Leven met de zon. Academie van Bouwkunst Tilburg, 2012 Gescheven door: Bart Willems Begeleiding door: Lesly Kavana

Transcriptie

1 Leven met de zon Academie van Bouwkunst Tilburg, 2012 Gescheven door: Bart Willems Begeleiding door: Lesly Kavana

2 Inleiding Op welke wijze kunnen zonnepanelen een meer waarde zijn voor een ontwerp? Tijdens dit onderzoek ga ik bekijken op welke wijze zonnepanelen en architectuur samen kunnen komen en elkaar kunnen versterken. Het eindresultaat zijn de handvaten waarmee het voor iedere ontwerper inzichtelijk wordt welke mogelijkheden er zijn om zonnepanelen te integreren in een ontwerp en dat zonnepanelen geen afbraak hoeven te zijn maar een meerwaarde kunnen vormen voor de vormgeving. Aanleiding: In Nederland zijn we steeds meer bezig met het verduurzamen van de samenleving. Deze verduurzaming is vaak gebaseerd op een technische gedachte van het oplossen van een energieprobleem. Hierbij worden de visuele kwaliteiten van een bouwwerk vaak ondergewaardeerd ten opzichten van de technische functie. Ik denk dat we moeten werken naar een samenhang van deze twee onderdelen. Door gebouwen een sterkere uitstraling te geven blijven ze ook aantrekkelijk voor nieuwe generaties. Het bestuderen van de huidige producten voor energiebesparing en het toepassen ervan zal ons inzicht geven in de mogelijkheden tot het maken van een totaalproduct. 1

3 Onderzoeksvragen Om inzicht te krijgen in de mogelijkheden van het ontwerpen met zonnepanelen en welke meerwaarde de zon ons te bieden heeft stel ik de volgende vragen: 1) Welke verschillende technieken zijn er om zonne-energie om te zetten in een controleerbare energie? 2) Op welke wijze kunnen we zonnepanelen integreren in bouwwerken? 3) Welke invloed heeft de oriëntatie van de zon op het rendement van zonnepanelen? 4) Welke invloed heeft de oriëntatie van de zon op het dagelijks ritme van de mens. De informatie om deze vragen te beantwoorden zal ik voor het grootste gedeelte halen uit literatuur. Veder zal de informatie die op internet beschikbaar is een belangrijke aanvulling zijn. Technische informatie rondom dit onderwerp verandert namelijk zo snel dat literatuur al snel verouderde productinformatie bevat. Alvorens ik de vragen beantwoord, zal ik eerst een algemene uitleg geven over de werking van een basaal zonnepanelensysteem, zoals dit deze op particuliere woningen worden toegepast. Deze informatie is van toegevoegde waarde voor het beantwoorden van deelvraag 1. Een zonnepaneel bestaat uit zonnecellen. Losse celen worden in een zonnepaneel met elkaar verbonden door middel van serie- en 2

4 parallelschakelingen. Deze cellen bestaan uit mono-of polykristallijn. De zonnecellen hebben het vermogen om zonne-energie om te zetten in elektriciteit. Hierdoor bereikt een zonnepaneel met 72 poly kristallijn cellen een vormogen rond de 240Wp (zie bijlage 1). Deze Wp waarde is opgebouwd uit een Voltage van 60V en een amperage van 4,8 A 1. Net als zonnecellen worden ook zonnepanelen in een systeem met elkaar verbonden, zij het in een serieschakeling. De stroom die wordt opgewekt wordt opgevangen door een omvormer die gelijkspanning omzet in wisselspanning. Het aantal zonnepanelen dat aan een systeem wordt toegevoegd, is afhankelijk van de spanning die de omvormer aankan. Het is mogelijk een groter aantal panelen aan een systeem te koppelen, door er parallel geschakelde strings van te maken. Omvormers dienen gekoppeld te zijn aan een constante stroombron. Dit kan het net zijn. Op het moment dat een omvormer is gekoppeld aan netstroom en het gehele systeem is in werking, kan de opgewekte stroom worden gebruikt door elektrische apparaten in de woning. Overtollige stroom zal worden teruggeleverd aan het net 2. In bijlage 2 ziet u 1 WanxiangSolar, 240Wp poly kristallijn panelen, E. Van Wijk (IR), voormalig directeur SolarModues,

