Architectuur en integratie van zonne-energie in gebouwen: esthetiek, technologie en regelgeving

Esthetisch hoogwaardige zonne-energieoplossingen winnen steeds meer terrein in de bouwsector. Architecten en bouwprofessionals zoeken naar systemen die niet alleen energie-efficiënt zijn, maar ook naadloos passen in het ontwerp van een gebouw. PREFA speelt hierop in met twee baanbrekende producten: de PREFALZ Solarmodule en de Solar-dakpan. De PREFALZ Solarmodule is specifiek ontwikkeld voor het PREFALZ daksysteem van PREFA. Deze glas-glas fotovoltaïsche modules maken gebruik van TOPCon-celtechnologie, die tot 10% meer vermogen levert, zelfs bij diffuus licht. "De grote troef van de PREFALZ Solarmodule is de integratie zonder dakdoorboringen," legt Tom Vanhandenhove, Country Manager Benelux bij PREFA, uit. "Dat maakt de installatie niet alleen eenvoudiger en sneller, maar het verhoogt ook de levensduur van het dak. Het systeem is geschikt voor dakhellingen van 3° tot 60° en biedt dankzij het beperkte aantal componenten een efficiënte montage. De Solar-dakpannen van PREFA gaan nog een stap verder op vlak van esthetiek. Dit systeem integreert fotovoltaïsche cellen rechtstreeks in de aluminium dakpan. Zo ontstaat één geheel waarbij het dak niet langer wordt verstoord door zichtbare zonnepanelen. "We horen vaak van architecten dat ze de visuele impact van traditionele zonnepanelen storend vinden," zegt Vanhandenhove. "Met de Solar-dakpan spelen we hierop in. De Solar-dakpan is compatibel met de dakpan R.16 en het dakpaneel FX.12. Dankzij het robuuste ontwerp met antireflecterend solarglas is het bestand tegen extreme weersomstandigheden, waaronder hagel en storm. "Een dak moet niet alleen beschermen tegen de elementen, maar kan ook een actieve rol spelen in de energievoorziening van een gebouw," benadrukt Vanhandenhove. "Onze Solar-dakpan bewijst dat esthetiek en functionaliteit hand in hand kunnen gaan. Voor architecten en bouwprofessionals bieden deze oplossingen nieuwe ontwerpmogelijkheden zonder concessies aan duurzaamheid of prestaties. "De eisen op vlak van energieneutraliteit gaan steeds verder," zegt Vanhandenhove. "Met deze producten willen we architecten en bouwprofessionals inspireren. Naast esthetische integratie wordt elektrische integratie binnen het gebouw en het lokale elektriciteitsnet steeds belangrijker. Op het gebied van zonneproducten in voertuigen pakken we verschillende uitdagingen aan. Daarnaast werken we aan het modelleren van de verwachte impact van zonneproducten in voertuigen op de laadbehoeften van elektrische voertuigen, afgestemd op het type voertuig en gebruik. Met Nederland als koploper hebben drijvende zonnesystemen de potentie om aanzienlijk bij te dragen aan de energietransitie. We doen onderzoek naar de effecten van wind en golven op zonnepanelen en de levensduur van drijvende zonne-energiesystemen. Daarnaast onderzoeken we de ecologische impact van deze systemen op het zeeleven en de waterkwaliteit. We richten ons op het optimaliseren van het ontwerp van duurzame zonneparken, waarbij we niet alleen rekening houden met de financiële business case, maar ook met de sociale waarde. Gezamenlijk ontwikkelen we certificeringen voor zonneparken met ecologische meerwaarde en voor parken die landbouw combineren met zonne-energie. TNO heeft onderzoeksprojecten geleid die gaan over de integratie van zonnepanelen in bestaande oppervlakken zoals wegen, bermen, geluidsschermen, vangrails, fietspaden en dijken. Belangrijke vragen zijn onder andere of er nog ruimte is voor aansluitingen, hoe opwekking en vraag per dag of per jaar zijn verdeeld en wat knelpunten en oplossingen zijn. Daarnaast maken we gebruik van uitgebreide gegevens over de prestaties en werking van hybride en zonnestroomsystemen, het