TNO
Zonnepanelen zijn goed voor het milieu, maar de schoonheidsprijs verdienen ze niet. Dat is een barrière bij sommige toepassingen. Dutch Solar Design, een initiatief van onder meer TNO, brengt daar verandering in: in principe zijn zonnepanelen in alle vormen en met allerhande prints mogelijk. De technologie is klaar voor marktintroductie, maar nog lang niet uitontwikkeld.
Bezoekers van de Dutch Design Week konden eind oktober een innovatief kunstwerk bewonderen, bestaand uit vrolijke rode, paarse, blauwe en groene panelen met ontwerpen overlopend van baksteen naar een abstract figuur met dieptewerking naar groene, natuurlijke patronen. De panelen waren niet direct herkenbaar als zonnepanelen, want die zijn doorgaans blauwzwart en voorzien van een aluminium frame.
Maar het waren wel degelijk zonnepanelen, geproduceerd volgens een methode die ontwikkeld is door TNO in samenwerking Aldowa (bouw), UNStudio (architectuur), TS Visuals (printtechnologie), Design Innovation Group (ontwerp) en de Hogeschool van Amsterdam (onderzoek en onderwijs) in het Dutch Solar Design project. Solar Visuals, opgericht door TNO, UNStudio/UNSense en TS Visuals, gaat het op de markt brengen.
‘Het gevaar bestaat dat de toepassing van zonne-energie en daarmee de energietransitie wordt afgeremd doordat mensen de toepassing van zonnepanelen niet mooi vinden’, vertelt dr. John van Roosmalen, die zich bij TNO (voorheen ECN) al 25 jaar bezig houdt met innovaties op het terrein van fotovoltaïsche cellen. ‘Daar moet je wat aan doen als je de opwekking dichtbij de mensen wilt houden. Anders krijg je wat nu met windenergie gebeurt: grote parken op zee, waar niemand ze ziet. Dat verhoogt de kosten.’
Lees verder onder de foto
John van Roosmalen
Daar komt bij dat de overheid in het kader van de energietransitie steeds strengere eisen stelt aan gebouwen. Voor alle nieuwbouw, zowel woningbouw als utiliteitsbouw, geldt dat aanvragen van de omgevingsvergunning vanaf 1 januari 2020 moeten voldoen aan de eisen voor bijna energieneutrale gebouwen (BENG). In 2023 zijn kantoorpanden vanaf 100 m2 verplicht tenminste energielabel C te hebben. Voor gebouwen van meer dan drie verdiepingen red je dat niet met zonnepanelen op het dak. Je zult er ook de gevel mee moeten bekleden.
‘Wij hebben die uitdaging opgepakt in samenwerking met de creatieve industrie’, zegt Van Roosmalen. ‘Architecten en ontwerpers bleken vooral behoefte te hebben aan kleur en keuzevrijheid. Onze aanpak richt zich op het opwekken van zonne-energie zonder daarbij creatieve vrijheid en artistieke expressie in te perken; heldere kleuren, vrijheid van ontwerp en flexibiliteit in maatvoering. Op deze aspecten zijn wij redelijk uniek.’
Die inzet leidde tot een productieproces waarbij de ontworpen print duurzaam wordt opgesloten in het zonnepaneel, achter het glas. Dit is een van de aspecten waar TNO sterk op heeft ingezet in het onderzoek. De andere grote uitdaging is de beheersing van de balans tussen esthetiek en rendement.
‘Onvermijdelijk verlies je rendement als je een deel van de zonnecellen afdekt met een print’, legt Van Roosmalen uit. ‘We willen oppervlakken benutten die anders niet in aanmerking zouden komen. We combineren feitelijk twee functies. Het is én fraaie gevelbekleding én energieopwekking. Daarbij wil je natuurlijk wel het productieproces zodanig beheersen dat je bij een bepaald uiterlijk een zo hoog mogelijk rendement haalt. En dat productieproces moet ook betaalbaar blijven bij grote volumes.’
