Government funded researchPhotovoltaicsR&D with multiple partnersSmart Energy

Integreren we straks zonnecellen in geluidswanden, fietspaden en autowegen?

Als het van de Rolling Solar-partners afhangt wel. In dit Interreg-project slaan 19 Belgische, Nederlandse en Duitse partners de handen in elkaar om de technologie en businessmodellen te ontwikkelen om infrastructuur-geïntegreerde PV (IIPV) te laten doorbreken langs snel- en spoorwegen, in fietspaden enz. om er lokaal energie te leveren voor bv. straatverlichting of laadpalen. Dankzij de unieke samenwerking tussen de bouw- en PV-sector én de aandacht voor het volledige systeem (inclusief aansluiting op elektriciteitsnet) belooft het geen one-off prestigeproject te worden – zoals vele in dit domein – maar moet het betaalbare en gebruiksvriendelijke oplossingen opleveren. Steden, gemeenten en projectontwikkelaars zijn meer dan welkom om als early adopter hun toekomstige bouwprojecten te komen bespreken en er een future-proof energieneutraal project van te maken.

We laten beide partijen aan het woord om te vertellen over de plannen en enkele projectresultaten na 1 jaar (- het project duurt 3 jaar): Michaël Daenen, professor bij EnergyVille/UHasselt en verbonden aan IMO-IMOMEC, een imec-onderzoeksgroep rond materiaalonderzoek aan UHasselt; en Bas van de Kreeke, bestuurder van Wegenbouw van de Kreeke.

Is infrastructuur-geïntegreerde PV wel een goed plan?

Op zich lijkt het een briljant plan: niet alleen gebouwen bekleden met zonnepanelen maar ook infrastructuur. Het is immers belangrijk om de weinige onbebouwde oppervlakte die er nog rest in vele Europese landen, vrij te laten en bv. niet vol te bouwen met zonnecelparken. Maar heeft het verleden ondertussen niet uitgewezen dat zonnecel-geïntegreerde wegen praktisch niet haalbaar zijn en bovendien ook onnoemelijk duur?

Kijk bv. naar de recente kritiek op het prestigieuze Franse project Wattway. De schade aan deze zonnecelweg is veel groter dan werd voorspeld en de hoeveelheid elektriciteit die geleverd wordt, daalt elk jaar (door beschadiging en vervuiling): de doelstelling was 790kWh per dag, maar zelfs in het eerste jaar produceerde de weg slechts 409kWh/dag en dit daalde al snel naar 215kWh/dag in 2018 en zo’n 200kWh/dag in 2019. Toch zijn er wereldwijd (ook Nederland, VS, Zuid-Korea, China, ...) verschillende initiatieven om dit soort toepassingen te onderzoeken. Sceptici vragen zich af of het niet beter is om de grote investeringen voor zonnecelweg-projecten te gebruiken voor de installatie van traditionele zonnecelparken.

One of the test sites of Wattway by Colas (copyright: Brice ROBERT Photographe).

Een van de testsites van Wattway by Colas (copyright: Brice ROBERT Photographe).

Michaël Daenen: “Er zijn voor- en tegenstanders van dit soort projecten. En de grootste uitdaging is inderdaad de stress die de zonnecellen in dit soort toepassingen krijgen te verwerken. Een belangrijke verdienste van de eerdere projecten rond zonnecelwegen is dat men op een heel andere manier naar zonne-energie is gaan kijken. Men beseft dat het belangrijk is om zonnecellen in zo veel mogelijk zaken te integreren om aan voldoende oppervlakte te komen en dus voldoende energieproductie. Nederland is zeker een koploper in IIPV met het eerste zonnecel-fietspad ter wereld (2014). Het lijkt voorlopig inderdaad meer haalbaar om zonnecellen te integreren in toepassingen waar er minder of lichter verkeer over de zonnecellen heen gaat zoals zitbanken, fietspaden, pleinen, parkeerplaatsen, vluchtstroken etc. of om andere elementen te gebruiken zoals geluidswanden of vangrails.”

