Mei 2025
Klimatiseren en stroom opwekken via het raam
Onderzoekers van het TNO-project Ziezo hebben een nieuw type raam ontwikkeld dat zowel de warmte en lichtinval regelt én stroom produceert. Dit laatste door de toepassing van tweezijdige (bifacial) zonnecellen in combinatie met reflecterende jaloezieën die tussen twee glasplaten kunnen bewegen.
Zo’n 40 procent van de totale energievraag in Europa komt voor rekening van de gebouwde omgeving, waarbij het merendeel wordt gebruikt om te koelen en te verwarmen. Met een nog steeds groeiende bevolking en (dus ook) verstedelijking, is het belangrijk dat het energiegebruik zoveel mogelijk wordt teruggedrongen. Binnen het door TNO geleide Ziezo-project (zonwering inclusief elektriciteitsopwekkend zonneraam) hebben de onderzoekers een deeloplossing ontwikkeld in de vorm van een multifunctioneel zonneraam. Het project heeft als consortiumpartners glasproducent Pilkington, TU/e en W/E-Adviseurs.
Dr.ir. Roland Valckenborg, expert zonne-energie bij TNO: ‘Het verlagen van het energiegebruik in de gebouwde omgeving is vanuit verschillende oogpunten te realiseren. Enerzijds kun je de warmte- en koelvraag verlagen door gebruikmaking van zonnewarmte. Anderzijds is de energievraag richting energieleverancier te beperken door zelf energie op te wekken met pv. Hierin zijn grofweg twee smaken te onderscheiden: ondoorzichtige en doorzichtige pv-panelen. Beide smaken zijn nodig.’
1. Werking van de drie standen van het multifunctionele raam.
De ‘gewone’ ondoorzichtige pv-panelen worden vooral toegepast op dak of gevel. De technologie voor doorzichtige pv-panelen bevindt zich nog in een ontwikkeltraject en heeft innovatie projecten zoals Ziezo nodig om tot producten te leiden. Met deze producten, die toepasbaar zijn op gevels, zijn vervolgens veel extra vierkante meters te gebruiken voor de opwekking van elektriciteit. Valckenborg: ‘In het Ziezo-project hebben we verschillende aspecten gecombineerd door een pv-raamconcept te ontwikkelen dat tot doel heeft de energieopwekking van semi-transparante ramen te stimuleren en tegelijkertijd bescherming te bieden tegen oververhitting en visueel discomfort.’
Opbouw en werking
Het concept is opgebouwd uit een IGU (isolerende glazen eenheid) waarin tussen twee glasruiten, gelamineerde tweezijdige (bifacial) c-Si-zonnecelstrips en jaloezieën zijn ingebed. De zonnecellen aan de buitenkant van het raam zijn gelamineerd, waarmee de voorkant van de tweezijdige cellen rechtstreeks naar buiten is gericht (figuur 1). De achterkant van de cellen is juist naar de jaloezieën gericht. De multifunctionele werking zit vooral in de jaloezieën die zowel kunnen kantelen als in verticale richting kunnen bewegen. Door te kantelen fungeren ze in meer of mindere mate als reflectoren die een deel van het zonlicht naar de achterzijde van de pv-cellen sturen, waarmee zij de energieopbrengst verhogen. Gelijktijdig verminderen de jaloezieën de instraling van zonlicht in de ruimte achter het raam en ondersteunen zo de klimatisering hiervan. Uiteraard gaat dit wel ten koste van de lichtinval en het zicht naar buiten.
De testopstelling bij de outdoor research faciliteit SolarBeat (TU/e) in Eindhoven.
Op zonnige dagen verhoogt het multifunctionele raam de energieopbrengst met 25 procent
De oplossing kent drie ‘standen’. In de eerste stand zijn de lamellen helemaal opgetrokken, waardoor het zonlicht alleen aan de buitenzijde tegen de pv-cellen schijnt en het licht verder volledig wordt doorgelaten. In de tweede stand zijn de lamellen wel naar beneden, maar staan ze horizontaal. Hiermee houden ze de zonnewarmte deels tegen terwijl het zicht naar buiten vrijwel maximaal blijft. In de derde stand zijn de jaloezieën gesloten, waardoor de bolle kant – die naar buiten is gericht – de zonnestraling maximaal reflecteert naar de achterzijde van de zonnecellen. In deze stand is de productie van energie het hoogst en wordt de meeste zonnewarmte tegengehouden. Het zicht naar buiten én de hoeveelheid invallend licht zijn uiteraard minimaal.
In de praktijk
Het concept is het afgelopen jaar getest bij zowel de outdoor research faciliteit SolarBeat in Eindhoven (twaalf kleine versies) als in het Experience Center van Pilkington in Enschede (acht ramen). Uit deze testen is gebleken dat het multifunctionele raam de energieopbrengst op zonnige dagen met maximaal 25 procent verhoogt met de jaloezieën gesloten (stand 3). Dit ten opzichte van ramen met enkelzijdige zonnecellen zonder jaloezieën. Gemiddeld over het hele jaar is de energietoename ongeveer 13 procent voor een zuidgevel in Nederland.
Pilkington heeft het concept geoctrooieerd en wil het op de markt zetten. Het uitgangspunt daarbij is een bestaand, zelf ontwikkeld product dat bestaat uit dubbele beglazing met hiertussen bewegende lamellen. In het nieuwe product worden daar de strips met zonnecellen aan toegevoegd. Op dit moment is hiervoor echter nog veel handwerk mee gemoeid. Om de kostprijs te verlagen zal samen met Europese partners onderzoek worden gedaan naar verdergaande automatisering van het assemblageproces.
Valckenborg: ‘Half februari zijn hiervoor de eerste afspraken gemaakt; de toekomst zal leren hoe snel we kunnen komen tot een marktintroductie.’