energienetwerk en de energiemarkten. TNO werkt met veel partijen samen. Nauwe samenwerkingen zijn er onder meer met de Nationale Consortia, Rijkswaterstaat, Heijmans, BAM, Lightyear, Fraunhofer ISE (Duitsland), Supsi (Zwitserland), EURAC (Italië). Nieuwe samenwerkingen ontstaan met grote autofabrikanten. De eerste generatie zonnepanelen bereikt het einde van haar levensduur. Er komen nieuwe eisen voor het opwekken van zonne-energie via installaties op gebouwen. De vernieuwde richtlijn voor de energieprestatie van gebouwen (EPBD IV) schrijft voor dat gebouwen geschikt moeten zijn voor het opwekken van zonne-energie. Nieuwe gebouwen moeten zo worden ontworpen dat ze via installaties zonne-energie kunnen opwekken, of zodanig dat het toevoegen van die installaties op een later moment kan. Er wordt een verplichting opgenomen in het Besluit kwaliteit leefomgeving dat hiermee rekening wordt gehouden in het ontwerp. Tot 1 januari 2030 blijven de eisen voor Bijna Energieneutrale Gebouwen (BENG) gelden. Bestaande utiliteitsgebouwen moeten na een ingrijpende renovatie een minimale hoeveelheid hernieuwbare energie kunnen opwekken met een zonne-energie-installatie. Na een ingrijpende renovatie moeten overheidsgebouwen een minimale hoeveelheid hernieuwbare energie kunnen opwekken. Angèle Reinders combineert in haar onderzoek energietechnologie met ontwerpvragen. Die interdisciplinaire aanpak past goed bij de professor Ontwerp van duurzame energiesystemen aan de TU/e-faculteit Mechanical Engineering. “Ik kijk niet alleen naar de technologie, maar ook naar wat je ermee kunt. Mijn focus ligt op manieren om duurzame energie te integreren in allerlei toepassingen, van gebouwen tot voertuigen.”In Reinders’ werk draait het om de vertaalslag van onderzoek naar de praktijk. “Met metingen en simulaties berekenen we bijvoorbeeld hoeveel zonnestraling een zonneauto opvangt terwijl die rijdt”, zegt ze. Angèle Reinders. Daarbij wordt het totaalplaatje bekeken: is de technologie voldoende ontwikkeld, is de toepassing financieel haalbaar, kan het worden geïntegreerd in een product en hoe reageren gebruikers erop? Die combinatie van factoren bepaalt uiteindelijk of een technologie daadwerkelijk wordt toegepast.“Het ultieme doel is om CO₂-emissies te verlagen, de energietransitie te versnellen en onze energiezekerheid te waarborgen. En dat tegen betaalbare kosten en met een goede inpassing in onze leefomgeving”, zegt Reinders. “En het moet er ook goed uitzien”, voegt ze met een glimlach toe.Geïntegreerde benaderingDie inpassing - door Reinders gedefinieerd als de brede integratie van zonne-energie in producten, gebouwen, infrastructuur en de leefomgeving - is volgens haar cruciaal. Ze stelt dat er nog veel meer uit zonne-energie te halen valt door panelen anders te integreren in gebouwen en objecten.“Ik geloof dat wij als mensen onze omgeving kunnen ontwerpen en daarmee ook zelf kunnen bepalen hoe de energietransitie eruit zal zien. In plaats van steeds meer grootschalige zonneparken aan te leggen, kunnen we ook nadenken over manieren waarop zonnepanelen beter geïntegreerd kunnen worden in het landschap of in combinatie met landbouw.”In de infrastructuur zit enorm veel ruimte die je kunt benutten voor zonne-energie. Waarom zouden we die niet gebruiken?Met zo’n geïntegreerde benadering wordt bovendien optimaal gebruikgemaakt van de Nederlandse ontwerpexpertise, zegt Reinders. “Nederland is echt een ontwerpland, met sterke ontwerpopleidingen en de Dutch Design Week. Zo kun je energietechnologie invoeren op een manier die past bij hoe mensen hun leefomgeving ervaren. Bovendien kun je functies combineren. Als je bijvoorbeeld een deel van de gebouwschil vervangt door zonnepanelen, ontstaat ineens een nieuw soort bouwcomponent.”

