Hoe kan zonne-energie integraal deel uitmaken van onze gebouwde en mobiliteitsomgeving?

De integratie van fotovoltaïsche (PV) systemen in stedelijke, agrarische en mobiliteitsomgevingen ontwikkelt zich in Oostenrijk tot een centraal strategisch instrument binnen het energiebeleid. Binnen het werkprogramma omvat dit brede thema gezamenlijke onderzoeksprojecten, trainingen, workshops en conferenties op zowel nationaal als internationaal niveau. Deze gezamenlijke initiatieven leggen de basis voor de verdere structurele verankering van PV in diverse sectoren.

De Oostenrijkse markt kent meerdere gespecialiseerde PV-producenten. Zij richten zich zowel op standaardmodules als op oplossingen die specifiek zijn ontworpen voor gebouwintegratie, zoals BIPV (Building Integrated Photovoltaics). Deze producenten, evenals toeleveranciers van montagematerialen en energieopslagsystemen, leggen een sterke nadruk op kwaliteit. Desondanks blijft het gebruik van geschikte daken achter, vooral door het huidige systeem van eigenverbruik dat weinig prikkels geeft om zonne-energie op te wekken wanneer die niet direct lokaal gebruikt wordt.

De bureaucratische hindernissen blijven groot: vergunningen, aansluitkosten op het net, en een gebrek aan transparantie over netcapaciteit en uitbreidingsplannen. De rol van E-Control als arbitrage-instantie is hierin essentieel. Het nieuwe Elektriciteitswet voorziet in vereenvoudiging via vlakke toegangstarieven, maar dat is slechts een begin. Vooruitgang vraagt ook om een sterke impuls in R&D rond PV-technologieën, in het bijzonder in niches als BIPV, waar Oostenrijk momenteel slechts beperkt in investeert.

De “1 Miljoen PV-daken”-strategie van de Oostenrijkse federale regering (2022) onderstreept dat gebouwgebonden PV-prioriteit moet krijgen. De bestaande regelgevingen zouden moeten evolueren richting verplichtingen voor nieuwbouw, ruimere toelatingen, en stimulansen voor deelname aan energiegemeenschappen. Dit alles vraagt om een ingrijpende capaciteitsuitbreiding in de plannings- en bouwsector, inclusief opleidingen voor installateurs, architecten en stadsplanners.

Tegen 2050 zal naar verwachting de helft van de Oostenrijkse elektriciteitsvraag – die tegen die tijd aanzienlijk hoger zal liggen – door PV worden gedekt. Om dit te bereiken moet niet alleen het volledige potentieel van daken en gevels worden benut, maar zal ook de efficiëntie van PV-systemen toenemen. Terwijl de gemiddelde marktefficiëntie momenteel rond de 20% ligt, wordt gestreefd naar 25% tegen 2050. Laboratoriumprototypes bereiken al meer dan 40%, al is deze technologie nog niet commercieel toepasbaar. Toch maakt de verwachte efficiëntiewinst een significante reductie van de benodigde oppervlakte plausibel.

De gebouwde omgeving zal dan standaard uitgerust zijn met geïntegreerde PV: in daken, gevels, ramen, geluidswanden en parkeerstructuren. In de landbouwsector zullen PV-systemen dubbele functies vervullen door schaduw te bieden, biodiversiteit te bevorderen en waterverbruik te reduceren. In de mobiliteitssector zal zonne-energie geïntegreerd worden in lichtgewicht elektrische voertuigen, laadstructuren en waterstofproductie. De toekomst van het Oostenrijkse energiesysteem vereist flexibilisering via slim lastbeheer en de uitbouw van korte- en langetermijnopslag, zoals batterijen en waterstofsystemen.

Deze transformatie is niet louter technologisch of economisch, maar ook sociaal. De attitude van burgers, hun bereidheid tot participatie en de perceptie van lokale meerwaarde spelen een centrale rol. Het verwezenlijken van klimaatneutraliteit vraagt om een breed gedragen visie, gecoördineerd tussen overheden, industrie en burgers. Enkel door alle beschikbare oppervlaktes te benutten en barrières systematisch weg te nemen, kan zonne-energie haar volledige potentieel in de samenleving bereiken.

Wat zijn de belangrijkste overwegingen bij het integreren van fotovoltaïsche systemen in gebouwen?

