de architectuur voorbij
nummer 38 5e jaargang dec ’10/jan ’11 — € 13,75
Architectenweb Magazine Ruimtelijk verhaal Kossmann.dejong Geïntegreerd Zonnepanelen Interview Maxwan Stedelijke verdichting Cité Public Relations Website-ontwerp Gewoon De Hessenberg Economie Henk Ovink Integraal Smart Treefrog
PowerGlaz
80 — AWM 38
PV-systemen Integratie in het ontwerp PV-systemen zijn momenteel de effectiefste manier van duurzame energieopwekking in de gebouwde omgeving.Toch vormen ze in Nederland nog geen standaardoplossing. Er zijn echter interessante mogelijkheden om PV-systemen toe te passen en zelfs te integreren in het ontwerp, als al in een vroeg stadium daarover wordt nagedacht. Tekst Toine Bullens, Jurjen Ophuis
D
Energie kan op verschillende manieren duurzaam worden geproduceerd, bijvoorbeeld door middel van warmtekoudeopslag, windturbines of biomassa. In de bebouwde omgeving zijn fotovoltaïsche of PV-systemen op dit moment de effectiefste en geschiktste manier van duurzame energieopwekking. De systemen kunnen bij bijna elk gebouw worden toegepast, bieden de meest directe manier om zonlicht om te zetten naar stroom en veroorzaken geen overlast. Daarnaast vergroten ze met hun hoge mate van herkenbaarheid de duurzame uitstraling van het gebouw. Daarbij moet wel rekening worden gehouden met de – zowel technische als esthetische – integratie van het systeem in het gebouw. Verder is deze toepassing interessant, omdat de gemiddelde prijs van PV-panelen de afgelopen tien jaar met 40% is gedaald. Bovendien worden productietechnieken verder ontwikkeld en is er sprake van een rendementstoename. Daardoor zullen de prijzen van PV-systemen nog verder dalen, terwijl de energieprijzen blijven stijgen. Als gevolg van deze ontwikkelingen is de verwachting dat binnen tien jaar zonne-energie in Nederland evenveel kost als energie uit fossiele brandstoffen.
SOORTEN ZONNECELLEN Er zijn verschillende soorten zonnecellen. De drie meest toegepaste zijn monokristallijn silicium, polykristallijn silicium en amorf silicium zonnecellen. Het rendement van de eerste twee ligt vaak rond de 14% en de terugverdientijd is ongeveer gelijk. Deze PV-modules zien er meestal blauw uit. Ze zijn ook beschikbaar in een donkere of een lichtere uitvoering, waarbij de achtergrond en het paneel dezelfde kleur hebben. Een afwijking van de standaard blauwe kleur levert echter minder rendement op. De amorf silicium zonnecellen hebben een zeer homogeen oppervlak en kunnen worden uitgevoerd in verschil-
Duurzaamheid PV-systemen
81 — AWM 38
lende kleuren en patronen. De dunne film is bovendien flexibel waardoor dit type kan worden aangebracht op verschillende materialen, bijvoorbeeld op glas of kunststof. Dat biedt meer mogelijkheden om PV-systemen te integreren in de gebouwde omgeving. Het rendement van amorfe zonnecellen is echter een stuk lager dan kristallijne cellen, namelijk 7%. Amorfe zonnecellen zijn daarentegen wel aanzienlijk goedkoper en reageren beter op diffuus licht dan de kristallijne zonnecellen. Daarom is in Nederland de terugverdientijd van de drie verschillende typen nagenoeg gelijk.
