November 2003
ECN-C--03-121
ECN-GEBOUW 42 ENERGIEZUINIG KANTOORGEBOUW MET CONCEPTGEÏNTEGREERDE PV-TOEPASSING
H.F. Kaan
Verantwoording In dit rapport wordt verslag gedaan van de ontwikkeling en realisatie van een fotovoltaïsch systeem (PV-systeem) dat is geïntegreerd in de serrekap van een nieuw kantoorgebouw (Gebouw 42) van ECN te Petten. Het PV-systeem is mede bepalend voor het energieconcept van het gebouw, een van de energiezuinigste kantoorgebouwen van Nederland. Het PV-systeem is door Novem gesubsidieerd, en draagt het Novem-projectnummer 146.340027.1. Bij ECN is het project bekend onder nummer 8.44052.
Abstract This report deals with the development and realisation of a building integrated photovoltaic system, which has been integrated in the conservatory of a new office building at ECN in Petten, the Netherlands. The PV system consists of 365 modules, and has a peak power of 27.4 kWp. Each module is for 70% covered with solar cells, whilst 30% is clear glass. Thus the system functions as a shading device. The system contributes highly to the energy concept of the building. The building integrated PV system contributes to the reduction of energy demand, as it reduces the heat load of the building (shading effect). Furthermore, the conservatory forms a barrier between the indoor climate of the building and the outdoor climate, thus reducing the heat demand in winter. Of course, the conservatory is ventilated quite well in order to prevent from overheating in summer. The light that comes through the PV modules is sufficient for a comfortable daylighting situation in the building. Only in the winter period, when the sun is low above the horizon, a simple shading device is needed. The system was made by BP Solar. Several suppliers have been asked to do an offer, but only a few gave a reaction, due to the booming PV market in Germany at that time. In spite of the market situation, the BP offer met all criteria of quality, yields and price. The system was completed in the autumn of 2001. The costs of building integrated PV systems are high. However, due to the PV system and the way it has been applied in the building, the need for a cooling installation has been avoided, and the investment in the shading devices has been substantially lower. Also, savings are made on the glass of the conservatory. The building integrated PV system has drawn much attention from professional building and architecture magazines and from the PV world. The experiences with development and realisation of the system and its relation to the energy concept of the building have been presented in many congresses, mainly (but not only) by the architect (BEAR Architects of Gouda, the Netherlands) and the ECN department of Renewable Energy in the Built Environment.
2
ECN-C--03-121
INHOUD SAMENVATTING
5
1.
INLEIDING
7
2. 2.1 2.2
PV IN HET ENERGIECONCEPT VAN GEBOUW 42 Het energieconcept PV als geïntegreerd onderdeel van het klimaatsysteem
8 8 8
3. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
HET PV-SYSTEEM Lay-out van het systeem Kenmerken PV-systeem Selectie van leveranciers Uitvoeringsaspecten Oplevering en metingen
10 10 11 11 13 14
4.
FINANCIEEL-ECONOMISCHE EVALUATIE
15
5. 5.1 5.2
HET DEMONSTRATIE-EFFECT Publicaties Presentaties
17 17 17
6. 6.1 6.2
CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN Conclusies Aanbevelingen
19 19 19
BIJLAGEN
ECN-C--03-121
21
3
4
ECN-C--03-121
SAMENVATTING Dit rapport beschrijft de ontwikkeling en realisatie van een fotovoltaïsch systeem (PV-systeem), dat geïntegreerd is in de serrekap van een nieuw kantoorgebouw (gebouw 42) van het ECN in Petten. Het systeem bestaat uit 365 modules en heeft een piekvermogen van 27,4 kWp. Elke module is voor 70% bedekt met zonnecellen, 30% is transparant glas. Het systeem functioneert daardoor als zonweringsysteem. De invloed van dit systeem op het binnenklimaat en daarmee op het energiegebruik van het gebouw is aanzienlijk. Het gebouwgeïntegreerde PV-systeem draagt door zijn zonweringfunctie bij tot de reductie van de energievraag, doordat de warmtelast en daarmee de koelvraag wordt teruggebracht. Voorts vormt de serre een buffer tussen het buitenklimaat en het binnenklimaat. De warmtevraag wordt daardoor gereduceerd. In de zomer wordt de serre uiteraard sterk geventileerd om onaanvaardbare temperaturen te vermijden. De hoeveelheid daglicht die wordt doorgelaten is voldoende om de werkplekken goed van daglicht te voorzien, terwijl slechts bij laagstaande zon, in de winter, een eenvoudig zonweringsysteem gebruikt moet worden. Het systeem is door BP Solar vervaardigd. Hoewel de kosten van een PV-systeem hoog zijn, kan de investering niet geheel aan het PV-systeem worden toegerekend. Door de integratie in het gebouw en de sterke invloed op het energieconcept kon een koelinstallatie achterwege blijven, terwijl ook besparingen op het zonweringsysteem en op de beglazing van de serrekap werden bereikt. Het gebouw heeft, mede door het PV-systeem, sterk de aandacht getrokken van de vakpers, met name op het gebied van architectuur, bouwen en PV. Aan het gebouw is ruimschoots aandacht besteed op congressen en symposia, vooral (maar niet uitsluitend) door architect Tjerk Reijenga van BEAR Architecten, Gouda en door ECN Duurzame energie in de gebouwde Omgeving.
