Energie oogsten met de gevel

Of je nu zoekt naar geschikt materiaal, een fantastisch ontwerp of je favoriete kleur, het bekleden van een gevel met energieopwekkende technieken is allang niet meer revolutionair. Toch zijn de voorbeelden niet bepaald talrijk te noemen, ook al worden er regelmatig projecten gerealiseerd. Zoals de bescheiden set zonnepanelen (pv) op futuristische woningen in Den Haag (foto onder), de vele wanden met glaspanelen in het ‘duurzaamste kantoor van de wereld’ (Geelen Counterflow, 2014), de enorme pv-gevel van Willems Logistics (voorheen Van Caem Transporten, 2021; foto boven: BIPV) of de groengele zonnegevel voor brede school De Kikker (2024). Eind 2022 schreven wij nog dat ‘verticaal oogsten’ van energie als trend zou gaan doorbreken. Dat blijkt maar mondjesmaat te gebeuren.

• BIPV
  Een building-integrated photovoltaic (BIPV) paneel is een zonnepaneel dat niet als zodanig herkenbaar is, omdat deze door kleur of vorm is opgenomen in de omgeving (zoals een gevel of dak). Het aantal mogelijke vormen, toepassingen en kleuren wordt steeds groter: van kleine pv-dakpannen tot volledige gevels. En van gedetailleerde prints tot transparante toepassingen. Op esthetisch gebied zijn er geen beperkingen meer en ook allerlei soorten materialen zijn inmiddels bruikbaar: aluminium(composiet), glas, keramiek, steen, hogedruklaminaat (HPL) of Cortenstaal (geprint, embossed of geperforeerd). Door deze onbegrensde mogelijkheden, gevoegd bij onzichtbare bevestigingsmethoden, hebben architecten maximale ontwerpvrijheid. En met een plug-in in REVIT (van BIPV.world) krijgen ontwerpers ook nog eens extra handige, digitale hulpmiddelen in de schoot geworpen. Daarmee wordt het gemakkelijker om te kiezen voor de juiste oplossing voor een specifieke gevel en die vervolgens te integreren in het ontwerp. Daarna is er ook automatisch een indicatie van de kosten voorhanden.
  (Bronnen: rvo.nl; zigzagsolar.nl; solar365.nl; bipv.world)

Kosten

Ook de kosten hoeven tegenwoordig geen probleem meer te zijn, aldus expert Ralph Dankers (van bipv.world in Solar365.nl). Het gaat om relatief lage meerkosten, die dankzij de opbrengst vervolgens worden terugverdiend. PV op de gevel biedt volgens hem ook een uitkomst in het kader van de BENG-eisen, als bij hogere gebouwen onvoldoende pv op het dak kan worden gelegd. Vanaf ongeveer vier verdiepingen wordt het voor een gebouw namelijk lastiger om, in het kader van BENG 3, zelf voldoende herbruikbare energie op te wekken. Verder is in de winter - bij een laagstaande zon - de hellingshoek van pv aan een verticale gevel gunstiger dan bij een dakopstelling. Wel is het de vraag hoe lang de panelen voldoende rendement opleveren en wat er daarna mee wordt gedaan. Uiterst demontabel aanbrengen is dus een eerste vereiste.

Warmtewingevel

Naast het opwekken van stroom door BIPV, eventueel in de vorm van glaspanelen, is ook een combinatie met warmte-opwekking mogelijk. Dit zijn zogeheten fotovoltaïsch-thermische systemen (pvt-systemen). Zo levert OptiSolar een systeem van pv en aluminium profielen die warmte aan de buitenlucht onttrekken. De toegepaste ‘Thermodules’ kennen een specifieke vormgeving, met kanalen en vinnen, waarbij de opgevangen warmte wordt overgedragen aan een water/glycolmengsel. Zo heb je geen buitenunit meer nodig en wordt er geluidloos warmte geleverd aan een water-waterwarmtepomp. De modules hebben een langere levensduur dan zonnepanelen en kunnen door het modulaire ontwerp langer zelfstandig functioneren.

Een nieuw, vergelijkbaar pvt-systeem is afgelopen herfst getoond onder de noemer warmtewingevel’ (foto rechts). Aan de basis van dit concept staan AkzoNobel, Aldowa en Calosol. De laatste firma (onderdeel van Emergo) levert al een aantal jaren een zonnegevel en Aldowa is onder meer bekend van de beprinte binnengevel van de Rotterdamse Markthal.

De technologie van de warmtewingevel is geïntegreerd in de metalen gevelbekleding en maakt gebruik van de warmte van de zon. Wanneer de zon niet schijnt, wordt er warmte onttrokken aan de lucht. Vloeistof in een buizencircuit achter de gevelcassette wordt opgewarmd en vervolgens gebruikt als bron voor een warmtepomp of voor opslag in een buffer. Daarbij ontbreekt ook dit keer het geluid van een buitenunit, terwijl er zowel van verwarming als van koeling sprake kan zijn.