Energieproductie en -verbruik samenbrengen

Het interessante van IIPV is dat de opgewekte elektriciteit lokaal kan gebruikt worden voor straatverlichting, oplaadpalen, signalisatieborden, ... Denk bv. aan een fietspad in een landelijk gebied waar verlichting aanspringt zodra een fietser passeert, op basis van elektriciteit die overdag werd opgewekt en opgeslagen door zonnepanelen in het wegdek en geïntegreerde batterijen.

Michaël Daenen: “Het gaat inderdaad om een volledig systeem. Het gaat niet enkel om een doordachte integratie van zonnecellen in een wegdek maar ook over een efficiënte aansluiting op een lokaal netwerk of op het algemene elektriciteitsnetwerk, het gebruik van batterijen, vermogenelektronica, de schakeling van de cellen in het paneel enz. In het Rolling Solar project besteden we aandacht aan het totaalplaatje.”

vision

Infrastructuur geïntegreerde PV omvat de integratie van zonnecellen in bijvoorbeeld banken, fietspaden, pleinen, parkeerplaatsen, harde schouders, geluidsschermen of vangrails.

Het Rolling Solar project

Begin dit jaar startte het 3-jaardurende Rolling Solar project onder leiding van het Nederlandse Solliance en met steun van Interreg en plaatselijke provinciale financierders. Zo heeft de provincie Limburg de Limburgse partners extra financiële ondersteuning gegeven. Interreg is een Europees programma dat zich inzet om samenwerking te bevorderen tussen regionale gebieden in verschillende landen. Michaël Daenen: “In dit specifieke project werken 19 partners (bedrijven en onderzoeksgroepen) uit Duitsland, Nederland en België samen, elk met een specifieke focus. Duitsland legt zich toe op PV-autowegen en zal verschillende toplagen uittesten die voor robuustheid moeten zorgen. Ook de vermogen-elektronica die belangrijk is voor het aansluiten op een elektriciteitsnetwerk wordt hier onder de loep genomen. In Nederland zal men de toepassing in fietspaden verder optimaliseren. Ook hier zal het uitdenken van de vermogen-elektronica een belangrijke rol spelen, bv. om het paneel nog goed te laten presteren bij beschaduwing. En in België gaan we met geluidswanden aan de slag. Deze wanden vind je typisch langs autosnelwegen en spoorwegen.”

Een geluidswand met een laagje PV

Een verticale geluidswand, is die wel – letterlijk dan – goed gepositioneerd om energie te produceren? Michaël Daenen: “De ideale oriëntatie voor een zonnepaneel, in onze regio, is 35° en zuid-gericht, maar ook met een verticale wand kan je nog 80% van die optimale energieproductie halen (indien zuid-gericht). Een oost-west positie van een verticale wand levert zo’n 50% van de optimale energieproductie, en is bovendien heel geschikt als je een gelijkmatige productie wil over de ganse dag. Werk je met bifaciale zonnecellen in een verticale O-W wand, dan kom je weer dicht bij de optimale energieproductie uit.”

“Concreet gaan we grote geluidswanden uittesten (8 bij 5 meter) met verschillende zonneceltechnologieën (kristallijn silicium (standaard en bifaciaal), dunnefilm CdTe, perovskiet en CIGS), en dit op zowel een stalen als betonnen constructie." 

"We gaan ook sensoren integreren – we ontwikkelden een mooie oplossing met glasvezelsensoren – die ons toelaten om stress, temperatuur, warmtestroming enz. te meten in de wand. Op basis van die metingen kunnen we het Energy Yield Predicition model van imec/EnergyVille op punt stellen voor dit soort toepassingen. Ook in een uiteindelijke, commerciële PV-geluidswand zijn dit soort sensoren interessant. Ze zouden zelfs – ooit – kunnen dienen als snelheids- of filesensor voor voorbijrijdende auto’s.”

Voor de stalen constructie werd het bedrijf Van Eycken meegenomen in het project. Ze haalden deze maand nog een primeur met een lichtdoorlatende geluidswand, ideaal om er zonnecellen in te integreren. Voor de betonnen constructie werken de Belgische projectpartners samen met Wegenbouw van de Kreeke uit Beringen.

