In de praktijk start de realisatie met de mechanische montage van modules op een draagstructuur. De positie is cruciaal. Hellingshoek en oriëntatie bepalen de instralingsintensiteit. Modules worden onderling verbonden in series, ook wel strings genoemd. Dit gebeurt met specifieke connectoren en UV-bestendige DC-bekabeling. Deze kabels leiden de opgewekte energie naar een centrale of decentrale technische ruimte. De integratie in het gebouwontwerp varieert van opbouwsystemen op rails tot in het dakvlak geïntegreerde oplossingen (BIPV).
De elektrische koppeling met de gebouwinstallatie vindt plaats via de omvormer, die de verbinding vormt met de verdeelinrichting. Hierbij wordt de stroom gesynchroniseerd met de netfrequentie. Bij grotere installaties wordt vaak gewerkt met verdeelkasten en extra beveiligingen tegen overspanning. De constructieve verankering moet rekening houden met wind- en sneeuwbelasting. Ballast op platte daken. Of dakhaken bij hellende constructies. Een monitoringunit registreert de prestaties van het systeem en signaleert eventuele afwijkingen in de stringspanning. Het is een proces van continue stroomvloei van de buitenschil naar de interne infra.
De markt wordt gedomineerd door siliciumgebaseerde cellen, maar de interne structuur verschilt fundamenteel. Monokristallijne panelen herkent men direct aan hun egale, donkere kleur. Ze worden vervaardigd uit één enkel kristal. Dit resulteert in de hoogste zuiverheid en dus het hoogste rendement per vierkante meter. Voor projecten met beperkte dakoppervlakte zijn dit de standaardkeuze. Polykristallijn, herkenbaar aan de blauwe gloed en zichtbare kristalgrenzen, ontstaat door het gieten van silicium in blokken. Goedkoper in productie. Echter minder efficiënt bij hoge temperaturen.
Dunne film (Amorf silicium, CIGS of CdTe) gooit het over een andere boeg. Hierbij wordt een fotovoltaïsche laag op een substraat gespoten of gedampt. Het materiaalgebruik is minimaal. De efficiëntie ligt lager dan bij kristallijne tegenhangers, maar deze variant is ongevoeliger voor schaduwvorming en presteert relatief goed bij diffuus licht. Ideaal voor gevels of flexibele toepassingen waar gewicht een kritische factor is.
| Type | Kenmerk | Toepassing |
|---|---|---|
| PERC | Reflecterende achterzijde | Standaard voor hoog rendement |
| Bifacial | Dubbelzijdige opbrengst | Platte daken met lichte ondergrond |
| BIPV | Bouwmateriaal vervangend | Esthetische dak- en gevelintegratie |
| Tandemcellen | Gestapelde materialen | Toekomstige high-end projecten |
Men moet waken voor de verwarring tussen fotovoltaïsche systemen en zonthermische collectoren. Hoewel beide zonlicht gebruiken, produceert PV uitsluitend elektriciteit, terwijl collectoren water verwarmen. Een hybride variant bestaat ook: het PVT-paneel. Dit combineert beide werelden. Het koelt de PV-cellen met vloeistof, wat de elektrische opbrengst verhoogt en tegelijkertijd warmte levert voor een warmtepomp. In de architectuur maken we daarnaast onderscheid tussen BAPV (Building Applied) en BIPV (Building Integrated). Bij BAPV worden panelen simpelweg op de constructie gemonteerd. BIPV gaat een stap verder; de zonnecel is hier de dakpan of de gevelplaat zelf. Een constructieve integratie waarbij de waterkerende laag en de energieopwekker samenvallen.
Een rijtjeswoning ondergaat een verduurzamingsslag. Twaalf 'all-black' monokristallijne panelen liggen strak in het dakvlak, gemonteerd op rvs-dakhaken die stevig achter de panlatten zijn verankerd. Geen zilverkleurige randjes of glimmende profielen. De DC-kabels verdwijnen subtiel onder de pannen door naar een omvormer op de voorzolder. Een kort, brommend geluid bij vollast is het enige teken van activiteit.
Op het uitgestrekte platte dak van een nieuw logistiek centrum ziet het beeld er totaal anders uit. Duizenden modules staan in een oost-west opstelling. Hier wordt niet gekozen voor de hoogste opbrengst per paneel op het zuiden, maar voor een afgevlakte energiecurve die beter aansluit bij het constante verbruik van de koelinstallaties. Betonnen ballastblokken houden de lichtgewicht aluminium frames op hun plek. Geen enkele doorboring van de bitumineuze dakbedekking is nodig om de stabiliteit bij storm te garanderen.