In de afgelopen jaren is de integratie van fotovoltaïsche (PV) systemen in gebouwen steeds gebruikelijker geworden. Deze zogenaamde gebouw-geïntegreerde fotovoltaïsche (BIPV) systemen bieden de mogelijkheid om elektriciteit op te wekken uit zonlicht, direct geïntegreerd in de structuur van het gebouw, zoals het dak of de gevel. Hoewel BIPV-systemen veelbelovende voordelen bieden, zoals de mogelijkheid om duurzame energie te genereren zonder extra ruimte in beslag te nemen, zijn er verschillende factoren die de effectiviteit en implementatie van dergelijke systemen beïnvloeden. Het is daarom van essentieel belang om goed geïnformeerd te zijn over de verschillende aspecten van BIPV-systemen om te zorgen voor een succesvolle installatie en een goed rendement op investering.

De haalbaarheid van een BIPV-systeem hangt in de eerste plaats af van de specifieke kenmerken van het gebouw. De oriëntatie van het gebouw, de beschikbare ruimte voor het plaatsen van zonnepanelen en lokale wet- en regelgeving spelen een cruciale rol. Dit betekent dat het niet altijd mogelijk is om BIPV-systemen op elke gewenste locatie te installeren. De structuur van het gebouw moet bovendien in staat zijn om het extra gewicht van de zonnepanelen te dragen, wat de eerste overwegingen betreft bij het ontwerp en de planning van de installatie.

Bovendien speelt de esthetiek een niet te onderschatten rol bij de keuze voor een BIPV-systeem. In tegenstelling tot conventionele zonnepanelen die vaak als een extra element op het dak van een gebouw worden geïnstalleerd, kunnen BIPV-systemen direct worden geïntegreerd in de gevel of het dak van een gebouw, wat betekent dat ze visueel aantrekkelijk moeten zijn en moeten passen bij het algehele ontwerp van het gebouw. Dit kan met name belangrijk zijn in gebieden waar het uiterlijk van gebouwen gereguleerd wordt, of wanneer het gebouw een bepaalde architectonische uitstraling moet behouden.

In klimaten zoals dat van Oman, waar hoge temperaturen, stof en zand een aanzienlijke invloed kunnen hebben op de prestaties van zonne-energiesystemen, moeten ontwerpers rekening houden met extra uitdagingen. De impact van hoge temperaturen op de energieproductie van zonnepanelen kan bijvoorbeeld een beperking vormen. In juni, bijvoorbeeld, kan de efficiëntie van zonnepanelen in dergelijke gebieden beperkt zijn, zelfs bij een relatief hoog zonlichtniveau. Hoewel de aanwezigheid van wind in dit geval een positieve invloed kan hebben op de prestaties van fotovoltaïsche systemen, doordat het de temperatuur van de panelen kan verlagen, is de invloed van de wind op de energieproductie in Muscat minimaal gebleken.

Bovendien kunnen passieve koelingsmethoden, zoals ventilatie of schaduw, helpen om de algehele energieopbrengst van het systeem te verbeteren. Dit kan vooral belangrijk zijn in gebieden met hoge temperaturen, waar oververhitting van zonnepanelen de efficiëntie kan verminderen. In dergelijke klimaten kan het gebruik van geavanceerde koelingssystemen of innovaties zoals thermische accumulatie helpen om de prestaties van het systeem te optimaliseren. Energieanalyses en exergiebeoordelingen van BIPV-systemen moeten sterk rekening houden met dagelijkse zonnestraling en de specifieke omstandigheden ter plaatse.

Bij de implementatie van BIPV-systemen moet men ook de mogelijkheden van netverbinding en de bijbehorende regelgeving in overweging nemen. In sommige regio’s kunnen er beperkingen zijn op het aansluiten van BIPV-systemen op het elektriciteitsnet, afhankelijk van de lokale voorschriften en de infrastructuur van het net. Daarnaast kunnen er specifieke eisen zijn voor de aansluiting van BIPV-systemen, die van invloed kunnen zijn op de economische haalbaarheid van een project. Het is van groot belang om deze zaken van tevoren te begrijpen, aangezien ze de kosten en de winstgevendheid van het systeem kunnen beïnvloeden.