Onbenutte ruimte en praktische uitdagingen

Toen Reinders een tijd geleden in een radioprogramma werd gevraagd naar haar mening over een project dat draaide om het plaatsen van zonnepanelen tussen treinrails, was ze meteen enthousiast. Volgens haar zijn er in Nederland nog veel onbenutte ruimtes die geschikt zijn voor het opwekken van zonne-energie, zoals spoorinfrastructuur, geluidsschermen langs snelwegen en taluds. “In die infrastructuur zit enorm veel ruimte die je kunt benutten voor zonne-energie. Waarom zouden we die niet gebruiken?” zegt ze. Helemaal nieuw zijn die ideeën niet: er lopen al verschillende pilotprojecten, al bleef grootschalige toepassing tot nu toe uit. Volgens Reinders wordt dat nu steeds interessanter, mede door de opkomst van elektrische auto’s. “Waarom zouden we daarvoor geen zonne-energie gebruiken?”

Ook in de gebouwde omgeving ziet Reinders grote kansen voor zonne-energie. Ze werkt zelf, met support van het 4TU Heritage project, aan de renovatie van verouderde gebouwen en de integratie van zonnepanelen in daken en gevels. Daarbij gaat het niet om losse panelen op het dak, maar om zogenoemde geïntegreerde zonnepanelen, waarbij zonnecellen onderdeel worden van het bouwmateriaal zelf, zoals gevelpanelen. “Je kunt op die manier van een gebouw een duurzame energiecentrale maken”, zegt ze. In combinatie met seizoensopslag zou dat een belangrijke richting kunnen zijn voor duurzame energievoorziening in de gebouwde omgeving. “Gebouwen verbruiken zelf ook veel energie, dus als je die lokaal opwekt, sluiten vraag en aanbod veel beter op elkaar aan.”

In plaats van zonnepanelen achteraf op bestaande gebouwen te plaatsen, zouden ze in de toekomst al in het ontwerp kunnen worden meegenomen. Er bestaan bedrijven die werken aan zonnepanelen die gekleurd of bedrukt kunnen worden, zodat ze beter aansluiten bij het aanzicht van een gebouw of indien nodig nauwelijks opvallen.“Zo kun je zonnepanelen in terracottakleur of met een betonlook produceren, die niet te onderscheiden zijn van de originele bouwmaterialen”, zegt Reinders. Uiteindelijk moeten ze goed worden ingepast in een gebouw en de bijbehorende omgeving, op een manier die niet stoort. “Een voorbeeld zijn zonnepanelen in de vorm van dakpannen, die vrijwel niet opvallen.”

Praktische uitdagingenNaast esthetische en ontwerptechnische vraagstukken zijn er ook praktische uitdagingen. Zo moeten geïntegreerde zonnepanelen op een slimme manier worden bevestigd, zodat beschadigde onderdelen eenvoudig vervangen kunnen worden. Ook het schoonhouden van de oppervlakken is belangrijk, omdat vervuiling het zonlicht kan blokkeren.“In Nederland valt het gelukkig mee, want het regent vaak, waardoor vervuiling op een zonnepaneel zich niet te veel ophoopt. Maar bij weinig regenval in een stoffige omgeving - denk aan zonne-energiesystemen in de woestijn - moet je wel actieve reinigingssystemen inzetten, want anders neemt de opbrengst aanzienlijk af”, zegt Reinders.

