Of het nu zonnig is of bewolkt, daglicht is een onuitputtelijke bron van energie. Geen wonder dat in toenemende mate gebruik wordt gemaakt van zonnecellen om stroom op te wekken. Bekend zijn uiteraard de ‘omlijste’ dak- en gevelpanelen en, bij platte daken, de schuinstaande modules. Sinds een aantal jaren zijn er echter ook buigzame zonnelaminaten ofwel ‘thin-film’ zonnecellen van amorf silicium. Deze zijn bij uitstek geschikt voor integratie met flexibele dakbedekkingen van kunststof en bitumen.
Zonnestroom veroorzaakt geen vervuiling en uitstoot van broeikasgassen, en verbruikt ook geen eindige voorraden fossiele brandstof. Geen wonder dus dat de wereldmarkt voor zonnestroom momenteel met 30 tot 40 procent per jaar groeit, niet in de laatste plaats door ambitieuze stimuleringsprogramma's in steeds meer landen. Helaas blijft onze thuismarkt is op dit moment achter. De Nederlandse overheid zet meer in op windenergie en is kennelijk nog echt is doordrongen van de enorme mogelijkheden van zonnestroomsystemen. En dat terwijl we met zonnestroom theoretisch alle benodigde elektriciteit kunnen opwekken die we in Nederland nodig hebben.
Van zonnecel tot paneel
Fotovoltaïsche omzetting (PV), het proces waarmee een zonnecel licht omzet naar elektriciteit, berust op het principe dat er een elektrische stroom gaat lopen tussen twee halfgeleiders als deze met elkaar in contact worden gebracht en worden blootgesteld aan licht. Daarvoor is overigens niet direct zonlicht nodig; ook op een bewolkte dag levert een zonnecel elektriciteit.
Een conventionele zonnecel is vervaardigd uit silicium en we onderscheiden daarbij drie verschillende typen: mono-kristallijne zonnecellen (één groot ‘monokristal’), polykristallijne zonnecellen (opgebouwd uit meerdere kristallen) en zonnecellen uit amorf silicium. In dit geval wordt het silicium op een drager (bijvoorbeeld glas of kunststof) ‘opgedampt’. De term ‘amorf’ slaat op het ontbreken van een kristalstructuur.
Daar waar meerdere ‘kristallijne’ cellen worden samengevoegd tot een PV-module van het zonnepaneel, bestaat een amorfe module in feite uit één opgedampte silicium zonnecel. Een beperking van deze zonnecellen is echter dat ze minder energie leveren dan mono- of polykristallijne zonnecellen. Het rendement van dit type zonnecellen is namelijk zo’n 6% lager. Voor dezelfde hoeveelheid energie zal daarom een groter oppervlak belegd moeten worden. Een voordeel is wel weer dat amorfe panelen bij ‘grijs’ weer beter presteren dan kristallijne panelen.
Een interessante ontwikkeling is om, in plaats van glas, het amorfe silicium op een folie te dampen. Deze cellen zijn 100 tot 200 keer dunner dan de kristallijne zonnecellen. Daarom wordt deze techniek ook wel ‘thin-film’ genoemd. De cellen zijn bovendien flexibel en hebben een zeer laag gewicht. Er is maar één fabrikant in de wereld die momenteel dergelijke zonnelaminaten produceert en dat is het Amerikaanse bedrijf Uni-Solar. Deze onderneming maakt gebruik van de triple junction (3-lagen) technologie, waarbij elke laag een bepaald spectrum van het daglicht opvangt (blauw, groen en rood). In Nederland is trouwens ook Helianthos, een dochteronderneming van Nuon, bezig met de ontwikkeling van een vergelijkbaar zonnecelfolie.
Van paneel tot systeem
Een zonnepaneel maakt altijd deel uit van een zonnestroomsysteem, waarin nog meer componenten zijn verwerkt zoals kabels, omvormers, accu’s en een spanningsregelaar. Grofweg zijn er twee soorten systemen: autonome (stand-alone) systemen en netgekoppelde systemen.