TOEPASSINGSMOGELIJKHEDEN Door de snelle ontwikkelingen op het gebied van materialen, kleuren, bevestigingsmethoden en verregaande integratie in de gevel zijn er steeds meer mogelijkheden om zonnepanelen toe te passen. Op dit moment worden ze in de gebouwde omgeving het meest toegepast op het dak. Op die manier wordt echter geen gebruik gemaakt van de duurzame uitstraling van het PV-systeem. Om deze beter tot hun recht te laten komen, kan het systeem geintegreerd worden in de gebouwschil. Het toepassen van PV-systemen in de gevel zorgt vaak voor een hightech uitstraling. Die uitstraling is niet altijd gewenst. Al in een vroeg stadium van het ontwerpproces nadenken over de integratie van zonnecellen in een gebouw, kan ervoor zorgen dat ze op de gewenste wijze deel gaan uitmaken van het totale gevelbeeld.
ORIËNTATIE Ook voor het rendement is het van belang dat de architect en de installatieadviseur al in een vroeg stadium om de tafel zitten. Bij de toepassing van PV-systemen is de oriëntatie ervan namelijk belangrijk. Oriëntatie op het zuiden onder een hoek van 36 graden is ideaal. Afwijkingen daar-
Gevelmodule Voor kantoren heeft van aken architecten (VAA.) een conceptuele gevelmodule ontworpen. Hierbij worden PV-cellen in de dichte borstwering geïntegreerd. Samen met Deerns is VAA. nu bezig met een onderzoek om PV-systemen verder in de bebouwde omgeving te integreren. Momenteel richt het onderzoek zich op het zoeken naar geschikte materialen als drager voor de PV-cellen. Dit materiaal zou het ook mogelijk moeten maken de cellen onder een optimale hellingshoek in de gevel te plaatsen. De conceptuele gevelmodule is hiervan een voorbeeld. Daarnaast wordt gezocht naar een goede verhouding tussen het dichte, met PVEen mogelijk Europees cellen beklede, en het transparante deel energienetwerk dat van de gevel. Immers, hoe -vrijgeis, voor dichter 80% CO2de gevisualiseerd door vel waarop de PV-cellen kunnen worden in het project geplaatst, hoe hoger deAMO energieopbrengst. Roadmap 2050. Aan de andere kant is ook transparantie van een kantoorgevel essentieel.
82 — AWM 38
van leiden tot dalingen in de opbrengst. Wanneer een PV-systeem wordt toegepast in de verticale gevel, wordt nog 70% van het maximaal mogelijke bereikt. Verder moet bij het ontwerp, naast de oriëntatie, ook rekening worden gehouden met schaduw van bijvoorbeeld mogelijke belendingen, neggen en begroeiing. PV-cellen zijn in serie geschakeld en schaduw op één enkele cel in een serie zorgt voor een aanzienlijke verlaging van het rendement van de gehele serie.
DAKEN Met het oog op het rendement is het dak, al dan niet hellend, het meest geschikte bouwdeel voor de toepassing van PVsystemen. Vaak wordt gekozen voor losse, niet-geïntegreerde modules, die onder een optimale hoek in een frame op het dak zijn geplaatst. Bij hellende daken kun je de panelen opnemen in de dakafwerking, zodat er sprake is van een meer integrale oplossing. Het is ook mogelijk
om dakbedekking toe te passen waarin amorfe PV-cellen als dunne film zijn geïntegreerd. De horizontale oriëntatie en het type cellen leidt daarbij echter tot een lagere opbrengst per m2.
GEVEL Ook de gevel is een potentiële energiebron. Het is mogelijk om in dichte delen van een gevel, zoals borstweringen, PV-systemen te integreren. De integratie in gevels kent een aantal gradaties. De eenvoudigste is het installeren op een bestaand gevelsysteem. Daarvoor kunnen kristallijn silicium panelen worden gebruikt. De opbrengst is hoog en de kosten zijn, vergeleken met andere PV-gevelsystemen, relatief laag. Omdat er slechts een klein aantal kleurvarianten mogelijk is, kan het zijn dat dit niet de gewenste uitstraling oplevert. Verdere integratie is dan noodzakelijk. Een andere gradatie is integratie van PV-cellen in glaspanelen. Je kunt daarbij variëren in de grootte en de dichtheid van de cellen waardoor meerdere patronen mogelijk zijn. De integratie van PV-cellen in glaspanelen voegt, naast transparantie en isolatie, een derde functie toe aan de gevelopening, namelijk die van energiebron. Naast kristallijne is het ook mogelijk om amorfe cellen te integreren in glaspanelen. Dat kan in verschillende patronen en kleuren waardoor je diverse verschijningsvormen kunt realiseren. Maximale integratie vereist ook hier afstemming in een vroeg stadium tussen architect en installatieadviseur.