ECN-C--03-121
5
Afb. 1 De serrekap van ECN gebouw 42, van binnenuit gezien
6
ECN-C--03-121
1.
INLEIDING
Een van de kernactiviteiten van ECN, het Energieonderzoek Centrum Nederland, is het verrichten van onderzoek naar en het ontwikkelen van zonnecellen, in het Engels Photovoltaics genaamd en in het vakjargon afgekort tot PV. Toen ECN eind jaren negentig het plan had opgevat om het gebouwenbestand uit te breiden, lag het dan ook voor de hand om zonnecellen op een in het oog lopende manier in de nieuwbouw te integreren, om hiermee een ‘visitekaartje’ te kunnen afgeven. De directie van ECN heeft aan de toenmalige groep Duurzame Energie in de Gebouwde Omgeving, DEGO, opdracht gegeven om het energieconcept voor het nieuwe gebouw (Gebouw 42) te ontwikkelen, waarin PV een dominante rol diende te spelen, terwijl BEAR Architecten te Gouda is gevraagd het gebouw bouwkundig en architectonisch te ontwerpen. Met de bouw is in 2000 gestart, de oplevering was in april 2001. De primaire functie van PV is het opwekken van elektriciteit. Gebouwen lenen zich vaak prima om als draagstructuur voor een PV-systeem te dienen. Vanuit de energiefuncties van het gebouw en vanuit architectonisch perspectief gezien, kunnen evenwel aan PV meer functies worden toegekend dan uitsluitend die van elektriciteitsopwekker. In het ECN-gebouw 42 is PV in het totale energetische en architectonische concept geïntegreerd Door de weloverwogen toepassing van PV is de energiebehoefte van het gebouw verder gereduceerd. In dit rapport wordt nader ingegaan op de rol van PV in het energieconcept, op de ontwikkeling van het PV-systeem, op het PV-systeem als zodanig en op de financieel-economische implicaties. Daarnaast wordt stilgestaan bij de publicitaire implicaties van het PV-systeem. Het rapport besluit met een aantal conclusies en aanbevelingen.
ECN-C--03-121
7
2.
PV IN HET ENERGIECONCEPT VAN GEBOUW 42
2.1
Het energieconcept
Het energieconcept van Gebouw 42 is uitgebreid beschreven in een eerdere rapportage (F.A.T.M. Ligthart en H.F. Kaan: ECN-Nieuwbouw op weg naar 0-energie, februari 2000. ECN-C-00-030). Wij volstaan hier met een samenvatting. De belangrijkste energiebesparing wordt gevonden in passieve maatregelen die de energievraag beperken: • daglicht op vrijwel iedere werkplek; • een goede gebouwisolatie; • mechanische ventilatie met warmteterugwinning, in de zomer ondersteund door natuurlijke ventilatie; • koeling door zomernachtventilatie. Elektriciteit wordt gegenereerd door het PV-systeem (ongeveer 15% van het gebouwgebonden elektriciteitsgebruik) en door middel van een warmtekrachtinstallatie, die bovendien de warmte verzorgt voor het gebouwencluster waarvan Gebouw 42 deel uitmaakt. Dit resulteert in een energiegebruik dat veel lager is dan de energieprestatiecoëfficiënt (0,86) doet vermoeden: het werkelijke energiegebruik is bijna 50% lager dan het voor nieuwbouw genormaliseerde energiegebruik. Plannen van ECN om de warmtekrachtinstallatie met biogas te stoken, waardoor het gebruik van fossiele brandstoffen ten behoeve van dit gebouw tot nul nadert, vinden vooralsnog om financiële reden geen doorgang. Het energieconcept berust op een aantal algemeen aanvaarde uitgangspunten voor energiezuinig ontwerpen (de zogenaamde drie-stappenstrategie): 1. vermijd de energievraag; 2. voorzie in de energiebehoefte met duurzame energie; 3. beantwoord de eventueel resterende vraag met energie-efficiënte technologieën.