Het eindresultaat is dat klanten van Dutch Solar Design kunnen kiezen voor een bepaalde verhouding van print en rendement. Aan de spoorzijde van een geluidsscherm zal men bijvoorbeeld eerder kiezen voor een hoog rendement, terwijl aan de huizenkant de nadruk meer op de kwaliteit van de print zal liggen.
‘Glas is een mooi materiaal’, vertelt Van Roosmalen verder. ‘Niet alle gebouwen zijn echter van glas. Het heeft ook zo zijn beperkingen: het is zwaar, kwetsbaar en duur als je het gehard en in allerlei vormen en maten wilt hebben. De aluminium frames waarmee standaard zonnepanelen op het dak worden bevestigd zijn vaak geen optie. Architecten vinden ze lelijk. De mogelijkheden om ‘blind’, dus onzichtbaar te bevestigen zoals een moderne gevelplaat zijn beperkt.’
Lees verder onder de foto
Met de Dutch Solar Design print is het mogelijk opvallende ontwerpen te maken, die eruit springen in het straatbeeld. Het is ook mogelijk rustige ontwerpen te maken, die juist opgaan in het straatbeeld, bijvoorbeeld met het uiterlijk van bakstenen, hout, metaal of klimop. Dat vraagt om een mat uiterlijk. Inmiddels heeft TNO hiervoor een mooi kunststof alternatief voor glas gevonden. Vervanging van het glas door kunststof geeft meer flexibiliteit in productie, vormvrijheid en bevestiging. Van Roosmalen: ‘Deze ontwikkeling zit deels nog in de verkennende fase. Er is nog veel werk te doen om optimale ontwerpvrijheid te kunnen paren aan duurzaamheid en produceerbaarheid.’
De integratie van fotovoltaïsche zonne-energie in gevels is een belangrijke eerste stap. Er wachten nog meer uitdagingen in de energietransitie en de verduurzaming van steden. In de gebouwschil kunnen meerdere functies gecombineerd worden, zoals het samenspel met isolatie, de opwekking van warmte, opslag van elektriciteit en warmtepompen, in combinatie met slimme sensoriek, regel-, betaal- en transportsystemen. Hierbij gaat het niet alleen om technologieontwikkeling, maar ook om de integrale regie en visies en scenario’s van mogelijke aanpakken en hun maatschappelijk acceptatie.
Ook buiten gebouwen vallen ontwerpvrijheden te veroveren. ‘Gebouwen hebben meestal rechthoekige vormen’, constateert Van Roosmalen. ‘Maar als je meer bij de natuur wilt aansluiten, bijvoorbeeld bij de overgang van stad naar platteland of bij geluidsschermen, heb je rondere vormen nodig.’ Eén mogelijkheid is de ‘tangram-benadering’, waarin met een beperkt aantal elementen allerlei vormen gemaakt kunnen worden. Je zaagt een zonnepaneel nu eenmaal niet eventjes op maat (althans, nog niet), dus ontwerpers hebben het te doen met voorgeproduceerde elementen. En dan nog zorgen niet-gelijkvormige panelen voor hoofdbrekens bij de realisatie van het elektrische systeem. In de nog verdere toekomst zou je gebogen panelen willen maken, want ook gebouwen krijgen steeds vaker organisch gevormde gevels.
Hoe dan ook: de komende jaren – en misschien wel decennia – is er volop werk aan de winkel, zowel in de fundamentele research als in de toepassing. De energietransitie maakt dat bouwers er niet onderuit kunnen, dus er is alle reden voor Van Roosmalen om optimistisch te zijn: ‘We veranderen het aanzien van zonne-energie, zodat iedereen zonne-energie wil opwekken, omdat het duurzaam, aantrekkelijk én mooi is. Over een paar jaar is dit heel normaal.’