Ook hier is de ontwerpvrijheid van architecten volledig gewaarborgd, want elk patroon, formaat en kleur behoort tot de mogelijkheden. De warmtewingevel is verder onderhoudsvrij en de energieopbrengst is met dit systeem acht keer hoger dan met alleen zonnepanelen aan de gevel.

• Zigzag: extra opbrengst

  

  
  Een slim alternatief voor verticale panelen wordt geleverd door ZigZagSolar. Hun systeem bestaat uit twee schuin geplaatste delen: een smal zonnepaneel gericht op het zonlicht en een paneel met een weersbestendige print gericht op de omgeving. Er worden voor die laatste optie diverse materialen toegepast, het geheel biedt veel artistieke mogelijkheden en er is een extra voordeel: ventilatie. Bovendien kaatsen de decoratieve panelen het zonlicht naar het zonnepaneel, waardoor het rendement uiteindelijk hoger is dan bij een opstelling op het dak. Dat levert, aldus RVO, bijna het dubbele op ten opzichte van een verticale installatie. Met simulatiesoftware kan de opbrengst van een nieuw project worden voorspeld op basis van het gebouw zelf, de oriëntatie en de schaduwinval. De software berekent vervolgens de details om te zorgen voor een optimaal rendement van het systeem. Er wordt verder geen lijm gebruikt en alle onderdelen zijn demontabel en vervangbaar.

Glas en zonneraam

We noemden al even de toepassing van glaspanelen, die steeds meer gemeengoed zullen gaan worden. Kleurloze en transparante zonnepanelen kunnen dus prima als raam door het leven gaan. De technologische ontwikkelingen zorgen voor steeds meer verbeteringen en zeker bij de toepassing van het mineraal perovskiet. Hierdoor wordt het rendement van zonnepanelen aanzienlijk hoger.

Nog verser is de ontwikkeling van een zonneraam, binnen het TNO-project ZIEZO (Zonwering Inclusief Elektriciteitsopwekkend Zonneraam). De simpele uitleg is: in het zonneraam bevinden zich dubbelzijdige zonnecellen en jaloezieën. De jaloezieën kunnen zonlicht weerkaatsen naar de achterkant van de zonnecellen, zodat er extra energie wordt opgewekt. Dus als dit raam zonwering biedt, levert het systeem energie op. De jaloezieën hebben drie standen, al naar gelang er zonwering nodig is. In de verticale stand zijn de jaloezieën gesloten en is de energieopbrengst het hoogst.

De onderzoeksgroep achter deze ontwikkeling bestaat naast TNO uit de TU Eindhoven, glasbedrijf Pilkington Nederland en W/E adviseurs. Aan de TU Eindhoven worden nu de effecten van de zonwering en binnentemperatuur verder onderzocht. Ook zijn de onderzoekers bezig met het ontwikkelen van een nieuwe tool om gebouwontwerpen te verbeteren. Hierbij worden zonne-energieopwekking, binnenklimaat en CO2-besparingen geoptimaliseerd door de verwarmings- en koelingsbehoeften te verminderen. Uiteindelijk is het Pilkington dat dit product op de markt wil brengen.  

Voor- en nadelen

Welke afweging er ten slotte wordt gemaakt om daadwerkelijk de gevel in te zetten voor energieopwekking hangt van veel factoren af. Nieuwe Energie Overijssel zette de voor- en nadelen op een rijtje:

Voordelen zonnepanelen op gevels

• 

  Goed alternatief als het dak ongeschikt is voor pv.
• Worden in diverse kleuren en prints geproduceerd.
• Zijn qua prijs concurrerend met andere gevelbekleding.
• Kunnen meer energie opwekken in de winter (lage zon).
• Zorgen voor verspreiding van de elektriciteitsproductie door een andere hellingshoek.

Nadelen zonnepanelen op gevels

• Opbrengst ongeveer 15% lager dan bij zon op dak.
• Duurder dan zonnepanelen op het dak.
• Er geldt een vergunningplicht, waarbij welstand en lichthinder (reflectie/schittering) een rol spelen.

Meer voordelen vind je in de whitepaper: ZigZagSolar voor architecten (PDF ZigZagSolar).

Meer info en voorbeelden:
bipv.world
bipvnederland.nl

Blijf nog beter op de hoogte van al ons nieuws en abonneer je op de wekelijkse nieuwsbrief van Stedebouw & Architectuur.

Tekst: Ysbrand Visser
Foto bovenaan: Met 540 vierkante meter aan pv was dit in 2022 de grootste BIPV-gevel op een Nederlands bedrijfspand. De installatie voor Willems Logistics (voorheen Van Caem Transporten) in Waalwijk is voorzien van randloze standaard en maatwerk glas-glas zonnepanelen en gemonteerd met Click&Go van TULiPPS (foto, ontwerp en realisatie: BIPV.world en BIPV Projects).