De juiste partner voor een echte doorbraak

Bas van de Kreeke: “Wij focussen op nieuwbouw en renovatie van o.a. woningen, parkeerplaatsen, pleinen, riolen enz. Twee projecten die hier in België wel bekend zijn, zijn ‘fietsen door het water’ in Bokrijk en de vistrap in Leuven. In onze missie stellen we het verduurzamen van de bebouwde omgeving centraal, met focus op water en energie. Wat dat eerste betreft ontwikkelde we V-flow, een infiltratiekolk die in bestaande of nieuwe rioleringen kan geïntegreerd worden en die ervoor zorgt dat regenwater 6 tot 8 meter diep geïnjecteerd wordt in plaats van te worden afgevoerd door een rioleringsstelsel. Het moet het probleem van verdroging (en overstromingen) tegengaan. Ook op het vlak van energie zijn we met nieuwe projecten bezig, zoals het oogsten van warmte-energie uit rioleringen. Riothermie bestaat al langer maar wij ontwikkelen een oplossing voor bestaande rioleringen.”

cycling through the water bokrijk solar cell cycle path

Een van de projecten van Van de Kreeke is ‘Fietsen door het water’ in Bokrijk. Het is door het betrekken van dit soort bedrijven in het Rolling Solar project, dat er een heel praktische oplossing voor infrastructuur-geïntegreerde PV uit de bus moet komen, die daarna breed toepasbaar is in projecten van steden en gemeenten. (Copyright: Toerisme Limburg)

Bas van de Kreeke: “Onder andere bij V-flow merkten we dat het niet eenvoudig is om een nieuwe ontwikkeling te laten doorbreken." 

"Hoe goed je nieuwe toepassing ook is, als je niet de juiste partners of grote namen (met bijbehorend netwerk) mee hebt, zal het geen marktdoorbraak kennen. Dat is ook een van de redenen waarom het zo interessant is voor ons om mee te werken in (Europese) projecten."

"Als je kan zeggen dat je een PV-geluidswand ontwikkeld hebt, samen met bv. imec, dan heb je al een streepje voor. Ook ben je dan zeker dat je product echt wel goed doordacht is. In dit project wordt bv. ook een algoritme ontwikkeld dat ervoor zorgt dat de elektriciteitsopwekking ook nog optimaal is als er schaduw over het paneel valt. En er wordt een oplossing gezocht om over zo’n lange afstand zonnecellen te kunnen schakelen waardoor je geluidsscherm niet gebonden is aan vaste afmetingen van standaard zonnepanelen. Zo’n dingen kan je enkel doen als er ook fundamenteel onderzoek bij betrokken is. Met onderzoeksgroepen aan boord, wordt het product veel sterker.”

Energie slim gebruiken: data en artificiële intelligentie zijn key!

Bij IIPV gaat het er om dat energieopwekking en -verbruik dicht bij elkaar gehouden worden, en dat zoveel mogelijk oppervlakte benut wordt om energie te oogsten. Bas van de Kreeke: “Bij hernieuwbare energie moet je ook oppassen voor het rebound effect. In projecten met UHasselt en EnergyVille waarbij we samenwerkten rond energieneutrale woningen, merkten we dat mensen meer energie gaan verbruiken (door bv. lichten te laten branden) als ze weten dat die toch in overvloed aanwezig is. In die context zullen data en artificiële intelligentie (AI) echt een sleutelrol gaan spelen, om de opgewekte energie zo optimaal mogelijk te gebruiken. Ook op het juiste moment (als er een piek is in energiebeschikbaarheid) de energie gaan gebruiken, is volgens mij uiterst belangrijk. Zelfs belangrijker dan een huis goed te gaan isoleren." 

"Wij zetten heel sterk in op data en hebben momenteel enkele woningen die we continu monitoren. Die data worden gebruikt in onderzoeksprojecten. Ook naar onderhoud toe – predictive maintenance – zetten we heel sterk in op het verzamelen van data. En dan gaat het niet enkel om het integreren van sensoren in huis maar ook een goed platform hebben waarop techniekers hun data kunnen ingeven. Wij staan bv. in voor onderhoud van zo’n 14.000 woningen en als er een technieker ter plaatse gaat voor een specifiek probleem, kijkt die ook de rest van de woning na en worden deze data bijgehouden op een gespecialiseerd platform om voorspellingen te doen voor toekomstige reparaties.”

