Wegdek met geïntegreerde zonnecellen op Chemelot: ‘We vinden de zonneweg van de toekomst uit’

Daarin worden zowel kristallijn silicium- als dunnefilmzonnecellen getest op temperatuurprofielen, elektriciteitsproductie en robuustheid. ‘Hiermee gaan we grote technologische stappen zetten, maar daadwerkelijke grootschalige commercialisering van pv in wegen zal nog wel even op zich laten wachten’, stelt Zeger Vroon, lector Sustainable Energy in the Built Environment aan Zuyd Hogeschool en senior scientist bij Brightlands Materials Center.

Ruimte is schaars in Nederland. Dat heeft consequenties voor de energietransitie. Die staat feitelijk nog maar in de kinderschoenen. Toch ontstaat nu al behoorlijk wat weerstand tegen het bouwen van zonneparken. Steeds meer gemeentes en provincies spreken in hun zonneladders een voorkeur uit voor zonnepanelen op daken bij bedrijven en particulieren. Hoewel in die marktsegmenten nog een grote potentie schuilt in de vorm van ongebruikt areaal, is dat echter niet voldoende om de hernieuwbare energiedoelen waar te maken. Het noodzakelijke volume aan pv wat de komende decennia moet worden gerealiseerd is enorm. Uiteindelijk zal zonne-energie overal moeten zijn en dat kan niet alleen met traditionele zonnepanelen.

Kansen
‘Dat betekent dat het gebruik van geïntegreerde pv de toekomst heeft’, stelt Vroon. ‘Energie opwekken daar waar het wordt gebruikt, in de bebouwde omgeving dus, is daarbij logisch en wenselijk. Maar niet alle daken zijn geschikt voor reguliere zonnepanelen. building integrated pv (bipv) is dan een mooie oplossing, temeer omdat dat bijvoorbeeld ook toepasbaar is op gevels. Die beweging is al in gang gezet in de vorm van nieuwe technologie en de eerste positieve businesscases. Maar zelfs al leggen we uiteindelijk ieder dak in ons land vol met zonnepanelen, dan nog is dat onvoldoende om de energietransitie te verwezenlijken. Er is meer nodig, en een andere vorm van dubbelgebruik – pv-geïntegreerde trottoirs, fietspaden en wegen – biedt daarbij enorme kansen. Dat wordt onderschreven door een roadmap van TNO-SEAC. In 2050, moet volgens die roadmap zo’n 15 procent van onze zonne-energie uit zonnewegen komen. Om dat waar te maken zetten we binnen het Rolling Solar-project nu belangrijke stappen.’

Demonstrator
Rolling Solar wordt uitgevoerd in het kader van het Interreg-programma Euregio Maas-Rijn. Het wordt gefinancierd vanuit het Europese Fonds voor Regionale Ontwikkeling en mede ondersteund door de provincies Noord-Brabant, Vlaams-Brabant, Limburg en Luik (B) en het ministerie van Economische Zaken en Klimaat (NL). Binnen het consortium werken diverse kennisinstituten en bedrijven aan de technische realisatie van pv-geïntegreerde publieke infrastructuur. Onderdeel van het project is de realisatie van een demonstrator in de vorm van een wegdeel dat uitgerust is met diverse pv-technologieën. De bouw is in volle gang. Het wegdek is in 2021 operationeel en klaar voor uitvoerige testen. De plaats van handeling is de Limburgse innovatiecampus Chemelot, waarmee de academie Applied Sciences  van Zuyd Hogeschool een nauwe samenwerking kent. In dit project werken studenten uit de academie gebouwde omgeving en academie enginering samen aan het Rolling Solar-project op Chemelot.

