Volgens de Trias Energetica moet eerst worden bespaard op energieverbruik. De resterende energievraag moet zoveel mogelijk duurzaam worden opgewekt. Daarbij gaat de voorkeur uit naar opwekking van energie op locatie in plaats van inkopen van groene stroom, om energieverliezen door energietransport via het lichtnet te beperken.

Thermische zonne-energie

Zonthermische systemen maken gebruik van zonnewarmte. Meestal worden deze systemen gebruikt voor verwarming van huishoudelijk tapwater of een zwembad.

Figuur 1. Zonthermisch systeem voor van huishoudelijk water.

Er bestaan ook systemen die met de warmte van de zon gebouwen kunnen koelen. Bij een dergelijk systeem staan twee vaten met elkaar in verbinding: een vat met een zoutoplossing en een vat met water. De zoutoplossing trekt het water uit het andere vat aan dat vervolgens verdampt. Voor verdamping is energie nodig, waardoor het water afkoelt. Dit koude water koelt een extern buizensysteem van de airconditioning. De warmte van de thermische zonnecollectoren wordt opgeslagen in de zoutoplossing.

Figuur 2. Thermische zonne-energie voor verwarmen en koelen. Bron: www.climatewell.com

Ook zijn er systemen die voor opwekking van warmte zonne-energie concentreren met behulp van spiegels. Deze techniek heet Concentrated Solar Power en is vooral effectief in landen met een hoge gemiddelde zonnestand, zoals Spanje, de Verenigde Staten en Marokko.

Figuur 3. Spaanse centrale voor Concentrated Solar Power (CSP).

Fotovoltaïsche zonne-energie

Elektriciteit is de hoogste vorm van energie omdat het kan worden omgezet naar alle andere vormen van energie. In 1970 werden de eerste systemen getest om elektriciteit uit zonnestralen op te wekken. Er zijn twee verschillende typen zonnecellen. Kristallijne zonnecellen en dunne film zonnecellen. Kristallijne zonnecellen hebben het hoogste rendement, terwijl dunne film zonnecellen tegen lager kosten zijn te fabriceren. De kristallijne cel wordt vaker toegepast dan de dunne film: negentig procent tegenover een kleine tien procent.

Figuur 4. Verschillende typen zonnecellen met verschillende rendementen. Bron: Energy Manual, Birkhauser 2008)

Behalve het rendement van de zonnecel zelf speelt ook de oriëntatie en de helling van het paneel op het gebouw een rol bij de energieopbrengst van zonnecellen. Een paneel op de ideale positie onder een hoek van 300 - 350 op het zuiden levert een twee keer zoveel energie als een verticaal paneel op het Oosten.

Figuur 5. Oriëntatie van PV-systemen op de zon en het bijbehorend rendement. Bron: Energy Manual, Birkhauser 2008)

Aangezien de maximale zonnestand per plaats verschilt, verschilt ook het maximale rendement dat met zonnecellen kan worden behaald. Zie voor een grove inschatting van wat een zonnepaneel oplevert de onderstaande tabel.

Tabel 1. Inschatting opbrengst PV paneel in kWu/m2/jr per locatie voor verschillende typen zonnecellen.

De technologie voor zonnecellen is in ontwikkeling sinds 1970. De verwachting is dat zonnestroom zo rond 2015 evenveel zal kosten als conventionele stroom. In Italië is energie, opgewekt met zonnecellen, al concurrerend in prijs vanwege de hoge, locale lichtopbrengst.

Tabel 2. Vergelijking van prijzen van zonnestroom en conventionele stroom.

Zonnepanelen en staal

Zonnepanelen worden vaak gecombineerd met een stalen draagconstructie omdat de slanke constructiedelen voldoende ruimte laten voor plaatsing van PV-modules. Een voorbeeld daarvan is de brandweerkazerne in Houten, waarbij PV-panelen tussen stalen bogen zijn geplaatst.

Figuur 6. PV-panelen bij de brandweerkazerne in Houten.
Foto’s: architectenbureau Samyn en Partners.

Een ander voorbeeld is het atrium van het kantoor van Woningbouwvereniging Den Helder. Met een vierendeelliggersysteem zonder diagonalen is daar maximaal ruimte gecreëerd voor de PV panelen. De panelen hebben een opbrengst van ongeveer 100 kWu/m2/jr.

Figuur 7. PV-panelen in het atrium van het kantoor van Woningstichting Den Helder.
Foto’s: Kapitein-Jacobs-Kapitein Architecten.