In een moderne kantoorgevel zien we de integratie nog verder gaan. Semi-transparante glas-glas panelen in de vliesgevel. Van een afstand oogt de gevel als donker getint glas, passend bij de esthetiek van het ontwerp. Pas van dichtbij worden de flinterdunne lijntjes van de cellen zichtbaar. Of denk aan de solar-carport op een parkeerterrein. De auto staat beschut tegen regen en zon, terwijl de overkapping zelf de laadpaal van stroom voorziet. Twee functies op één vierkante meter grondoppervlak. Geen verloren ruimte.
De realisatie van fotovoltaïsche systemen is gebonden aan een strikt kader van technische normen en wettelijke voorschriften. Veiligheid regeert. Het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) vormt de juridische basis, waarbij vooral de brandveiligheid en de constructieve integriteit van het gebouw centraal staan. NEN 7250 biedt hierbij specifieke richtlijnen voor de bouwkundige aspecten van zonne-energiesystemen. Het gaat dan om de wind- en sneeuwbelasting die op de constructie drukt. Of de waterkeerbaarheid van geïntegreerde systemen. Niets mag immers zomaar van het dak waaien.
Elektrisch gezien is de NEN 1010 de onbetwiste standaard voor de laagspanningsinstallatie. Deze norm dicteert hoe de verbinding tussen de PV-sectie en de verdeelinrichting moet verlopen. Kabelberekeningen zijn verplicht. Selectiviteit van beveiligingen moet gewaarborgd zijn. De juiste aarding is essentieel om vlambogen en oververhitting te voorkomen. Voor de kwaliteitsborging bij oplevering wordt vaak verwezen naar de NEN-EN-IEC 62446. Deze norm stelt eisen aan de systeemdocumentatie en de eerste inspectie. In de zakelijke markt eisen verzekeraars bovendien regelmatig een SCIOS Scope 12-keuring. Dit is een specifieke inspectiemethodiek gericht op het minimaliseren van brandrisico's. Geen vrijblijvend advies. Vaak een harde voorwaarde voor verzekeringsdekking.
1839. De negentienjarige Edmond Becquerel ontdekt het fotovoltaïsch effect. Hij zag licht elektriciteit genereren in een elektrolytische cel. Het bleef decennia een natuurkundig experiment. Pas in 1883 construeerde Charles Fritts de eerste solide zonnecel. Hij gebruikte selenium op een dun laagje goud. Het rendement was minimaal. Minder dan één procent. Onvoldoende voor praktische toepassing, maar het bewees dat de directe omzetting van licht naar stroom mogelijk was zonder bewegende delen. Einstein zorgde in 1905 voor de theoretische fundering. Zijn verklaring van het foto-elektrisch effect legde de basis voor de moderne kwantumfysica.
De technologische sprong naar silicium vond plaats in 1954 bij Bell Labs. Daryl Chapin, Calvin Fuller en Gerald Pearson verhoogden het rendement naar zes procent. Een significante mijlpaal. De ruimtevaart fungeerde als eerste serieuze afzetmarkt. Satellieten zoals de Vanguard I bewezen de betrouwbaarheid van PV-cellen in extreme omgevingen. Op de grond bleef de techniek onbetaalbaar voor algemeen gebruik in de bouwsector. Tot de oliecrisis van de jaren zeventig. De noodzaak voor energieonafhankelijkheid dreef de kostenreductie aan. In de Verenigde Staten en Japan startten de eerste grootschalige onderzoeksprogramma's voor aardse toepassingen.
De echte integratie in de architectuur kwam op gang in de jaren negentig. Duitsland nam het voortouw met het '100.000 Dächer-Programm'. Dit stimuleerde de markt en dwong de industrie tot standaardisatie van modules en omvormers. De focus verschoof van niche-laboratoriumwerk naar robuuste bouwproducten. Sinds 2010 zijn de productiekosten exponentieel gedaald door opschaling in Azië. Wat ooit begon als een hightech component voor satellieten, is inmiddels getransformeerd tot een standaard bouwmateriaal. Het is nu een integraal onderdeel van de Nederlandse bouwregelgeving en de verplichte energieprestatieberekeningen voor nieuwbouw.
Emis.vito | Viessmann | Segensolar | Solease | Zonnepanelen-gids | Dakprofijt | Sma-benelux