Betondelen
‘Onze rol in dit project is het faciliteren en het onderzoeken van het gebruik van de zonneweg’, vertelt Vroon. ‘Maar wij zijn natuurlijk maar een van de partners die erbij betrokken zijn. We doen het samen met SolaRoad, Strukton, TNO-Solliance, BMC en UHasselt. In november zijn we begonnen met de realisatie van de demonstrator. Onze zonneweg ligt in een bypass naar een parkeerterrein bij een onderzoeksgebouw op Chemelot, die door Brightlands Chemelot beschikbaar is gesteld. De weg kent een capaciteit van zo’n 350 auto’s. Zo kunnen we de verkeersstroom reguleren. Die weg staat uit betondelen van circa 10 vierkante meter waarvan we er enkele vervangen door pv-geïntegreerde elementen met een dikte van 21 centimeter. In totaal gaat het om 40 vierkante meter aan zonneweg. 2 delen van 10 vierkante meter zijn uitgerust met monokristallijn silicium-pv. Het gaat om modules van 360 bij 300 centimeter die uitgerust zijn met 60 zonnecellen. Deze eerste 2 delen zijn vanaf begin 2021 operationeel. Enkele maanden later, in april, worden nog 2 delen van 10 vierkante meter geïnstalleerd. Hierin zijn dunnefilmzonnecellen – op basis van cigs-moduletechnologie van TNO-Solliance geïntegreerd.’

Mechanische stress
Naast de 2 keer 20 vierkante meter geïntegreerde zonnepanelen op de weg zelf, worden nog eens 2 wegdelen gelegd met hetzelfde formaat – 1 met kristallijn siliciumzonnecellen en 1 met dunnefilmzonnecellen – wat het totale pv-oppervlak op 60 vierkante meter brengt. Deze laatste 2 blijven echter onbelast door auto’s en dienen als referentie voor het meten van het gedrag en de prestaties van de zonneweg.

Vroon: ‘We gaan het komende jaar feitelijk 3 zaken meten: de temperatuurprofielen, de elektriciteitsproductie en de robuustheid. Die zaken hangen uiteraard met elkaar samen. De temperatuur in zonnepanelen kan behoorlijk oplopen. Dat kan ten koste gaan van het rendement en er is een kritische grens; worden ze te warm dan gaan ze kapot.’ Tegelijkertijd zorgt temperatuurstijging volgens Vroon voor uitzetting en dus mechanische stress. ‘Je wilt weten wat de uitzettingscoëfficiënten zijn en wat dat betekent voor het systeem. Daarnaast is er uiteraard ook sprake van de belasting door de auto’s die er overheen rijden. Wat betreft de opbrengst biedt deze opstelling de mogelijkheid om die van alle 6 de pv-wegdelen naast elkaar te leggen. Zo kunnen we niet alleen het verschil tussen de pv-technologieën in kaart brengen, maar ook de invloed van de belasting. Bovendien kijken we uiteraard naar hoe de uiteenlopende toplagen zich houden over de tijd in het Nederlandse klimaat.’

Mainstream
In april 2022 moeten de resultaten van de pilot op Chemelot bekend zijn. Dat maakt de weg vrij voor opschaling in de vorm van grootschaligere proeven in bestaande wegtrajecten. Dat wil echter niet zeggen dat er geen flinke barrières moeten worden overwonnen voordat er sprake kan zijn van daadwerkelijke commercialisatie zo onderstreept Vroon.

‘Dit project moet resulteren in een verlaging van de kosten van zonnewegen door het gebruik van flexibele, minder kwetsbare dunnefilmzonnecellen en een effectieve integratie. We werken dus aan opschaalbare, betaalbare en betrouwbare technologie. Het potentieel is enorm gezien het wegoppervlak van Nederland. Maar de introductie van dit soort producten zal gefaseerd gaan. Een optimale integratie van pv in wegen is uitdagend, vooral door de belasting van zonnepanelen door het verkeer. Je zult dan ook allereerst toepassingen zien in trottoirs, fietspaden, opritten bij huizen en vluchtstroken. Tegelijkertijd zullen ook issues rond energietarieven moeten worden overwonnen wil er sprake zijn van positieve businesscases. Dat heeft alles te maken met de lage prijs die grote inkopers zoals Rijkwaterstaat en provincies nu voor elektriciteit betalen. Ik ben echter overtuigd dat zonnewegen over een jaar of 10 mainstream zijn. Het mooie en opwindende van dit project is dat we daar de basis voor leggen met alle betrokken stakeholders: onderzoekers, fabrikanten van zonnepanelen, gespecialiseerde aanbieders van pv-geïntegreerde infrastructurele elementen en bouw- en constructiebedrijven. Gezamenlijk vinden we de zonneweg van de toekomst uit. Als opleider van de ingenieurs van de toekomst willen wij daar als Zuyd Hogeschool graag bij betrokken zijn. Het stelt ons in staat wat we leren te vertalen naar het onderwijs, ook binnen een bredere visie op de vele mogelijke functionaliteiten van die weg van de toekomst.’