Daken met zonnepanelen en zonnecollectoren

De conventionele energiebronnen beginnen langzaam maar zeker uitgeput te raken en zijn vaak ook milieubelastend. Het gebruik van zonne-energie voor het opwarmen van water of het opwekken van elektriciteit is dan ook een techniek die duidelijk in de lift zit. Velen zijn er zelfs stellig van overtuigd dat in de nabije toekomst zonnecellen en zonnecollectoren standaard deel zullen uitmaken van het dak van onze woning.

Eeuwenlang hebben daken een louter afschermende functie gehad, namelijk het onderliggende gebouw en haar bewoners vrijwaren van de weersinvloeden zoals regen, wind, sneeuw en extreme temperaturen. Maar daarin begint stilaan verandering te komen met de komst van de zonnepanelen en -collectoren. De honderden vierkante kilometers beschikbaar en 'onbenut' dakoppervlak in ons land vormen immers de ideale basis voor de opbouw of integratie van dergelijke installaties. Het is dus duidelijk dat onze daken in de loop van de volgende eeuw de nodige constructieve en architectonische veranderingen zullen ondergaan.

Schematisch voorstelling van een terugloopsysteem.

De zonnecollector

Een zonnecolletor zet zonne-energie om in warmte. De zonnewarmte die door een op het dak geplaatste zonnecollector wordt opgevangen, wordt meegenomen naar een opslagvat door een transportmedium dat door de collector wordt gepompt. In dit opslagvat, dat nodig is omdat de warmte-behoefte en het warmte-aanbod natuurlijk niet steeds samenvallen, wordt de warmte van het collectorwater via een warmtewisselaar overgedragen aan het leidingwater. Omdat het water niet altijd een voldoende hoge temperatuur heeft wordt er gebruik gemaakt van een naverwarmer om het water op de gewenste temperatuur te brengen.

Men maakt onderscheid tussen enerzijds de 'gevulde' systemen, waarbij het transportmedium dat door de zonnecollector stroomt bestaat uit een mengsel van water en anti-vries, en anderzijds de zogeheten leegloop- of terugloopsystemen die gebruik maken van zuiver water. Bij dit laatste systeem wordt het collectorcircuit slechts gedeeltelijk gevuld en enkel wanneer er voldoende licht op de collectoren valt en het opslagvat niet oververhit is, wordt het water rondgestuurd en wordt het collectorcircuit volledig gevuld. Op deze manier bekomt men een efficiënte beveiliging tegen bevriezing en oververhitting.

Het zonnepaneel

Wanneer we spreken over een zonnepaneel bedoelen we in feite een photovoltaïsch of kortweg PV-paneel. Deze panelen zetten zonne-energie om in elektriciteit en zijn opgebouwd uit meerdere kleine vierkante zonnecellen die met elkaar verbonden zijn. Deze plaatjes zijn opgebouwd uit flinterdunne laagjes halfgeleidend materiaal waartussen -onder invloed van het zonlicht- een spanningsverschil ontstaat. De zo opgewekte energie kan direct worden gebruikt of worden opgeslagen in batterijen of accu's. Voor de toepassing van dergelijke panelen kan men kiezen uit twee verschillende systemen: het autonome of 'stand alone'-systeem en het netgekoppeld systeem.

Autonoom systeem

De drie hoofdcomponenten van het autonoom systeem zijn:

De PV-panelen die het zonlicht omzetten in elektriciteit;
Een oplaadbare accu die zorgt voor de opslag van elektriciteit vermits men bijvoorbeeld 's avonds -wanneer de zon niet meer schijnt- vooral behoefte heeft aan licht en dus ook aan elektriciteit;
Een laadregelaar voor een veilige koppeling van de panelen met de accu en de gebruiker.

Het voornaamste 'nadeel' van dit systeem is de aanzienlijke ruimte die in beslag wordt genomen door de vrij dure accu's. Het autonome systeem wordt dan ook meestal gebruikt voor de energievoorziening van bijvoorbeeld lichtboeien en verkeerssignalisatie.

Een photovoltaisch of kortweg PV-paneel is opgebouwd uit meerdere kleine vierkante zonnecellen die met elkaar verbonden zijn.

Netgekoppeld systeem

Een interessant alternatief is daarom het netgekoppeld systeem waarbij een wisselwerking bestaat tussen het PV-systeem en het algemene elektriciteitsnet. Dit systeem is opgebouwd uit:

De PV-panelen die het zonlicht omzetten in elektriciteit;
Een apparaat dat de opgewekte gelijkstroom omzet in wisselstroom (omvormer);
Een koppeling aan het elektriciteitsnet die de functie van de accu in het autonome systeem vervult. Bij een overschot aan elektriciteit wordt er geleverd aan het net en bij een tekort wordt er elektriciteit onttrokken. Daarom worden er bij deze toepassing meestal ook twee elektriciteitsmeters geplaatst. Uit praktisch oogpunt tracht men echter te bereiken dat er bij kleinere installaties slechts één meter geplaatst zou worden die dan "zowel vooruit als achteruit loopt". Een bijkomend vraagteken en technisch probleem dat hierbij nog moeten worden opgelost is de teruglevering in mono- of driefase.