Wat het daarnaast complex maakt, is dat zonne-energiesystemen in gebouwen zich op het grensvlak bevindt van verschillende technische eisen en regelgeving. Ze moeten niet alleen voldoen aan de standaarden voor zonnepanelen, maar ook aan bouwvoorschriften rond bijvoorbeeld brandveiligheid en geluidsisolatie. In principe zou je met zonnekleding tijdens een festival je telefoon kunnen opladen zonder een powerbank mee te nemen“Het zonnepaneel moet als bouwcomponent dan ook voldoen aan de bijbehorende bouwnormen en certificeringen”, legt Reinders uit. “Daar wordt hard aan gewerkt, maar er zijn nog veel vraagstukken waarbij verschillende disciplines samen moeten komen.”

In een zonnejurk naar een festivalDaarnaast bestaan er ook minder gangbare toepassingen van zonne-energie. Zo wordt er geëxperimenteerd met zonnecellen in kleding. Er bestaan bijvoorbeeld ontwerpen van jurken met zonnepanelen op de schouders of borst, en ook horloges met geïntegreerde zonnecellen. Die laatste zijn commercieel goed verkrijgbaar.“Het is nog heel niche en experimenteel, maar in principe zou je met zonnekleding tijdens een festival je telefoon kunnen opladen zonder een powerbank mee te nemen”, zegt Reinders. “Zeker bij mooi weer.”

Verschillende stakeholders en toekomstperspectieven

Hoe realistisch is het dat dit soort innovaties ooit onderdeel worden van ons dagelijks leven? Reinders heeft daar vertrouwen in. “Ik geloof dat zonneauto’s en de integratie van zonne-energie in de gebouwde omgeving sowieso hun weg naar de maatschappij zullen vinden”, zegt ze. “En zonnecellen in wearables, zoals horloges of telefoonhoesjes, en internet-of-things-toepassingen zie ik al gebeuren. Denk bijvoorbeeld aan solar powered prijslabels in supermarkten.” De integratie van zonnecellen in andere productsoorten, zoals kleding, blijkt volgens haar wel ingewikkelder. Net als bij toepassingen in gebouwen komt de technologie dan terecht in een compleet nieuwe productsector, met eigen regels en standaarden. “Zo moet je niet alleen voldoen aan eisen voor zonnecellen, maar ook aan normen voor kleding. Zonnecellen in textiel moeten flexibel zijn, wasbaar of verwijderbaar, en mogen bijvoorbeeld geen toxische elementen bevatten.”

Naast verschillende standaarden, certificering en regelgeving krijg je bij dit soort innovaties ook met heel andere stakeholders te maken. “Je begeeft je eigenlijk in een compleet nieuwe wereld”, zegt Reinders. Juist daarom is samenwerking tussen verschillende disciplines essentieel. Ontwerpers en architecten kunnen helpen om de technologie te vertalen naar concrete toepassingen in de praktijk. “Zij kunnen een brug slaan naar het specifieke domein.”

Esthetisch aspectLast but not least speelt ook het esthetische aspect een belangrijke rol. “Wanneer we zonnecellen in materialen kunnen integreren op een manier die gepersonaliseerd kan worden - bijvoorbeeld in verschillende kleuren of met bedrukking - dan is de kans dat mensen die technologie omarmen aanzienlijk groter”, zegt Reinders. “Een dakelement dat er goed uitziet zullen consumenten ook echt in hun woning willen toepassen. Als je dat samenspel bereikt, dan zit je goed.”