2.2
PV als geïntegreerd onderdeel van het klimaatsysteem
In de verwezenlijking van de bovengenoemde drie-stappenstrategie in ECN Gebouw 42 speelt de PV-serre een essentiële rol. Voor een deel hangt dit samen met het wezen van de serre, voor een deel ook met het wezen van de PV-modules. In het navolgende wordt dit nader toegelicht. De energievraag komt voort uit de vraag naar verwarming, koeling, ventilatie en verlichting. Beperking van de energievraag in het algemeen betekent meer specifiek: terugdringen van het (potentiële) energiegebruik voor verwarming, koeling, ventilatie en verlichting. - Terugdringen van vraag naar verwarming: de serre vormt een buffer tussen het buitenklimaat en het binnenklimaat. Hoewel de ruimte onverwarmd is, is de temperatuur in de serre ‘s winters hoger dan buiten. Zeker wanneer de zon schijnt, loopt de temperatuur in de serre ’s winters vrij snel tot aangename waarden op. Bovendien biedt de serre bescherming tegen afkoeling door wind. - Terugdringen van koelvraag: het doorzicht-PV dak van de serre fungeert als parasol. Per module wordt 70% van het opvallende licht tegengehouden door de zonnecellen, 30% wordt doorgelaten. Hiermee wordt ook de opwarming van het gebouw door stralingswarmte aanzienlijk gereduceerd. Natuurlijk moet de opwarming van de serre goed in de gaten worden gehouden. Wanneer de binnentemperatuur stijgt tot 23oC, worden de ventilatieramen in de serre automatisch geopend. De temperatuur zakt dan snel tot die van de buitenluchttemperatuur.
8
ECN-C--03-121
-
-
Terugdringen van energie voor ventilatie: de serrekap wordt natuurlijk geventileerd. De ventilatieramen worden automatisch (elektrisch) geopend en gesloten. Op het ventilatiesysteem van het gebouw wordt hier niet ingegaan; dit staat los van de PV-kap. verminderen van de energie voor verlichting: dit impliceert het maximale gebruik van daglicht. Ondanks het feit, dat de serrekap 70% van de lichttoetreding tegenhoudt, is de daglichttoetreding voldoende om vrijwel alle werkplekken van daglicht te voorzien. (Hiertoe is een zogenaamde lichthof ontworpen centraal in het gebouw. Wij gaan daarop in het kader van dit rapport niet verder in.) Bij laagstaande zon, aan het einde van de dag en in de winter, kan een eenvoudige binnenzonwering gesloten worden om schitteringen op beeldschermen etc. weg te nemen.
De tweede stap in het energieconcept is het voldoen aan de energievraag door middel van duurzame energie. De PV-kap speelt daarin per definitie een rol. De opbrengst is ongeveer 20.000 kWh per jaar. Aan het voorzien in de energiebehoefte door middel van energie-efficiënte technologieën draagt de PV-kap niet bij. Hoewel er geen vergelijkende simulaties zijn gedaan, kan wel geconstateerd worden, dat de PVkap in niet onbelangrijke mate bijdraagt tot de reductie van het energiegebruik. De lage energieprestatiecoëfficiënt en het (nog lagere) berekende feitelijke energiegebruik adstrueren deze bewering.
ECN-C--03-121
9
3.
HET PV-SYSTEEM
3.1
Lay-out van het systeem
ECN-gebouw 42 is een modulair gebouw: het zal worden gerealiseerd in drie modules, die onderling door een serrekap zijn verbonden. Het deel van de serrekap dat op een zinvolle wijze met PV kan worden uitgerust, verbindt de modules 1 en 2. Module 1 is in 2001 opgeleverd. Aanvankelijk was gepland module 2 spoedig na voltooiing van module 1 te realiseren. Door veranderende omstandigheden in het onderzoeks- en huisvestingsprogramma van ECN is de realisatie van module 2 voor onbepaalde tijd uitgesteld.