Autonome zonnestroomsystemen worden bijvoorbeeld gebruikt als een elektriciteitsnet ontbreekt. We moeten hierbij denken aan mobiele toepassingen, lichtmasten, parkeermeters en waterpompsystemen die functioneren op zonnestroom. De overdag geproduceerde elektriciteit wordt opgeslagen in accu’s, zodat ook ‘s avonds en ‘s nachts de elektriciteit gebruikt kan worden.
Netgekoppelde systemen staan in verbinding met het elektriciteitsnet. Een omvormer zet de gelijkspanning (12 of 24 Volt) welke door de zonnepanelen wordt opgewekt, om in de netspanning (230 Volt wisselspanning). Op het moment dat een gebouw meer elektriciteit nodig heeft dan de zonnepanelen op dat moment produceren, dan wordt het tekort aangevuld vanuit het elektriciteitsnet. Is het aanbod aan zonne-energie groter dan de vraag, dan wordt het overschot teruggeleverd aan het elektriciteitsnet.
Flexibele dakbedekking
Vooral de ontwikkeling van de ‘thin-film’ zonnecellen is interessant voor de toepassing in combinatie met dakbedekking. Door de buigzaamheid zijn ze, geïntegreerd met flexibele dakbedekkingmaterialen zoals bitumen, EVA (Ethyleen-vinyl-acetaatterpolymeer) en EPDM (Ethyleen Propyleen DienMonomeer) gemakkelijk toepasbaar op verschillende dak- en gevelvormen. En door het geringe gewicht hoeft geen rekening te worden gehouden met de dakbelasting.
Inmiddels zijn er ook in Nederland een aantal leveranciers welke dergelijke dakbedekkingen leveren. We laten de producten hier kort de revue passeren.
Evalon® Solar
WeKa Daksystemen BV uit Giessenburg is gespecialiseerd in duuzame dakmaterialen. De onderneming is sinds enkele jaren gecertificeerd voor het verwerken van Evalon® Solar, een thermoplastische kunststof dakbedekking (AVH, zonder chloor en weekmakers) met geïntegreerde banen van amorf silicium PV-modules van Uni-Solar. Evalon® Solar wordt geproduceerd door Alwitra Flachdach Systemen in Duitsland. Aan de onderzijde heeft de dakbedekkingmateriaal een 2 cm dikke PES-isolatie (een viltweefsel van polyester). Verder is er een geleidende flexibele aluminiumfolie als min-pool, drie lagen amorfe siliciumcellen (rode, groene en blauwe), een geleidende folie als plus-pool en een vuilafstotende bovenlaag van Tercel. Daardoor zijn de banen gewoon beloopbaar.
De uitvoering van het Evalon® Solar-systeem is niet anders dan van een gewone kunststof dakbedekking, maar nu met kabeldoorvoeren voor de elektriciteitsdraden. De kunststof dakbaan zorgt voor een waterdichte afdichting en bescherming voor de gebruiker van het gebouw. De banen hebben standaard een lengte van 6 meter lengte en een breedte van 1,55 m. Voor stormzones is de breedte 1,05 m en zijn lengtes van 3 m leverbaar.
De zonnecelbanen zijn in de fabriek aan de hand van het legplan klantspecifiek vervaardigd,
volgens dat legplan ook genummerd en zodanig parallel geschakeld dat er een gelijkmatige opbouw van de stroom ontstaat bij zonsopkomst. De banen worden met speciale ringen aan het dakbeschot bevestigd en met hete lucht aan elkaar gelast.
Het gewicht van Evalon® Solar is 4,2 kg/m2. Daardoor hoeft (o.a. bij bestaande bouw) de constructie niet aangepast te worden. De solar dakbedekking kan gewoon over een voorgaande dakbedekking (ook bitumen) heen worden gelegd.
Enkele voordelen van de Evalon® Solardakbanen ten opzichte van de klassieke zonnecollectoren – en dit geldt in principe ook voor andere flexibele systemen) - zijn: