Tests met verschillende PV-geluidsschermen in Genk en Rosmalen

EnergyVille ligt op het Thor Park in Genk. Daar doen Rolling Solar-partners UHasselt, imec, KU Leuven en Vito onderzoek naar duurzame energie en intelligente energiesystemen. Aan een doorlopende weg aan de rand van de campus wordt momenteel de laatste hand gelegd aan een 13 meter breed,5 meter hoog geluidsscherm. Michaël Daenen, professor Engineering Technology bij UHasselt: "Op de oostzijde zijn 3 soorten zonnecelmodules aangebracht: kristallijn silicium PERC, dunnefilm cadmiumtelluride (CdTe) en dunnefilm CIGS. De eerste 2 zijn gemonteerd op frames. De CIGS-modules, een ontwikkeling van TNO/Solliance, zijn direct op het beton verlijmd. Binnen afzienbare termijn zal de resterende 8 meter geluidsscherm worden gerealiseerd door Group Ceyssens, een ontwikkelaar en producent van ramen. Dit bestaat uit metalen frames. Daarin worden CdTe- en CIGS-zonnecelmodules en bifaciale kristallijn silicium PERC-zonnecelmodules geschoven."

Energy yield model

De metingen zijn al gestart. De data over de opbrengst stromen binnen, met als bron de power optimizers van SolarEdge. "Imec speelde een belangrijke rol bij het maken van keuzen ten aanzien van de zonneceltechnologie. Zij hebben een prachtige tool ontwikkeld voor het modelleren van de energieopbrengst. Daarin worden allerhande factoren meegenomen – het materiaal, de omgeving, oriëntatie, temperatuur, albedo… Om dat model optimaal te voeden, zijn de gegevens over stroom en spanning die we nu via de monitoringsfunctie van de power optimizers binnenkrijgen echter suboptimaal. De power optimizers van SolarEdge kennen een sample-tijd van ongeveer 10 minuten. Wij willen naar 1 minuut of korter. Zo kunnen we bijvoorbeeld een veel gedetailleerder beeld krijgen van de invloed van beschaduwing door bewolking en voorbijrijdende fietsers of auto’s op het gegenereerde vermogen. Momenteel wordt de elektronica die dat mogelijk maakt, geïnstalleerd. Naast het rendement van de zonnecelmodules onderzoeken we ook de stabiliteit van de materialen met behulp van allerlei sensoren die vervorming en temperatuur meten."

Geluidabsorberend materiaal

De energietransitie wordt in belangrijke mate gerealiseerd met behulp van zonne-energie. De ruimtelijke inrichting van België beperkt volgens Daenen echter de mogelijkheden voor het ontwikkelen van grote zonneparken. "Het gebruik van geluidsschermen voor het opwekken van groene elektriciteit is dus zeer kansrijk, gezien het dubbelgebruik en hun aanzienlijke totaaloppervlakte. Maar het weren van geluid blijft de primaire functie. In België, waar snelwegen nogal eens steden doorkruisen, worden geluidsschermen onder een hoek van 90 graden gebouwd en is geluidabsorptie vaak de norm. Daarom zijn alle soorten zonnecelmodules van het geluidsscherm in Genk in duo’s uitgevoerd. Zo kan voor 1 van de 2 een transparant geluidabsorberend materiaal worden geplaatst en gedetermineerd worden wat het akoestische effect en het verschil in energieopbrengst is. Het eerste opgeleverde materiaal haalde de praktijktest echter niet. In het laboratorium bleek dat een rendementsverlies van 30 procent op te leveren. Constructie- en infrabedrijf Habenu-van de Kreeke werkt daarom nu samen met een toeleverancier aan de ontwikkeling van nieuw lichtdoorlatend materiaal.

Kostenreductie

"Onder aan de streep draait alles wat wij binnen het Rolling Solar-project doen om het marktklaar maken van deze PV-toepassing, zowel voor nieuwe PV-geluidsschermen als het retrofitten van bestaande. We weten uit allerhande projecten, bijvoorbeeld in Oostenrijk en Nederland, dat het technisch kan. Economische haalbaarheid is echter key. Het maximaliseren van de energieopbrengst is daarbij slechts één kant van de zaak. Het sensibiliseren van de markt vergt met name kostenreductie en zekerheid. Dat de prijzen voor verschillende soorten zonnecelmodules zoals bifacials dalen, is gunstig. Maar een flink deel van de kosten zit in de integratie in bouwelementen, constructie en onderhoud. Er is dus opschaling nodig op allerhande vlakken. Om daar vooruitgang in te boeken, zijn grootschalige demonstrators nodig. Dat valt niet onder de scope van Rolling Solar. We maken er echter wel de weg voor vrij."

Verkennende gesprekken

Over aandacht heeft Daenen niet te klagen. "Zo nam de bouwer van de nieuwe glazen geluidswal aan de E19 bij Zwijndrecht contact met ons op om de mogelijkheden te bespreken, eigenlijk net te laat in het ontwikkelingsproces om een samenwerking te starten. We hebben tevens al diverse meetings gehad met Stad Antwerpen in het kader van de vernieuwing van de ring. Daarnaast zijn we in gesprek met Leefmilieu Brussel. Ook dat zijn verkennende gesprekken, maar het geeft wel aan dat er tractie ontstaat voor het uitrollen van grotere projecten. Daarbij hoort dan ook het opzetten van een werkbaar samenwerkingsmodel tussen alle stakeholders. Dat vraagt om het beantwoorden van complexe vragen: wie is de eigenaar, hoe organiseren we burgerparticipatie, wie doet het onderhoud…? Ook op dit soort aspecten is het zaak partijen bij elkaar te brengen en vertrouwen te creëren."

