ZONNE-ENERGIE
Install Magazine 972 – oktober 2020
Mogelijkheden van hybride zonnepanelen
Resultaten van IEA SHC Task 60
Naast de bekende thermische en fotovoltaïsche zonnepanelen, bestaat er ook een gecombineerde vorm, die zowel warmte als elektriciteit levert. Deze variant staat bekend als PVT (fotovoltaïsch + thermisch) en heeft het voordeel dat er een veel groter deel van de zonne-instraling in bruikbare energie wordt omgezet dan bij fotovoltaïsche en thermische panelen apart. Om na te gaan wat de mogelijkheden van deze techniek zijn, werd er binnen het Solar Heating and Cooling (SHC) programma van het Internationaal Energieagentschap (IEA) een onderzoeksproject opgezet. Dit project, met de naam Task 60, loopt dit jaar ten einde. We kunnen al een aantal conclusies geven
1 + 1 is soms meer dan 2
Wie zonne-energie wil gebruiken, staat traditioneel voor de keuze of er warmte dan wel elektriciteit zal geproduceerd worden. Fotovoltaïsche panelen zetten minder zonnestraling om in energie, maar de elektriciteit die ze opwekken, is breed inzetbaar. Zonnethermische panelen leveren meer kWh op, maar die energie kan alleen nuttig gebruikt worden als er ook een warmtevraag is. Bovendien is warmte beperkter inzetbaar dan elektriciteit. Door te kiezen voor PVT-panelen slaat men twee vliegen in een klap. Behalve het deel van het zonlicht dat wordt omgezet in groene elektriciteit, benutten deze panelen nog een bijkomend spectrum van de zonne-instraling waarmee warmte kan worden geproduceerd. Daardoor krijgt men erg interessante totale opbrengsten per vierkante meter.
Vergelijken we twee installaties voor een dak van 42 m
De bovenstaande cijfers geven echter meteen ook een beperking aan: hoewel de totale opbrengst van PVT-panelen hoger is, zijn specifieke PV-panelen en zonnethermische collectoren wel efficiënter als het gaat om elektriciteit, respectievelijk warmte op te wekken. In dit voorbeeld wekken de thermische zonnecollectoren namelijk 759 kWh/m
De winst van een PVT-paneel ligt in de combinatie. Of men beter voor het hybride, dan wel gespecialiseerde panelen kiest, hangt af van de situatie. Heeft men alleen warmte of elektriciteit nodig, dan is men beter af met gespecialiseerde zonnepanelen. Is er nood aan beide, komen PVT-panelen in aanmerking. Daarnaast speelt ook de beschikbare oppervlakte een rol. Wil men de maximale zonnewinst halen uit een beperkte ruimte, dan zijn PVT-panelen aangewezen.
Welke toepassingen?
PVT-panelen vormen een interessante combinatie met geothermische warmtepompen. De elektriciteit kan gebruikt worden om de warmtepomp aan te drijven, terwijl men de bron in de zomer kan regenereren met zonnewarmte. Daardoor kan het boorveld ook kleiner gedimensioneerd worden. PVT-panelen zijn ook een goede aanvulling voor andere types water-water warmtepompen, bijvoorbeeld voor de regeneratie van een installatie met ijsopslag.
Naargelang het temperatuurregime zijn ook andere toepassingen denkbaar. De meest voor de hand liggende mogelijkheden voor standaard PVT-panelen zijn zwembadverwarming, SWW-productie en verwarmingsondersteuning. Met panelen voor hogere temperaturen, kan men ook denken aan toepassingen in proceswarmte. Ook in de landbouw zijn er mogelijkheden. Een voorbeeld is een serre met PVT-panelen, waarbij het warme water gebruikt wordt voor de verwarming op niveau van de planten en de elektriciteit allerlei hulpsystemen aandrijft, zoals ventilatoren. PVT-panelen kunnen ook direct dienen als directe warmtebron voor een warmtepomp, via een buffervat.
Vele varianten
PVT-collectoren bestaan in verschillende soorten en maten. De meest gekende zijn standaard PV-modules, waar aan de onderkant een buizenstelsel is bevestigd om de warmte af te voeren. Een andere gangbare variant zijn niet-verglaasde panelen, de zogenaamde WISC-panelen. Dat staat voor Wind Infrared Sensitive Collector. Deze hebben het voordeel dat ze ook warmte kunnen opnemen uit de buitenlucht. Omgekeerd kunnen ze ’s nachts gebruikt worden voor passieve koeling. Daar staat wel tegenover dat ze minder hoge temperaturen kunnen bereiken dan andere types. Zijn er wel hoge temperaturen gewenst, dan kan men kiezen voor collectoren op basis van concentrerende spiegels. Die weerkaatsen al het zonlicht op een speciale vloeistofgekoelde centrale collector met hoogefficiënte PV modules (tot 44%). Met dergelijke collectoren zijn werkingstemperaturen tot 170°C mogelijk.
Binnen al deze types zijn er nog tal van varianten. Voor elke component van een PVT zonnepaneel zijn er verschillende opties op de markt: het type PV-module, warmtewisselaar, bevestiging, isolatie, frame, vlak of met paraboolspiegel, stationair of met tracker.... Dat wil ook zeggen dat het energetisch en economisch rendement van de PVT-installaties sterk uiteenloopt. Zowel de opbrengst als de installatiekost kan in grote mate verschillen naargelang de technologie.
Marktdrempels
Tot nu toe blijven PVT-installaties slecht een klein deel van de markt. Het totale geïnstalleerde park wordt geschat op twee miljoen vierkante meter, vergeleken met 180 miljoen vierkante zonnethermische systemen alleen. Een aantal factoren remmen de verspreiding van de techniek af.
Net als diverse andere innoverende systemen voor hernieuwbare energie, moeten PVT-panelen twee handicaps overwinnen. Een eerste is de lage prijs voor fossiele brandstoffen, en een tweede is een gebrek aan bekendheid op de markt. Nog te weinig installateurs en studiebureaus zijn met de mogelijkheden van PVT-panelen vertrouwd, waardoor deze techniek minder wordt voorgesteld in projecten. Verder is de installatie complexer dan wanneer men voor alleen elektriciteit of warmte kiest.
De allergrootste hinderpaal is echter een gebrekkige valorisatie in de wetgeving. Zeker op de residentiële markt worden investeringsbeslissingen voornamelijk genomen in functie van de energieprestatieregels: hoeveel levert een ingreep op in de energieprestatiescore? Zijn er subsidies of andere steunmaatregelen? Wat is het vergoedingsstelsel voor groene elektriciteit en groene warmte? Wat is de prijsspanning tussen elektriciteit en fossiele brandstoffen? Dergelijke overwegingen bepalen in heel Europa de markt. Tot er een aangepast kader komt in de wetgeving, zal een doorbraak van PVT uitblijven.
IEA SHC Task 60
Het onderzoeksproject IEA SHC Task 60 heeft tot doel om kennis te verzamelen rond PVT-panelen en wil de techniek meer onder de aandacht brengen. Dat resulteerde in een aantal publicaties, zoals een overzicht van de beschikbare technieken met concrete voorbeelden. Verder worden ook de prestaties van PVT-panelen in kaart gebracht, om ontwerpers een leidraad te bieden bij het uitwerken van een installatie. Het project onderhoudt ook een pagina op Wikipedia, is aanwezig op sociale media, en organiseerde een webinar over het onderwerp.
Door Alex Baumans
Figuren: IEA SGC Task 60