Afb. 2. Artist impression van de gehele serrekap modules 1 en 2 (Copyrights: Bear Architecten, Gouda. Artist impression: M van der Laan, Haarlem)
Omdat de PV-modules “custom made” zijn, lag het uit kostenoverwegingen voor de hand om de voor het gehele project benodigde hoeveelheid PV-modules als een levering te bestellen. Op de serrekap van gebouwmodule 1 zijn 365 PV-modules geïnstalleerd; voor de serrekap van gebouwmodule 2 zijn 205 modules in opslag genomen. Daarnaast zijn 16 modules in reserve opgeslagen, waarvan er tijdens de installatie al 7 moesten worden gebruikt (schade en defecten). Deze rapportage beperkt zich tot de serrekap zoals die thans is gerealiseerd. Het systeem bestaat derhalve uit 365 modules Voor de beschrijving van het systeem is onder meer gebruik gemaakt van de documentatie die de leverancier van het systeem, BP Solar, ter beschikking heeft gesteld. Het PV-systeem bestaat uit speciale “glas-glas” laminaten, die op de serrekap in de plaats van gewoon glas zijn gemonteerd. In deze laminaten bevinden zich zogeheten “Saturn” hoog rendement monokristallijne zonnecellen. Volgens opgave van de fabrikant BP Solar is het celrendement ongeveer 17%. Elk laminaat heeft 32 cellen, het maximaal vermogen is 75,5 Wp bij standaard testcondities. De serrekap van module 1 herbergt zoals gezegd 365 laminaten. Deze zijn onderverdeeld in 29 aparte series die in totaal 27,4 kWp aan gelijkstroom leveren (DC-stroom) Aan ieder paneel zitten twee kleine plastic aftakdoosjes (+ en – polen). De verbindingskabels zijn in de kapconstructie ingebouwd en met clips bevestigd. De kabels zijn hierdoor nauwelijks zichtbaar. Het PV-systeem bestaat uit 29 series van 12, 13 en 17 serieel geschakelde PV-modules (strings) De maximum spanning bij een open kring (gemeten bij de inverter) wordt door BP Solar op
10
ECN-C--03-121
ongeveer 400V DC geschat (condities: heldere dag en een laminaattemperatuur van –20oC). Bij de keuze van de DC-componenten is van een waarde van 500V uitgegaan. De kortsluitstroom wordt op ongeveer 5 amp geschat in vol licht. De indeling van de zonnecellen en series op de serrekap staan aangegeven op de tekeningen in bijlage 1 van dit rapport. De 29 strings zijn verbonden met 15 PV-inverters, die de DC-stroom die door de PV-modules wordt opgewekt, omzetten in wisselstroom (AC-stroom). De AC-stroom wordt vervolgens teruggeleverd aan het elektriciteitsnet in het gebouw. De 29 strings zijn verbonden met 14 inverters van het fabrikaat SMA, type Sunny Boy 2400 (twee strings per inverter) en een SMA Sunny Boy 110E inverter, waaraan 1 string verbonden is. De inverters bevinden zich op de zolder van gebouwmodule 1.
3.2
Kenmerken PV-systeem
Merk en type Soort
BP-SGG 75,5 frameloos glas-glaslaminaat, voorzien van hoogrendements LGBG lasercellen, fabrikaat BPS Laminaatopbouw 4mm glas, EVA, LGBG PV-cellen, EVA, 4 mm glas Afmetingen 576 x 1175 x 7 mm3 Gewicht ongeveer 15 kg Celafstand en lichtdoorlatendheid celafstand 8 mm, randen 60 mm aan de korte zijde en 25 mm aan de lange zijde. Lichtdoorlatendheid 30% Vermogen 125 x 125 mm2 ad 2,36 Wp/cel = 75,5Wp MPP Celefficiency 17%. Kleur: donkerblauw RAL 5004 Omvormers SME Sunny Boy 2400 SME Sunny Boy 1100E Aantal modules: 365 Maximaal vermogen systeem: 365x 75,5 Wp = 27.557 Wp (afgerond 27,5 kWp) Door BP Solar geschatte maximale opbrengst van 22.000 kWh per jaar het systeem
3.3
Selectie van leveranciers
ECN heeft een aantal PV leveranciers gevraagd offerte uit te brengen voor een PV-systeem op het serre-dak. De benaderde leveranciers waren: - BP Solar, in Nederland vertegenwoordigd door Solarned - BST Group - Saint –Gobain Glass Solar - Shell Solar - Solon AG - Stroomwerk Er is ervoor gekozen om geen bestek te maken. In de eerste plaats lieten de planning van de bouwkundige werkzaamheden en de complexiteit van de financiële en organisatorische zaken rondom dit PV-systeem niet toe dat aan het schrijven van een gedetailleerd bestek voldoende tijd kon worden besteed. Een tweede, meer principiële overweging was, dat een bestek de verschillende leveranciers onnodig zou vastpinnen. De te leveren producten –modules met mogelijk verschillende cellen, verschillende grootte, verschillende samenstelling, inverters, inverteropstelling, ideale bekabeling, uitvoering, etc.- kunnen per leverancier zodanig verschillen, dat de specificatie in overleg en in samenwerking met de aanbieders eigenlijk herschreven zou moeten worden, om het aangebodene afdoende te definiëren. Deze werkwijze