Maken bouwbedrijven straks PV-elementen in hun werkplaatsen?

In 2022 loopt het Rolling Solar project af. Hoe realistisch is het dat tegen dan bouwbedrijven zoals Van de Kreeke bouwelementen gaan maken met geïntegreerde zonnecellen? Bas van de Kreeke: “Dat is zeer realistisch. We hebben de juiste partners aan boord – de PV- én bouwexperten – die elkaars taal leren spreken en specificaties kunnen doorgeven die in hun veld belangrijk zijn. Zo kan alles perfect op elkaar afgestemd worden. Moeten er bv. bepaalde uitsparingen gemaakt worden in het beton zodat een zonnepaneel er gemakkelijk op geconnecteerd kan worden? Of gaan we zonnecellen printen? Of lijmen? Eens we een haalbaar en robuust product hebben, is het dan natuurlijk nog belangrijk om architecten en projectontwikkelaars mee te krijgen.”

Michaël Daenen: “We gaan verschillende demonstratoren maken in dit project, net om projectontwikkelaars, architecten en steden en gemeenten te overtuigen van deze innovaties. We zijn ook al in gesprek met een stadsbestuur om een nieuw bouwproject te bespreken en de mogelijkheid om er PV-geluidswanden te gaan gebruiken. Om tot een echte doorbraak te komen voor IIPV moeten we alle partijen meehebben. Hopelijk lukt dat met dit project en met enkele succesvolle demonstratoren.”

Ondersteund door het Interreg V-A Euregio Maas-Rijn programma & met extra financiële ondersteuning van de Limburgse partners door Provincie Limburg.

interregprovincie limburg

Meer weten?

  • Volg imecs perspagina of schrijf je in op imecs nieuwsbrief om op de hoogte te blijven van de demonstratoren van het Rolling Solar project.
  • Meer info over Rolling Solar vind je hier. Ben je geïnteresseerd om met IIPV aan de slag te gaan? Contacteer dan Lieve De Doncker, business developer bij imo-imomec, voor meer info. 

 

Over Michaël Daenen

Michaël Daenen studeerde in 2004 af in de Toegepaste Fysica aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e, Eindhoven, Nederland). In 2008 promoveerde hij in materiaalfysica aan de Universiteit Hasselt (Hasselt, België) op het onderwerp van de synthese en karakterisering van nanokristallijne diamant. Hij werkt sinds 2014 als hoogleraar en is momenteel universitair hoofddocent Ingenieurstechniek aan de Universiteit Hasselt. Zijn onderzoeksgroep, Energy Systems Engineering (ESE) bij imo-imomec, richt zich op de betrouwbaarheid van PV-modules en PV-systemen. Hij was betrokken bij twee Europese projecten, PV Op Maat (Interreg) en SolSthore (EFRO-SALK) en werkt momenteel aan het project Rolling Solar (Interreg) en het Belgische federale project BREGILAB (Transitiefonds). De imo-imomec ESE groep is aangesloten bij imec (Leuven, België) en EnergyVille (Genk, België).

Over Bas van de Kreeke

Bas van de Kreeke is bestuurder van Wegenbouw van de Kreeke, alsook mede-oprichter van TIORC (Totaal Integraal Optimaal Renovatie Concept), mede-oprichter en zaakvoerder van Toletto BVBA en mede-oprichter en zaakvoerder van Belcare BVBA. In 1996 studeerde hij af als Burgerlijk Bouwkundig Ingenieur (KU Leuven/ TU Delft), waarna hij een opleiding Postgraduaat bedrijfskunde (UFSIA Antwerpen, 1997) en Master of Business Administration (Pepperdine University Malibu/ UFSIA Antwerpen, 1998) volgde.

Deze website maakt gebruik van cookies met als enige doel het analyseren van surfgedrag, zonder enige commerciële insteek. Lees er hier meer over. Lees ook ons privacy statement. Sommige inhoud (video's, iframes, formulieren,...) op deze website zal pas zichtbaar zijn na het accepteren van de cookies.

Accepteer cookies