BIPV-systemen bieden niet alleen de mogelijkheid om duurzame energie op te wekken, maar kunnen ook een belangrijke bijdrage leveren aan de vermindering van de ecologische voetafdruk van gebouwen. Door energie op te wekken uit hernieuwbare bronnen zoals zonlicht, dragen deze systemen bij aan een duurzamer en milieuvriendelijker gebouwontwerp. Toch is het belangrijk te beseffen dat de integratie van BIPV-systemen geen oplossing is die voor elk gebouw geschikt is. De technische, economische en esthetische uitdagingen moeten zorgvuldig worden afgewogen, en de juiste ontwerpkeuzes moeten worden gemaakt om te zorgen voor een duurzame en rendabele oplossing.

Hoe Integratie van Zonne-energie in Gebouwen de Toekomst van Duurzaam Bouwen Vormgeeft

BIPV of BAPV (Building-Applied Photovoltaics) wordt wereldwijd steeds vaker toegepast, met projecten in onder andere Hannover, Berlijn en Singapore. Zo wekt de installatie op het dak van een gebouw in Hannover 1 MW op, terwijl een PV-systeem op een wooncomplex in Berlijn de energiebehoeften ondersteunt. In Singapore zijn er verschillende BIPV-installaties die ook bijdragen aan de verduurzaming van de stedelijke infrastructuur. Tussen 2019 en 2020 groeide de wereldwijde capaciteit van BIPV van 1,15 GW naar 2,3 GW, wat een verdubbeling in slechts één jaar betekent. Er wordt verwacht dat de BIPV-markt wereldwijd tegen 2026 een waarde van 20,1 miljard dollar zal bereiken, hoewel deze markt in 2020, te midden van de COVID-19-pandemie, werd geschat op 10,3 miljard dollar.

BIPV-systemen bieden een unieke meerwaarde doordat ze dubbele functies vervullen: ze vervangen traditionele bouwmaterialen en genereren tegelijkertijd energie. Deze systemen kunnen eenvoudig worden geïntegreerd in zowel nieuwe als bestaande gebouwen, waardoor ze de energie-efficiëntie verhogen, de ecologische voetafdruk verlagen en bijdragen aan de bestrijding van klimaatverandering. Het vermijden van de kosten van conventionele bouwmaterialen verlaagt de totale kosten van BIPV, waardoor deze systemen doorgaans goedkoper zijn dan traditionele PV-installaties die extra ruimte en montagesystemen vereisen.

Een voorbeeld van grootschalige BIPV is het Duitse Umweltbundesamt (UBA)-gebouw in Dessau, waar grote zonnepanelen op het dak 9.000 kWh per jaar genereren. Dit is het grootste zonnepanelensysteem op een openbaar gebouw in Duitsland en Europa, zoals te zien is in figuur 20. Het REC Conference Center in Szentendre, Hongarije, is een ander voorbeeld van een duurzaam gebouw, waar 140 zonnepanelen 29 kW opwekken en overtollige energie aan het lokale net leveren.

Masdar City in Abu Dhabi is een van de meest ambitieuze voorbeelden van BIPV-toepassingen. Deze slimme stad is ontworpen om volledig koolstofneutraal en afvalvrij te zijn, waarbij zonne-energie een centrale rol speelt. De daken van de gebouwen in Masdar City zijn uitgerust met zonnepanelen die schone energie opwekken, de CO2-uitstoot verminderen en bijdragen aan de doelstelling van net-zero steden. De toepassing van zonne-energie in Masdar City wordt verder geoptimaliseerd door het gebruik van zonnevolgende systemen die de panelen voortdurend in de beste positie voor maximale energieopbrengst plaatsen, zoals te zien in figuur 24.

Daarnaast kan BedZED in Londen worden genoemd als een voorbeeld van een laag-koolstofwoningcomplex. In 2002 werd in Beddington, Zuid-Londen, een eco-dorp met 100 woningen gebouwd, dat wordt beschouwd als een pionier van de zogenaamde nul-energiewoningen. De woningen zijn uitgerust met 107 kWp aan geïntegreerde zonnepanelen, die bijdragen aan het energieverbruik van elektrische voertuigen en het verlagen van de energiekosten per huishouden. Deze woningen gebruiken 11% van hun energiebehoefte van de zonnepanelen, wat hen aanzienlijk energiezuiniger maakt dan traditionele woningen in het VK.

Het gebruik van BIPV gaat verder dan esthetische voordelen en levert daadwerkelijke voordelen op in termen van kostenbesparing, vermindering van de ecologische voetafdruk en bevordering van duurzame stedelijke ontwikkeling. Naast de kostenbesparing door verminderde behoefte aan conventionele bouwmaterialen, draagt BIPV bij aan de productie van hernieuwbare energie die kan worden teruggegeven aan het elektriciteitsnet, wat verder bijdraagt aan een duurzamer energieverbruik.