ECN-C--03-121
11
is verre van efficiënt daarom is aan de hand van een aantal uitgangspunten een voorstel gevraagd aan de aanbieders, op basis waarvan een eerste selectie kon worden gemaakt. Belangrijke uitgangspunten voor de installatie die de aanbieders zijn voorgelegd waren: - grootte van de installatie en soort installatie (netgekoppeld); - elektrische eisen; - vereiste minimum levensduur: 20 jaar; - eisen aan de panelen (afmetingen, sterkte, lichtdoorlatendheid); - eisen aan gekalibreerde cellen ten behoeve van metingen; - soort afwerking; - wijze van plaatsing; - plaats van de inverters; - opbrengstgarantie (minimaal 750 kWh/kWp); - wettelijke eisen waaraan de installatie moet voldoen; - de modules moeten ISPRA gecertificeerd zijn; - omschrijving van de levering: - leveren van de panelen, inverters en bekabeling; - project engineering; - werkoverleg met opdrachtgever en bouwkundige aannemer; - supervisie tijdens de werkzaamheden; - documentatiepakket bestaande uit: - systeembeschrijving; - pakket werktekeningen; - gebruikershandleiding; - overzicht van geleverde materialen en diensten; - revisietekeningen op papier en op CD-ROM in AutoCad formaat; - blokschema bestaande uit: - installatieschema; - plaatsing van de inverters; - groepenkasten; - schema van bekabeling van de panelen; - installatie: - aanbrengen aarding; - aanbrengen van de bekabeling van de panelen; - plaatsen van de inverters; - aansluiten paneelbekabeling op de inverter; - aansluiten van de AC-zijde van de inverter; - afwerken van de aarding; - in bedrijfstellen en geheel werkend op te leveren; - de garantie op het functioneren van de installatie dient minimaal vijf jaar te zijn. De offerte diende te bevatten: - een berekening die de opbrengstgarantie van 750 kWh / kWp aantoont; - het aantal te leveren modules, inclusief 2% reserve; - een schets van de modules; - het totaal geïnstalleerde piekvermogen; - het aantal en de types inverters die toegepast gaan worden; - de DC systeemspanning van de installatie; - levertijden; - informatie over: - benodigde verzekeringen; - benodigde opslag; - eventueel door ECN beschikbaar te stellen materialen en/of diensten.
12
ECN-C--03-121
Op het moment dat de aanbieding werd gevraagd was de PV-markt in Duitsland nogal overspannen. Vermoedelijk hierdoor kwam er een zeer beperkt aantal reacties op de vraag om een aanbieding te doen. Shell Solar kon op het moment van aanbieding niet voldoen aan het gevraagde. Met name de frameloze glas-glasmodules vormden een probleem. BST Group was door een misverstand te laat met het verstrekken van de gevraagde informatie. Omdat de aanbieding van BP Solar / Solarned een goede prijs/kwaliteitsverhouding liet zien, is besloten om met BP Solar verder te gaan.
3.4
Uitvoeringsaspecten
BP Solar heeft een grote ervaring in het leveren en engineeren van PV-systemen. Het is daarom niet verwonderlijk, dat er geen grote problemen waren bij de uitvoering van het werk. Niettemin moesten enkele correcties worden aangebracht, onder andere omdat een groot aantal modules 180o gedraaid in de sponningen bleek te liggen. Na afloop van de montage bleken 7 modules door glasbreuk te zijn beschadigd. Deze zijn vervangen door modules uit de voorraad reservemodules. De referentiepanelen werden te laat geleverd. Daarom moesten tijdelijk ruiten worden gemonteerd op de beoogde plaats van de referentiemodules. Door de moeilijke bereikbaarheid van de modules (ze zijn slechts met behulp van een schaarlift te bereiken) waren de kosten van het achteraf aanbrengen zeer hoog. Coördinatie met de bouwkundige werkzaamheden was een permanent punt van aandacht. De bouwkundige aannemer was zeer bereidwillig, maar had in het geheel geen ervaring met PVprojecten. Dit heeft een extra druk gelegd op de begeleiding van het project door de opdrachtgever.