ZONWERING
PV in perronkap ProRail gaat zonne-energie inzetten bij Nederlandse stations. In september is in Amersfoort de eerste perronkap met zonnecellen in gebruik genomen. Zijn de zonnepanelen hierbij nog aangebracht op de overkapping, bij de nieuw
te bouwen OV-terminal in Utrecht en bij de vervanging van de bestaande perronkappen worden PV-cellen in de kap geïntegreerd. Daarbij is in een vroeg stadium over deze toepassing nagedacht in samenwerking met W/E adviseurs. De zonnecellen gaan de energie leveren voor de verlichting, de liften en de roltrappen. (RM)
Inherent aan de functie van zonwering is het feit dat ze wordt blootgesteld aan een aanzienlijke hoeveelheid zonlicht en daarmee potentiële energie. Zonweringssystemen zijn vaak opgebouwd uit lamellen van hout, metaal of bedrukt glas. De dichte delen van deze systemen kunnen worden voorzien van PV-cellen. Bij dit soort toepassingen is er sprake van een hoge mate van integratie. De PVelementen nemen namelijk de taak van zonwering op zich en geven het systeem tegelijkertijd de functie van energiebron. Het gebouw van de Voedsel en Waren-
D
Duurzaamheid PV-systemen
83 — AWM 38
Pieter Kers
De plaatsing van PV-panelen op het dak is door Paul de Ruiter Architecten al in een vroeg stadium bij het onwerp van TransPort meegenomen
autoriteit in Eindhoven is een voorbeeld waarbij PV-cellen zijn geïntegreerd. Bij het laboratoriumdeel hangt aan de zuiden westzijde buitenzonwering voor de ramen. Deze bestaat uit computergestuurde glazen lamellen met zonnecellen.
NAUWE SAMENWERKING Nederland kent, in tegenstelling tot onze buurlanden, een zeer beperkte terugleververgoeding voor zonnestroom en geen standaardsubsidie (feed-in tariff). Er bestaat wel een beperkte subsidiepot, namelijk de SDE (Stimulering Duurzame Energieproductie), maar deze wordt elk jaar ruimschoots overschreven. Dit betekent dat de kans op het verkrijgen van de subsidie minimaal is. In onze buurlanden wordt een systeem gehanteerd waarbij de subsidiepot veel groter of zelfs onbeperkt is, zoals in Duitsland. In Spanje is het opwekken van zonne-energie een groot
succes, in België is er sprake van een sterke groei en Duitsland is inmiddels wereldleider op dit gebied. Nederland loopt achter bij de rest van Europa. Er zijn echter interessante mogelijkheden om PV-systemen toe te passen op een manier die bijdraagt aan duurzame energieopwekking, maar ook aan de duurzame en de architectonische uitstraling van een gebouw. Om dat te bereiken moeten de architect en installatieadviseur al in een vroeg stadium om de tafel gaan zitten. Dan kunnen PV-systemen optimaal in het gebouw worden geïntegreerd. Bovendien kunnen zo maximale rendementen worden bereikt, omdat in het ontwerp al rekening is gehouden met een ideale hellingshoek, beschaduwing, kleur en materiaalkeuze.— Toine Bullens is bouwtechnisch ontwerper bij van aken architecten (VAA.)in Eindhoven; Jurjen Ophuis is lead engineer bij Deerns Raadgevende Adviseurs in Eindhoven
— Zonwering met PV-cellen levert schaduw én energie