Rosmalen: 5 cassettes

Ook op het terrein van Heijmans in Rosmalen is binnen het Rolling Solar-project een PV-geïntegreerd geluidsscherm gerealiseerd, samen met Soltech, Sanko Solar, Solliance en TNO EnergieTransitie. De testopstelling is 12 meter breed. Op een betonplint rusten momenteel in totaal 5 cassettes van ieder een meter hoog, waarin zonnecelmodules verwerkt zijn. De 2 onderste bevatten tweezijdige kristallijn siliciumzonnecelmodules. De bovenste is uitgerust met dunnefilm CdTe-zonnecelmodules, de middelste 2 met dubbelzijdige dunnefilm CIGS-zonnecelmodules.

Instralingspatroon

De testen zijn begin dit jaar gestart en verlopen voorspoedig, volgens Heijmans’ innovatiemanager Stijn Verkuilen . De kristallijn silicium zonnecelmodules dienen als referentie voor de metingen. De interesse gaat met name uit naar de opbrengst en gedraging van de dunnefilm PV-technologieën in deze specifieke toepassing met haar unieke instralingspatronen en constructieschaduwen. De CdTe- en CIGS-zonnecelmodules zijn in tweetallen geplaatst om 2 verschillende testen te kunnen verrichten. "Op de ene helft voeren we IV-curvemetingen uit om te zien hoe de module zich gedraagt bij deze ongewone instralingspatronen. De andere helft van het systeem is via omvormers aangesloten op het elektriciteitsnet om te monitoren hoe de stroomlevering verloopt. Zo kunnen we onderzoeken of het gebouwde systeem als geheel – de PV-modules plus omvormer – goed samenwerkt en naar behoren functioneert.

Positieve businesscase

"Dit is niet het eerste PV-geluidsscherm dat wij realiseerden. Binnen het Solar Highways-project bouwden we een 400 meter lang geluidsscherm met 136 kristallijn siliciumzonnepanelen langs de A50 bij Uden. Daarbij kozen we uit het oogpunt van maximale stroomopbrengst voor bifacials en dat blijft ook voor de toekomst de logische keuze voor deze toepassing. Die ervaring heeft ons geleerd dat het technologisch kan; het geluidsscherm functioneert nu al bijna 3 jaar prima. Maar dat wil niet zeggen dat een grootschalige marktintroductie voor de deur staat. Er is nog geen sprake van een positieve businesscase; de terugverdientijd moet omlaag. Het reduceren van de investeringskosten is daarbij de grote opgave. Dat zien wij dan ook, naast ons streven naar meer ontwerpvrijheid om meer esthetische waarde te kunnen creëren, als het belangrijkste doel van onze inspanningen binnen Rolling Solar."

Mass customization

In Nederland liggen de constructiekaders voor geluidswallen vast, bijvoorbeeld wat betreft de kanteling, de afstand tussen de staanders en de dikte van het glas. Daarmee wordt het afdoende weren van geluidsoverlast verzekerd. Het toevoegen van een extra PV-functie is daaraan ondergeschikt en vraagt dus om het gebruik van passende zonnecelmodules. "Wanneer je het hebt over kostenreductie is het toepassen van een snel te bouwen modulair PV-geluidsscherm, zoals in Rosmalen, van meerwaarde. Maar voor het omlaagbrengen van de kosten moeten allereerst de prijzen van de PV-specials omlaag.

"Daarom zien wij grote kansen in dunnefilmtoepassingen, zeker gezien de ontwikkelingen bij TNO. Daar wordt nu hard gewerkt aan mass customization: een flexibel roll-to-roll productieproces waarbij dunnefilm zonnecelmodules op iedere gewenste maat in groot volume kunnen worden gemaakt. Perovskiet is daarbij de grote belofte en deze zonneceltechnologie hopen we in de toekomst mee te kunnen nemen in onze testinstallatie. Daarnaast zijn de mogelijkheden voor commerciële uitrol van PV-geluidsschermen uiteraard ook sterk afhankelijk van de tarieven waartegen je elektriciteit kunt verkopen. Het voeden van het elektriciteitsnet is daarbij niet de meest interessante optie, dat is een les die we in Uden hebben geleerd. Lokale levering aan gebruikers, bijvoorbeeld aan een energiecorporatie, levert een veel beter rendement op de investering op. Maar dat maakt de casus ook complex."

Verder komen

The valley of death. Zo karakteriseert Verkuilen de huidige status van de ontwikkeling van PV-geluidsschermen in Nederland. Het Rolling Solar-project moet helpen die fase voorbij te komen, niet alleen middels technologieontwikkeling en kostenreductie, maar ook door het motiveren van allerhande publieke en private stakeholders. "De infrastructurele wereld is behoorlijk conservatief. Niet dat er niet wordt geïnnoveerd, maar vernieuwingen blijven te vaak steken in kleinschalige proeven. Na ons project in Uden hebben we diverse ondernemingen en wegbeheerders over de vloer gehad. Het enthousiasme werd echter getemperd toen de kosten aan de orde kwamen. Dit moet worden doorbroken om verder te komen.

Momenteel plukken we in de zonne-energierevolutie het laaghangende fruit. Dat is op een gegeven moment op. Daarna moeten we net zo goed doorpakken om onze klimaatdoelen te halen. Het integreren van PV in infrastructuur kan daar een belangrijke bijdrage aan leveren, maar dan moeten we wel nu volop investeren, ook in grootschalige pilots. De publiciteit rondom de geluidswal in Genk lijkt de zaak op dit vlak in beweging te zetten in België. Dat is bemoedigend, en reden voor ons om nog eens extra gas te geven in Nederland."