Afb.3 Montage van de modules en beglazing met behulp van een hoogwerker
ECN-C--03-121
13
3.5
Oplevering en metingen
Doordat er tijdens de uitvoering permanent toezicht op het werk was door de opdrachtgever (ECN), zowel op het bouwkundige als op het PV-technische deel, deden zich bij de oplevering van het PV-dak geen verrassingen voor. Problemen lagen er evenwel bij de werking van de inverters. Een aantal inverters bleek niet of niet goed te functioneren. Reparatie heeft plaatsgevonden onder de garantie. Bij inspecties in juli 2003 bleek wederom een inverter defect, terwijl 5 strings totaal niet werkten. Dit is na melding aan BP Solar onder de garantie gerepareerd. Doordat het project ten opzichte van het oorspronkelijk ontwerp nog slechts ten dele is voltooid, is ook een uitgebreide monitoring achterwege gebleven. Niettemin is er wel een aantal opbrengstgegevens bekend. De opbrengsten van het PV-systeem kunnen worden afgelezen op een kilowattuurmeter. De opbrengstgegevens zijn de volgende: Datum 3 september 2002 4 juli 2003 7 augustus 2003 12 november 2003
kWh-standen 37.889 54.520 57.701 64.524
Om het jaargemiddelde te kunnen bepalen is de meterstand op 3 september 2003 geschat als gemiddelde van 7 augustus 2003 en 12 november 2003. De geschatte meterstand op 3 september 2003 is 61.113 kWh. Daarmee is de jaaropbrengst bepaald op 23.223 kWh, hetgeen neerkomt op 843 kWh / kWp. Deze hoge opbrengst is te verklaren uit het bovengemiddeld zonnige jaar. Om een reëel beeld te geven, moet de opbrengst genormeerd worden naar een gemiddeld jaar. Er ontstaat dan het volgende beeld Geproduceerde elektrische energie Meterstand per 3-9-02 37.889 kWh Meterstand per 12-11-03 64.524 kWh Verschil 26.635 kWh
Instraling cumulatief H horizontaal per 3-9-02 H horizontaal per 12-11-03 Verschil
1208 kWh/m2 2618 kWh/m2 1410 kWh/m2
De opbrengst genormeerd naar een normaal jaar (1000 kWh/m2) is 18.890 kWh, hetgeen overeenkomt met 685 kWh / kWp. Het verschil met het gestelde uitgangspunt van 750 kWh / kWp is als volgt te verklaren: - zoals in het bovenstaande is vermeld, is een inverter en een aantal strings kapot geweest. Dit heeft de opbrengst uiteraard negatief beïnvloed; - de modules zijn ernstig vervuild geweest door de excrementen van meeuwen, vooral de modules die een vrijwel horizontale positie hebben. Doorgaans wordt dit probleem opgelost door een paar stevige regenbuien. De zomer van 2003 is echter uitzonderlijk droog geweest, zodat de consequenties van de vervuiling op de opbrengst van het systeem van wezenlijke invloed zullen zijn geweest. Niettemin is een genormeerde jaaropbrengst die 10% beneden het gestelde doel ligt alleszins redelijk te noemen.
14
ECN-C--03-121
4.
FINANCIEEL-ECONOMISCHE EVALUATIE
Het lijdt geen twijfel, dat PV een kostbaar product en een kostbare elektriciteitsopwekker is, gemeten naar de opbrengst als functie van de investering. Echter, door een weldoordachte toepassing van PV in gebouwen, waarbij PV verschillende functies kan vervullen, kan de investering in een geheel ander perspectief worden geplaatst. De investering in het PV-systeem van ECN-gebouw 42-1 bedroeg fl 569.128,-- voor levering en plaatsing van 365 modules en 15 inverters. Bovendien is de prijs van 10 reservemodules in dit bedrag begrepen. Met een piekvermogen van Pnom = 27,56 kW is de investering fl 20,65/Wp, dit is € 9,47/Wp. Deze bedragen komen in een ander licht te staan wanneer het volgende in de beschouwing wordt betrokken: - doordat de PV-modules als parasol voor het gebouw functioneren, kon de koellast worden gereduceerd tot een niveau waarop met natuurlijke koeling kan worden volstaan. Hiermee is een koelinstallatie uitgespaard van naar schatting € 115.000,-- ; - door de lichtwerende werking van de modules kon de investering in een buitenzonweringsysteem achterwege blijven. De hiermee uitgespaarde kosten bedragen ongeveer € 15.000. Bovendien lijdt de lichthof in het gebouw nu niet aan oververhitting. Zonder PV-serre zou dat zeker wel het geval geweest zijn. Er zou dan een extra ventilatievoorziening moeten zijn getroffen van naar schatting € 20.000,-- ; - waar PV-modules zijn aangebracht kon beglazing met gehard glas achterwege blijven (247 m2). Hiermee is een bedrag uitgespaard van ongeveer € 12.500,--.
Afb.4 De PV-modules vervangen voor een belangrijk deel de beglazing van de serrekap
ECN-C--03-121
15
Andere voordelen van de serrekap, zoals de bufferwerking tussen het binnen– en buitenklimaat, waardoor er een lagere warmtevraag is, en de meerwaarde die aan de serre als gebruiksruimte voor exposities en dergelijke kan worden toegekend, laten wij hier buiten beschouwing. Deze zijn immers gebonden aan het wezen van de serre, en niet aan de essentie van de PV-modules. Wanneer de bovengenoemde uitgespaarde kosten worden meegenomen in de kostenberekening van het PV-systeem, bedragen de netto-kosten € 98.570 (fl 214.880) De investering per Wattpiek is dan € 3,58 / Wp (fl 7,80 / Wp). De opgewekte elektriciteit vertegenwoordigt met € 880,- per jaar slechts een marginale waarde in verhouding tot de totale stroomkosten die ECN als grootgebruiker betaalt.
16
ECN-C--03-121
5.