Endtext

Hoe Zonne-energie de Toekomst van Duurzame Steden en Energiecentrales Vormt

In de afgelopen jaren is de toepassing van zonne-energie in verschillende delen van de wereld exponentieel gegroeid. Zonne-energie wordt niet alleen gebruikt voor het opwekken van elektriciteit, maar ook voor innovatieve toepassingen die de manier waarop we naar energieproductie en -verbruik kijken, ingrijpend veranderen. Tesla’s Gigafactory in Nevada, bijvoorbeeld, maakt gebruik van een enorme installatie van zonnepanelen op het dak van de fabriek. Deze fabriek is in staat om jaarlijks 35 GWh aan batterijen te produceren, wat een significant deel bijdraagt aan de energietransitie. De installatie van zonnepanelen op daken van industriële gebouwen zoals deze heeft niet alleen voordelen voor de productie van schone energie, maar ook voor de afname van de energiekosten op de lange termijn.

Een ander opvallend voorbeeld van zon-PV-toepassingen is het gebruik van zonnepanelen als zonwering op gebouwen. Zo zijn er in verschillende steden, zoals Greater Sudbury in Canada en Singapore, systemen van zonnepanelen geïnstalleerd als buitenzonwering. Dit gebruik van zonnepanelen draagt bij aan de verduurzaming van gebouwen door niet alleen energie op te wekken, maar ook te helpen bij het reguleren van de temperatuur binnenin. Deze dubbele functie maakt zonne-energie tot een veelzijdige oplossing voor moderne architectuur, waarbij het zowel de energiebehoefte als de klimaatsystemen van gebouwen ten goede komt.

Daarnaast zijn er talrijke zonne-energiecentrales in Europa die een cruciale rol spelen in de overgang naar hernieuwbare energie. In Duitsland bijvoorbeeld produceert het Jännersdorf zonnepark in Prignitz 40,5 MW aan schone energie, terwijl in Spanje de Andasol zonnecentrale 150 MW produceert door middel van geconcentreerde zonne-energie. Deze zonneparken dragen niet alleen bij aan de energielevering, maar helpen ook de CO2-uitstoot wereldwijd te verminderen door fossiele brandstoffen te vervangen door duurzame energiebronnen.

In de Verenigde Arabische Emiraten, in de stad Masdar, is zonne-energie een integraal onderdeel van het stadsontwerp. De stad is zodanig georiënteerd dat straten en voetpaden gedurende de dag schaduw bieden, wat helpt bij het verlagen van de thermische belasting van de gebouwen. Dit ontwerp vermindert de vraag naar energie van de 10 MW zonnepark die schone energie levert aan de stad en de Masdar Institute of Science and Technology. Het zonnepark bestaat uit meer dan 87.000 zonnepanelen en draagt bij aan de vermindering van duizenden tonnen CO2-uitstoot per jaar.

Naast deze voorbeelden van grootschalige zonne-energieprojecten in stedelijke omgevingen, is er wereldwijd een opmerkelijke toename in de capaciteit van zonne-energie in ontwikkelingslanden, met name in Afrika. De Afrikaanse markt heeft de potentie om een leidende rol te spelen in de energietransitie. De International Energy Agency (IEA) heeft aangegeven dat Afrika beschikt over enorme hernieuwbare energiebronnen, met zonne-energie als de meest veelbelovende. Tussen 2010 en 2021 waren de grootste capaciteitsuitbreidingen van zonne-energie in Afrika te zien in 2019 en 2021, ondanks een tijdelijke daling in 2020 als gevolg van de COVID-19-pandemie.

Het is belangrijk te realiseren dat de integratie van zonne-energie verder gaat dan enkel het installeren van zonnepanelen. De nadruk ligt steeds meer op het slimme gebruik van zonne-energie in stedelijke planning, de ontwikkeling van duurzame energieopslag en netwerken die zorgen voor efficiënte distributie. Ook speelt de schaalgrootte een belangrijke rol: door zonneparken in zowel stedelijke als afgelegen gebieden te integreren, kan zonne-energie op grotere schaal worden benut, wat cruciaal is voor de verdere verduurzaming van de samenleving.