Van tekentafel tot gevelsteen: innovatieve doorbraken voor bouwmaterialen met geïntegreerde zonnepanelen

LEUVEN, 5 december 2024 — Fotovoltaïsche systemen die geïntegreerd worden in gevelstenen, dakpannen, muurpanelen of andere bouwmaterialen (Building-Integrated Photovoltaics of BIPV), zijn een beloftevol onderdeel van de transitie naar een energieneutraal gebouwenpark. Met het imec.icon-project BIPV4ALL hebben de bedrijven AGC Mirodan, IPTE Factory Automation, Soltech, VdS Weaving en VK Architects + Engineers samen met onderzoekers van imec/EnergyVille – en met steun van VLAIO - aan manieren gewerkt om BIPV betaalbaarder en breder inzetbaar te maken. Als deel van het project werd een digitale workflow uitgetekend die architecten toelaat om gebouwgeïntegreerde panelen op maat te ontwerpen aan hun tekentafel, en quasi rechtstreeks door te sturen naar een geautomatiseerde productiefaciliteit.

Bouwmaterialen zoals dakpannen en gevelpanelen met geïntegreerde zonnepanelen zullen essentieel worden om ambitieuzere klimaatdoelstellingen te halen. Maar tussen theorie en praktijk staan er nog enkele uitdagingen, voornamelijk in het ontwerp- en productieproces van de bouwelementen. Die moeten een hoge energieproductie combineren met een grote mate van flexibiliteit in kleur en vorm. Bovendien is kostenefficiëntie (en dus automatisatie) van primordiaal belang. In tegenstelling tot de sterk gestandaardiseerde zonnecellen en -panelen, moeten BIPV-elementen worden gemaakt om te passen bij unieke bouwsituaties en -omstandigheden. Dat vraagt om een meer aangepaste, flexibele en lokale productie – en een gestroomlijnde workflow tussen architecten, materiaalleveranciers en BIPV-producenten.

Stefan Dewallef, Product Development Manager Soltech: “Met verdere digitalisering en flexibele geautomatiseerde tools, waaronder die van BIPV4ALL, kunnen BIPV-producten lokaal in Vlaanderen worden geproduceerd met een gezonde marge om zowel lokale als internationale markten te bedienen.”

Drie werven om BIPV te doen doorbreken 

Het BIPV4ALL-project onderzocht een digitale workflow die het hele ontwerp- en fabricageproces van BIPV vereenvoudigt. Deze workflow verbindt verschillende bouwfases en belanghebbenden: van architecten en hun bouwheren, tot ingenieurs en de fabrikanten van op maat gemaakte bouwmaterialen. Een digitaal platform geeft architecten aan hun tekentafel de tools voor simulatie en optimalisatie van het energierendement en genereert vervolgens automatisch technische tekeningen die quasi onmiddellijk (na een check door ingenieurs van Soltech) als technisch bouwinstructieplan gebruikt kunnen worden bij de productiefaciliteit waar de BIPV-producten gemaakt kunnen worden.Op die manier verlaagt de kosten van ontwerp en assemblage, vermindert bouwfouten en verbetert de haalbaarheid van BIPV-projecten, doordat architecten van in het begin met ‘uitvoerbare’ vormen werken.

Maaike Berckmoes, principal Facade Engineering VK – part of Sweco: “Door ontwerptools voor BIPV-design digitaal te connecteren met de fabricatie van de uiteindelijke projectspecifieke BIPV-module creëren we een geautomatiseerde workflow die de architecturale ontwerpmogelijkheden van BIPV vergroot en tegelijkertijd de energieopbrengst samen met de kosten van de installatie optimaliseert. Hierdoor worden tijdens het volledige ontwerpproces (van haalbaarheidsonderzoek tot uitvoering) meer kansen geboden om BIPV in gebouwen te implementeren.”

Daarnaast onderzocht imec binnen het project een innovatief concept om betere prestaties en rendement mogelijk te maken in omstandigheden van gedeeltelijke beschaduwing. Een flexibele lay-out van BIPV brengt namelijk ook technische uitdagingen met zich mee: de impact van beschaduwing moet worden meegenomen in het ontwerp, door het paneel technisch anders in elkaar te steken. Ook werden nieuwe technologieën voor glaskleuren onderzocht, die de esthetische beperkingen van de huidige BIPV-systemen aanpakken en ervoor zorgen dat BIPV-materialen nog nauwelijks te onderscheiden zijn van andere bouwmaterialen.

Jonathan Govaerts (imec/EnergyVille): “Met dit onderzoek naar esthetische en technische verbeteringen van BIPV, wordt de technologie op termijn breder toepasbaar en beter te modelleren (impact van vorm, ligging, schaduw, etc. op het rendement). We zijn blij dat we deze inzichten een stap dichter naar de markt kunnen brengen.”

Ten slotte werd in het project gewerkt aan verbeteringen in het productieproces van BIPV-modules. Automatisering biedt oplossingen voor de grootste uitdagingen van het huidige productieproces, namelijk hoge arbeidskosten en de afhankelijkheid van operators. De in dit project ontwikkelde geautomatiseerde ‘bussingtools’ verbinden de verschillende zonnecellen met elkaar, waardoor handmatig solderen overbodig wordt. Dit verkort de productietijd, drukt de productiekosten en verhoogt de betrouwbaarheid. Daardoor worden BIPV-systemen niet alleen betaalbaarder, maar ook aantrekkelijker voor architecten en bouwheren.

Verdere verspreiding

Voor de valorisatie van de resultaten van dit project is er belangrijke steun van EDIH-EBE (European Digital Innovation Hub - Energy in the Built Environment). EDIH-EBE ondersteunt (KMO-)bedrijven voor hun toegang tot digitale technologieën via Meet-the-Expert sessies, die vaak gratis zijn. Daarnaast is er dankzij EDIH-EBE ondersteuning voor bedrijven bij het zoeken van investeerders, bij internationalisering, en ook bij de validatie van technologie in een testinfrastructuur van de EnergyVille-partners (Test Before Invest).