Overal ingebouwde zonne-energie met flexibele zonnefolie

Met verve schetst Peter Toonssen (projectontwikkelaar namens TNO bij Solliance) de mogelijkheden om in uiteenlopende dakbedekkingen en andere objecten zonnecellen te verwerken. Niet achteraf, zoals met zonnepanelen, maar meteen bij de productie.

“Door deze breed toepasbare technologie aan te bieden, kunnen we de hele schil van bebouwing om ons heen een energieleverende functie geven”, vertelt hij. “Wegdek, vangrail, geluidswanden, auto’s en trailers van vrachtwagens, alles gaat eraan geloven.”

Zonne-energie is de primaire energiebron, waar allerlei brandstoffen en ook wind uit voortkomen. En belangrijker nog, er is een overvloedige hoeveelheid van beschikbaar. De innovaties op het gebied van zonne-energie volgen elkaar dan ook snel op.

Een volgende stap is om de opwekking van zonne-energie meteen te integreren in andere producten. Dit idee komt niet vanuit de solar-industrie, maar vanuit producenten van verschillende dakbedekkingen. Fabrikanten van dakplaten met afwijkende vormgeving wilden graag hun eigen product duurzamer maken en zochten daarvoor contact met TNO. Toonssen begrijpt die wensen uitstekend. “Ze kunnen zich veel beter presenteren als een groene leverancier, omdat hun eigen producten straks inclusief de zonnecellen de deur uitgaan.”

Producenten zochten naar passend aanbod om zonnecellen in hun eigen producten te integreren. Ze vonden in veel gevallen alleen gestandaardiseerde producten met vaste maatvoering en eigenschappen. En zouden ze het zelf maken, dan rezen de kosten de pan uit.

Zij klopten daarom aan bij TNO, dat samen met industriële en academische partners onderzoek doet naar de zonnetechnologie van de toekomst. Sinds 2010 werkt TNO op de High Tech Campus in Eindhoven samen met andere partners van Solliance aan de ontwikkeling van een halffabricaat met zonnecellen. Deze andere partners zijn het Belgische imec en ECN (nu onderdeel van TNO). En met succes, want dat heeft geleid tot de ontwikkeling van het flexibele folie.

Fabrikanten kunnen dit folie zelf aan hun eigen product toevoegen. Dat vereist een naadloze integratie van flexibele zonnefolie op alle mogelijke soorten oppervlak, zodat het folie massaal kan worden toegepast in bouwmaterialen, op treinen, gevels en alles wat nog meer zon kan vangen.

Bij een op de tien Nederlandse huishoudens liggen inmiddels zonnepanelen op het dak. Om de nationale doelstellingen te halen, moet dit aantal een factor drie groter worden tot 2030 en een factor tien in 2050. Met flexibele zonne-folie kan het rendement van zonne-energiesystemen flink verhoogd worden.

Daarnaast vergroot het gebruik van dunne film de mogelijkheden om oppervlakken beter te benutten voor elektriciteitsproductie. “Er zijn nog ontzettend veel ongebruikte gebouwen en gevels, dus daar valt heel veel winst te behalen”, zegt Toonssen.

De zonnecellen kunnen bovendien op een esthetische of zelfs onzichtbare manier weggewerkt worden in de omgeving, infrastructuur of transportmiddelen. Er is steeds meer mogelijk, ook met kleuren en patronen. “Dat is voor veel mensen gemakkelijk te accepteren”, verwacht hij. “Daardoor is er meer draagvlak voor zonne-energie dan wanneer we weilanden volplaatsen met panelen.”

De uitdagingen op het gebied van de zonnefolie waren vooral technisch van aard. TNO heeft binnen het samenwerkingsverband nieuwe technologie ontwikkeld om met één productielijn verschillende marktsegmenten te bedienen en daarmee diverse fabrikanten van dienst te zijn. Dankzij robotica kan de productielijn snel overschakelen naar andere producten en zo een hoge productie draaien.

Dat is ingewikkeld, want de hele keten – van materiaalontwikkeling tot eindproduct – is erbij betrokken. “In alle schakels moet je wel iets oplossen”, zegt Toonssen. “Dat heeft jaren van voorbereiding gekost, maar nu kunnen we echt grote volumes produceren.”

Ook diepgaande kennis van materialen en processen is cruciaal om deze productie te laten slagen. “We moeten de betrouwbaarheid van de materialen goed kennen”, zegt Toonssen. “We willen niet dat de folie-laag na drie jaar loslaat, terwijl de dakbedekking een levensduur heeft van zeker twintig jaar. Intensieve samenwerking met materiaalontwikkelaars is daarom een sleutelfactor.”

Het ecosysteem van de High Tech Campus in Eindhoven is voor TNO een zeer vruchtbare omgeving voor research en innovatie. Zo is er een intensieve samenwerking met Holst Centre, een van de weinige innovatiecentra die expertise op het gebied van draadloze sensortechnologie en flexibele elektronica onder één dak verenigt. Partners kunnen hier demonstratiemodellen en prototypes ontwikkelen en vervolgens omzetten in ultramoderne producten en productieprocessen.