Volgens haar zitten we nu precies in de fase waarin samenwerking tussen sectoren en stakeholders cruciaal wordt om de technologie succesvol te integreren. Zelf hoopt Reinders dat zonne-energie de komende jaren steeds vaker onderdeel zal worden van uiteenlopende toepassingen. “De technologie is er al, het werkt en het is rendabel, dus ik ben wat dat betreft heel zon-minded”, zegt ze met een glimlach. Duurzaamheid wordt steeds belangrijker in de moderne architectuur. Architecten gaan tegenwoordig verder dan esthetiek en functionaliteit. Duurzaamheid komt steeds hoger in het vaandel!

Niet alleen nieuwe gebouwen maar ook oude gebouwen worden gemoderniseerd. In deze blogpost verkennen we enkele bekende gebouwen die succesvol zonne-energie opwekken. 1. De Eiffeltoren Dat je op de Eiffeltoren een hapje kunt eten is al erg bijzonder. Maar dat je energieverbruik in dat restaurant deels gecompenseerd wordt met zonne-energie is al helemaal uniek! Het restaurant op de eerste verdieping van de Eiffeltoren bevat 10 vierkante meter aan zonnepanelen. Deze panelen dekken 50% van het warm waterverbruik in dit restaurant. Daarnaast bevat de Eiffeltoren twee windturbines op 120 meter hoogte. Ze zijn onopvallend omdat ze in dezelfde bruine kleur zijn verfd als het monument zelf. In het huidige ontwerp kunnen de windturbines 360 graden rondom het gebouw wind opvangen en 10.000 kWh per jaar opwekken. Bovendien veroorzaakt het gebruik geen geluidsoverlast, omdat het een 100% stil systeem is. Daarnaast gebruikt dit beroemde gebouw een efficiënt verwarmingssysteem, zuinige led-verlichting en een regenwaterrecuperatiesysteem.Bron: CBS News

1. Het Witte Huis: In 2014 werden de zonnepanelen opnieuw geïnstalleerd. Naar schatting produceren ze jaarlijks ongeveer 19.000 kWh.
2. Het Vaticaan: 2.400 zonnepanelen op Nervi Hall en LED-verlichting, met reductie van CO2-uitstoot.
3. Burj Khalifa: bijna 400 zonnepanelen leveren circa 3.200 kWh per dag.
4. Apple Park: sinds 2018 draait Apple 100% op hernieuwbare energie dankzij dak- en omgevingssystemen.

De technologie achter zonne-energie heeft de afgelopen jaren een enorme ontwikkeling doorgemaakt. De technologie van zonne-energie heeft de afgelopen jaren een enorme ontwikkeling doorgemaakt. Voor een diepgaand begrip van de nieuwste ontwikkelingen in zonne-energietechnologie is Nanoenergy van Edson Leite en Flavio Souza essentieel. Als professor aan de Federal University of São Carlos in Brazilië, heeft Edson Leite baanbrekend onderzoek verricht naar nanomaterialen voor zonne-energietoepassingen. Zonne-energie als onderdeel van de energietransitie Zonne-energie speelt een cruciale rol in de wereldwijde transitie naar duurzame energiebronnen. De explosieve kostendaling van zonne-energie van meer dan 80% in het afgelopen decennium heeft een omslagpunt gecreëerd waarbij zonne-energie in steeds meer regio's kosteneffectiever is dan fossiele brandstoffen, zelfs zonder subsidies. Praktische toepassingen in gebouwde omgeving Zonne-energie biedt veel mogelijkheden voor integratie in gebouwen en infrastructuur. Andy van den Dobbelsteen is hoogleraar Climate Design & Sustainability aan de Faculteit Bouwkunde van de TU Delft. Zero-Energy Design van Andy van den Dobbelsteen laat zien hoe zonnepanelen en zonnecollectoren effectief kunnen worden geïntegreerd in gebouwontwerp. In de praktische toepassing van zonne-energie is het belangrijk om onderscheid te maken tussen fotovoltaïsche systemen (die elektriciteit opwekken) en thermische systemen (die warmte opwekken).

tags: #dak #energie #opwekken #architectuur