HET DEMONSTRATIE-EFFECT
5.1
Publicaties
Een van de moeilijk te kapitaliseren effecten van de PV-serrekap is de publiciteit die aan het gebouw is gewijd. Zowel het totale energieconcept, het PV-systeem, het integrale gebouwconcept, het materiaalgebruik, de duurzaamheidsaspecten als ook de architectuur zijn in vele vakpublicaties en in de meer populaire pers aan de orde geweest. Wij noemen onder andere: - Het Houtblad 6/2001; - Hout in de Bouw 7/01; - Cobouw 24 november 2001; - Bouwwereld 5 november 2001; - Detail in Architectuur januari/februari 2002; Daarnaast is het gebouw in vele bedrijfspublicaties beschreven, zoals: - bedrijfsinformatie Fabricom Electrical (elektrotechnisch installatiebedrijf betrokken bij de bouw); - projectdocumentatie BP Solar; - Objektbericht februari 2002 van Fabromont AG projectstoffering. Dat het gebouw ook uitvoerig is gedocumenteerd op de webpagina van BEAR architecten en van ECN, spreekt voor zich. Naast de publicaties waarin het gebouw met name wordt genoemd, zijn er ook talloze publicaties als folders waarin het gebouw zonder nadere details wordt getoond, onder meer in een brochure van Senter, in een uitnodiging voor een symposium over hout in de bouw, en in algemene publicaties (ook buiten Nederland) over PV-integratie in architectuur en in Novempublicaties. In een televisiedocumentaire op SBS6 over de World Solar Challenge 2003 (race van noord naar zuid Australië voor voertuigen die door middel van PV worden aangedreven) werd Gebouw 42 getoond als voorbeeld, dat PV vooral interessant is voor toepassing in gebouwen. De Chinese televisie heeft in een programma over duurzaam en energiebewust bouwen in Nederland aandacht besteed aan Gebouw 42. Voor deze uitzending is in de serre van het gebouw een vraaggesprek gevoerd met de architect en de bij het PV-project betrokken ECNmedewerker. Over het gebouw zijn internationaal publicaties verschenen, onder meer in het kader van het IEA-PVPS-programma. Vooral in taak 7 van het PVPS-programma, Photovoltaics in the Built Environment, heeft Gebouw 42 ruimschoots aandacht gekregen.
5.2
Presentaties
Er zijn talrijke presentaties gehouden in en over het gebouw. In de eerste plaats kunnen de presentaties op de Open Dag van ECN worden genoemd, die duizenden bezoekers hebben getrokken. Daarnaast vormt een bezoek aan Gebouw 42 vrijwel altijd een vast onderdeel van het programma voor bezoekers van ECN: bedrijven, architecten, scholen, universiteiten, overheden - alle zowel nationaal als internationaal - en talloze individuele gasten van ECNmedewerkers.
ECN-C--03-121
17
Het gebouw is onderwerp geweest voor tal van presentaties die de architect en ECNmedewerkers gehouden hebben op nationale en internationale congressen en symposia, zoals: - Europese PV-conferenties; - ISES-conferenties; - conferenties in Europa, China, de VS en Canada op het gebied van duurzaam bouwen. Het is opmerkelijk, dat de bovengenoemde presentaties en publicaties in veel gevallen het initiatief zijn geweest van de desbetreffende organisaties en redacteuren. Natuurlijk zijn er ook presentaties geïnitieerd door ECN en door de architect. Echter, het feit dat er “van buiten” zoveel belangstelling is getoond laat zien, dat het gebouw heeft bijgedragen aan een brede verspreiding van interesse voor gebouwgeïntegreerde PV en energiezuinig bouwen.
18
ECN-C--03-121
6.
CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN
6.1
Conclusies
Uit het project kunnen de volgende conclusies worden getrokken: - PV kan architectonisch aantrekkelijk en financieel acceptabel zijn wanneer het verschillende functies vervult. - PV toegepast in een spraakmakend gebouwontwerp draagt bij tot popularisering van PV. - Het ontwikkelen, “engineeren” en beoordelen van een gebouwgeïntegreerd PV-systeem is een proces met vele onverwachte aspecten. Het ontwikkelen en begeleiden van het systeem in Gebouw 42 heeft daarmee bijgedragen aan verdere kennisontwikkeling op het gebied van gebouwgeïntegreerde PV- systemen van ECN en BEAR Architecten. De opgedane kennis en ervaring is reeds zinvol toegepast in latere PV-projecten.