TNO en de overige Solliance-partners maken in Eindhoven dankbaar gebruik van dit ecosysteem. “Op het gebied van flexibele elektronica had Holst allerlei vragen al voor een deel opgelost”, zegt Toonssen. “Zo hebben wij veel voordeel gehad van hun kennis over de barrière-technologie, dat elektronica beschermt tegen gassen uit de atmosfeer.”

Korte afstanden helpen eveneens om ideeën op te doen. “Op de campus kun je samen koffiedrinken en tussendoor snel wat bespreken. Door rond te lopen kom je op ideeën die je niet kan plannen. Dat gold bijvoorbeeld voor rekbare folies. Binnen Holst waren daar al ideeën voor uitgedacht. Bij de koffiemachine hebben we besproken of we die ideeën ook voor de zonnecellen konden toepassen.”

De impuls voor zonnepanelen is op allerlei manieren verweven met de versterking van de regionale economie van Brabant en daarbuiten. Een belangrijk deel van de solar-productie zit in Azië.

Nederland en ook Europa hebben een grote wens de volledige keten terug te halen naar het Europese vasteland. “En dat niet alleen om hier onderdelen in elkaar te zetten, maar ook voor de lokale productie”, zegt Toonssen. “Voor een Aziatisch bedrijf is het erg lastig om producenten in Brabant te bedienen. Met zonnefolie dat hier geproduceerd wordt, kunnen wij dat wel.” 

Op die manier ontstaat een regionale solarindustrie die inspeelt op de specifieke lokale wensen. “Er is de afgelopen jaren steeds meer maakindustrie naar het buitenland verdwenen. Het is nu belangrijk dat we fabrikanten hier houden, vooral van technologieën waarmee we vooroplopen.”

Bij de ontwikkeling van het folie kijkt TNO met de Solliance-partners ook nadrukkelijk naar de recyclebaarheid en beschikbaarheid van de benodigde componenten. “Klanten vragen erom dat we werken met materialen die goed beschikbaar zijn. Ze willen geen producten waarmee ze een duurzaamheidsprobleem kunnen krijgen.”

Er zijn nog diverse metalen en andere materialen die TNO liever niet gebruikt, zoals lood en indium. “Voor deze metalen zoeken we duurzame varianten. Ons product is in ieder geval flinterdun, dus we hebben veel minder grondstoffen nodig dan bij traditionele zonne-energie-producten.”

Binnen het samenwerkingsverband Solliance wordt intensief samengewerkt met het onderwijs en kennisinstellingen, waaronder alle technische universiteiten en Avans Hogeschool. Studenten van Avans voeren veel opdrachten uit bij de ontwikkeling van de technologie.

“Bij studenten zit veel creativiteit”, zegt Toonssen. “Mogelijk zijn zij ook toekomstige werknemers die we later in dienst kunnen nemen. In bepaalde hoeken is het erg lastig om nieuw talent aan te trekken. Dat geldt met name voor elektrotechniek. Je mag blij zijn als je een goede medewerker vindt.”

Dit jaar hoopt TNO de flexibele zonnefolie verder op te tuigen, zodat commerciële partners de stap kunnen zetten naar daadwerkelijke productie. TNO hoopt daar met twee of drie producenten een grote slag in te maken. De eerste toepassing van solarfolie ligt voor de hand: in dakbedekkingen. Daarna kunnen andere oppervlakten volgen. “Over een jaar of vijf zal het folie op flink wat gebouwen en andere oppervlakken te zien zijn”, verwacht Toonssen.

Met deze hoogwaardige geïntegreerde zonnecel-toepassingen kan Nederland eigen energie opwekken en daarmee volledig onafhankelijk worden van andere landen. “Elk gebouw moet klimaatneutraal worden, dus nog meer bedrijven zullen deze route gaan volgen.”

“Eigenlijk hadden we dit al veel eerder moeten doen”, zegt hij daar meteen achteraan. “De hoge gasprijzen schudden nu iedereen wakker. Deze ontwikkeling laat zien hoe belangrijk het is om zeggenschap te hebben over je eigen energievoorziening.”

Er is ook een belangrijk lichtpunt. Een snelle overgang naar zonne-energie is niet langer een dure grap, maar is juist een economisch interessante ontwikkeling. Ook voor Brabant. “Als er over de energietransitie gesproken wordt, gaat het altijd over de kosten”, zegt Toonssen. “Wij zien juist grote kansen, want het levert een compleet nieuwe markt op. Het wordt een nieuwe economie.”

Die kansen kan Brabant fors uitbouwen. “Door nog nadrukkelijker te werken aan research en innovatie kunnen we in Nederland met een zwaartepunt in de regio Eindhoven voorop lopen. Uiteindelijk is de hele wereld één grote zonnecel.”