Vooroordelen inzake zonne-energie

Sinds hun ontstaan hebben de zonne-energiesystemen voortdurend te kampen gehad met verschillende vooroordelen, die door de voorstanders van deze vorm van energiewinning vanzelfsprekend worden aangevochten. Zo zou zonne-energie nooit de conventionele energievoorziening in onze woning kunnen vervangen. De zogenaamde NUL-energiehuizen in Duitsland, Nederland en Scandinavië bewijzen het tegendeel en tonen aan dat een combinatie van actieve en passieve benutting van zonne-energie wel degelijk het grootste deel van onze energiebehoefte kan dekken, mits een rationeel energiegebruik natuurlijk (goede isolatie, gebruik spaarlampen, enz...) En wat op koude dagen of op momenten wanneer de zon niet schijnt? Zonne-energiesystemen werken op zonlicht en functioneren dus ook bij gewoon daglicht of lichtbewolkt weer. Bovendien worden in Europa en vooral in Noord-Europa alle standaard zonnecollector-installaties uitgerust met een betrouwbare naverwarming zodat ook tijdens minder zonrijke periodes de warmwatervoorziening is verzekerd.

Architectonische gevolgen

De opkomst en ontwikkeling van zonnecollectoren en PV-panelen zal het uitzicht van onze daken in de (nabije) toekomst aanzienlijk veranderen. De PV-systemen zullen hierin de belangrijkste rol spelen vermits ze een groter oppervlak nodig hebben dan de zonnecollectoren en er in ons land nog maar weinig sprake is van 'integratie' in het dak (zie verder). Bij beide systemen is het natuurlijk van belang dat er zoveel mogelijk zonlicht op de elementen valt. Dakkapellen zijn dus slechts beperkt mogelijk vermits ze te veel schaduw veroorzaken. Om een optimaal rendement te bekomen zal de architect moeten denken aan het realiseren van een (grotere) dakoverstek om het te benutten dakoppervlak zo groot mogelijk te maken en zal hij bij de oriëntatie van het dak ook rekening moeten houden met de instralingshoek van de zon. Om diezelfde reden worden de collectoren en zonnepanelen op platte daken ook op een speciale ondersteuningsconstructie aangebracht. Bij opbouw op een hellend dak kan het dakvlak natuurlijk beter worden gevolgd en is de beïnvloeding van het algemene beeld -afgezien van de zwarte en donkerblauwe kleur van de elementen- minder ernstig. Maar ook deze donkere kleuren dienen niet langer een probleem te zijn, want tegenwoordig worden er reeds PV-modules in andere kleuren aangeboden. Het spreekt bovendien voor zich dat zowel thermische collectoren als PV-modules in één optisch vlak gecombineerd kunnen worden teneinde de volledige dakoppervlakte te benutten.

Integratie in het dak

Momenteel wordt er ernstig gezocht naar mogelijkheden om de zonnecollectoren en PV-elementen in het dak te integreren en hen de functie van de dakbedekking te laten overnemen. Meestal worden de PV-panelen in een profielensysteem in het hellend dak aangebracht maar tegenwoordig bestaan er ook zonnepanelen in de vorm van een dakpan die schubvormig kunnen worden aangebracht en die elektrisch aan elkaar worden gekoppeld. Vanwege hun relatief licht gewicht moeten ze wel mechanisch worden verankerd. Uit de praktijk blijkt echter dat de kosten verbonden aan het afwerken van een klein zonne-paneel tot een dergelijk eindproduct zo hoog oplopen dat deze dakpannen momenteel nog maar weinig concurrentieel zijn ten opzichte van de grote panelen.

In plaats van de PV-modules te voorzien van de klassieke, ondoorzichtige achtergrondafwerking kan men ook gebruik maken van een tweede glasafdekking. Bij deze toepassing, die bijvoorbeeld ook gebruikt kan worden in geluidswanden en perronoverkappingen, spreekt men van een glas/glas uitvoering en is er dus lichtdoorval mogelijk tussen de cellen. In dergelijke modules worden de cellen om begrijpelijke redenen meestal ook iets verder uit elkaar geplaatst.

Prijs en rendabiliteit

De belangrijkste struikelblokken bij de verdere ontwikkeling van zonne-energiesystemen in België zijn echter nog steeds de kostprijs en de rendabiliteit. Volgens de fabrikanten en leveranciers van de verschillende systemen loopt ons land nog steeds hopeloos achter op de ons omringende landen wat betreft de subsidiëring van deze milieuvriendelijke vorm van energiewinning. Daardoor wordt er in België ook weinig of geen onderzoek verricht op dit gebied. Rendabiliteit is bij deze installa-ties bovendien een vrij vaag begrip. Voor de zonnecollectoren kan er momenteel gesteld worden dat het systeem wel degelijk rendabel is: men is mi-nimum verzekerd van 6 maanden gratis warm water, er kan 50 tot 75 % bespaard worden op de warmwaterrekening en mits een juiste dimensionering en het gebruik van goede randapparatuur kan men op jaarbasis ongeveer de helft van de verwarmingsbehoefte dekken. Louter cijfermatig bekeken is de opbrengst van de PV-installaties daarentegen nog niet echt spectaculair te noemen. Gelukkig steekt de overheid in andere landen wel veel geld in het onderzoek naar nieuwe en nog betere systemen en technieken en verwacht men zo zeer snel te komen tot goedkopere installaties met een nog betere opbrengst.

Literatuur

7 mythes rond zonne-energie, Eric Jansseune, IZON Antwerpen
Dakpannen als zonne-panelen, Bouwwereld, 8 november 1996
Daken veranderen, Duurzaam Bouwen, Oktober 1996
Lezing 'Integratie van zonnepanelen (PV) en zonnecollectoren in de bouw', Ing. J.M. Bruins, tijdens de BDA studiemiddag 'Daken 2015' op 19 november 1996
Informatie en documentatie van de volgende bedrijven: Izon te Borgerhout, Solar-Technics te Rumbeke-Roeselare en Solio te Wortegem-Petegem

door: ing Guinée G.

Kies hier:
Inhoudsopgave Roof Belgium 1997
Terug naar Roof Belgium