6.2
Aanbevelingen
Vanuit de ervaring die met het project is opgedaan kunnen de volgende aanbevelingen worden gedaan: - Wanneer professionele aanbieders van PV-installaties worden uitgenodigd om een aanbieding te doen, kan in beginsel worden volstaan met een omschrijving van de gewenste installatie, bijvoorbeeld zoals is weergegeven in hoofdstuk 3 van dit rapport. Men dient zich er evenwel vooraf van te overtuigen, dat de aanbieder daadwerkelijk in staat is om op professionele wijze een installatie te ontwerpen en te realiseren. Wanneer dit niet zeker is, verdient het aanbeveling om door een deskundig adviseur een bestek te laten opstellen. Bij de aanbieder zal dan wel geïnformeerd moeten worden welke producten de aanbieder kan leveren, en door wie hij de installatie wil laten uitvoeren. - De garantie- en onderhoudsregelingen vragen expliciet aandacht. Voordat een leveringscontract gesloten wordt, moet volledig duidelijk zijn hoe het onderhoud en de garantie geregeld zijn. Het vastleggen van de verantwoordelijkheden en verplichtingen is daarin van groot belang. - Om een goed project te krijgen, dat wil zeggen een goed functionerend PV-systeem in een goed functionerend en fraai gebouw, moet er veel aandacht worden besteed aan de coördinatie van de werkzaamheden van de PV-installateur en de bouwkundige aannemer. De architect of de professionele opdrachtgever dient hierin een centrale rol te spelen om teleurstellingen later te voorkomen. De rol van de architect is met name van het grootste gewicht wanneer het PV-systeem bepalend is voor de architectuur. In dat geval dient de architect zijn goedkeuring te geven aan alle constructieve en visuele aspecten van het project. Te denken is aan de vorm, afmetingen en materialen van de draagconstructie van de PV-installatie, de loop van de kabels, de verdeling van de cellen over de module, de plaats en afmeting van de verbindingsdozen, de kleur, vorm en grootte van de cellen. Ook dient de architect een standpunt te hebben over de positionering van de modules in de schil van het gebouw in relatie tot bezonning en beschaduwing. - Een betrokken opdrachtgever vergroot de kans op een succesvol project aanzienlijk. Betrokkenheid betekent in dit geval: een bewuste keuze voor PV, geïnteresseerd in het resultaat, bereid en in staat tot meedenken. - Om gegarandeerd te zijn van een PV-systeem dat goed in het gebouw is geïntegreerd moet aan ten minste de volgende voorwaarden zijn voldaan: er dient een architect te worden geselecteerd die verstand van zaken heeft op het gebied van gebouwgeïntegreerde PV; de leverancier van het PV-systeem dient te kunnen communiceren en open te zijn in het leveren van informatie;
ECN-C--03-121
19
-
-
20
de planning van het bouwproces moet ruimte laten voor installatie van het PVsysteem. Doordat de PV-installateur een niet alledaagse partner is in het bouwproces en doordat er bij de installatie niet te voorziene problemen kunnen optreden (door de uniciteit van iedere installatie) is het geen goede zaak om een zo strakke planning te hebben, dat de voortgang van de bouw in belangrijke mate bepaald wordt door het al dan niet voorspoedige verloop van de installatie van het PV-systeem. Uiteraard dient de installateur wel de nodige garanties te kunnen geven over uiterste opleveringsdatum, planning en afstemming van de werkzaamheden op die van de bouwkundige aannemer en overige onderaannemers; de verantwoordelijkheden tussen PV-installateur, aannemer en onderaannemers moeten vooraf duidelijk worden afgebakend. Het moet duidelijk zijn, wie verantwoordelijk is voor de eventuele uitvoeringsfouten, schades, en belemmeringen van de voortgang van de bouw. Er kan immers aan gebouwgeïntegreerde PV een veelheid aan functies worden toegekend. In het geval van Gebouw 42 waren dat –uiteraard- die van PV-systeem, waarvoor een PV-installatiebedrijf verantwoordelijk is, die van elektriciteitsopwekker, waarvan de aansluiting op het elektriciteitsnet onder verantwoordelijkheid van een installateur valt, die van beglazing van de serrekap, waarvoor de onderaannemer – leverancier van de kapconstructie verantwoordelijk is, en die van gebouwelement, dat valt onder eindverantwoordelijkheid van de aannemer. In andere gevallen kunnen daaraan worden toegevoegd of in de plaats worden gesteld: de functie van gevelelement, de functie van dakelement met al dan niet waterkerende eigenschappen, en functie van zonweringselement. Doordat alle architecten streven naar uniciteit, zijn de problemen en de te genereren oplossingen niet zelden ook (relatief) uniek. Dit geldt vooral voor een nieuw product als PV in een nieuwe toepassing als in gebouwen. Het vraagt om de nodige inventiviteit, niet alleen van architect en aannemer, maar ook van de PV-leverancier, installateur en professionele opdrachtgever.
ECN-C--03-121
BIJLAGEN
ECN-C--03-121
21
22
ECN-C--03-121
ECN-C--03-121
23
24
ECN-C--03-121
ECN-C--03-121
25