5 overzichtelijk hoe een dergelijk systeem eruitziet. Het is ook mogelijk dat een systeem wordt toegepast op een locatie waar geen netstroomverbindingen zijn. In dat geval wordt een stand-alone systeem geïnstalleerd. Voor meer informatie hierover verwijs ik naar fabrikanten van omvormers. ( zie bijlage 3) In Nederland gebruikt een gemiddeld gezin 3312kWh stroom per jaar, de kosten hiervan bedragen 1044,- euro 3. Voor een systeem dat deze kosten dekt heb je dan een vermogen van +/- (3312kWh/0,85) 4024kWh nodig. Dit is verder beschreven in de uitwerking van vraag 4. Als je een vermogen van 4024kWh wild dekken met 240Wp zonnepanelen heb je er (4024/240=16,7) 17 stuks nodig. Zonnepanelen zweven niet rond in de lucht maar moeten worden bevestigd aan de woning met behulp van bevestigingsmateriaal. Voor ieder type dak is wel een oplossing te vinden. Deze oplossing variëren van kunststof bakken tot bevestigingsmateriaal dat kan worden gebruik bij een leien dak 4. Voor actuele informatie kunt u het beste de websites van leveranciers aanspreken E. Van Wijk (IR), voormalig directeur SolarModues,

6 Onderzoeksvraag 1 In de geschiedenis zijn verschillende technieken ontwikkeld om zonlicht om te zetten in energie. De oorsprong van het zonnepaneel ligt in 1839 toen de 19 jarige Emond Becquerel in het laboratorium van zijn vader het fotovoltaïsch effect aantoonde. Dit deed hij door een elektron te beschijnen met verschillende soorten licht waaronder ook zonlicht. (zie bijlage 4 en 5() De stroming van elektronen was het hoogtse bij blauw en ultraviolet licht, in combinatie met een dun laagje lichtgevoelig materiaal zoals AgCI. De volgende belangrijke ontdekking werd in 1877 gedaan door Adams en Day. Tijdens hun onderzoek met silicium toonde zij aan dat het mogelijk was om met 1 materiaal en de invloed van licht, stroom op te wekken. 7 jaar later kreeg de ontwikkeling een nieuwe vooruitgang Toen Fritts in 1883 het voor elkaar kreeg om gesmolten selenium samen te persen tot een dunne plaat. Bovenop deze plaat bracht hij een laagje bladgoud toe. Hiermee maakte hij de eerste Dunnefilm panelen. Het onderzoek naar het opwekken van stroom ging verder. Er wordt geëxperimenteerd met verschillende productiemethodes. Grondhal ontwikkelde een manier om grotere koper-koperoxide gelijkrichters te maken. In 1939 was er weer een toename in selenium als al fotovoltaïsch materiaal. Bergman rapporteerde over een verbetering van het op kopergebaseerd apparaten. Na deze ontwikkeling is het product commercieel interessant geworden en hebben bedrijven de 5

7 ontwikkeling voort gezet tot de pv-panelen zoals we deze hedendaags kennen 5. Het onderzoek naar het omzetten van zonlicht naar elektra blijft tot op de dag voortgaan, alleen wordt het onderzoek nu gestuurd vanuit bedrijven. Momenteel hebben we een aantal verschillende technieken die het meest worden gebruik in de markt. Dit zijn de mono kristallijn cellen, poly kristallijn cellen, amorfe panelen, dunnefilm en dye-sensitised panelen. Iedere cel kent zijn eigen werking voor het omzetten van zonlicht naar energie.per cel type zal ik in het kort de productiewijze of specifieke eigenschappen beschrijven. Hierdoor kan de keuze van type zonnecel ook onderbouwd worden gemaakt. Mono kristallijn cellen Deze cellen worden gemaakt van puur silicium. Silicium heeft deze pure structuur doordat het product vanuit een vloeibare vorm rondom een cylinder wordt afgekoeld. Hierdoor zijn er bijna geen oneffenheden tussen de verschillende atomen. Het eindresultaat van het proces is een cilindervormige massa van Silicium. Deze cilinder wordt vervolgens in dunne schijven gesneden, ook wel wafels genoemd. Het op deze wijze produceren van zonnecellen is in vergelijking met andere methodes kostbaar

8 De mono kristallijn cellen zijn goed te herkennen in vergelijking met andere productie methodes. De cel is geheel zwart en heeft over het algemeen afgeronde hoekjes. Dit komt doordat ze uit een cilinder zijn gehaald en hiermee wordt het rest product verminderd. (zie bijlage 6) Poly kristallijn cellen Deze cellen worden geproduceerd door vloeibaar silicium in vierkante mallen te gieten en deze te laten afkoelen. Tijdens het afkoelen kristalliseert het silicium in afzonderlijke vlakken. Na het afkoelen worden ook deze blokken in dunne wafels gesneden. Door het eenvoudigere productie proces zijn de cellen goedkoper dan de mono kristalline cellen. (zie bijlage 6) Mono en poly cellen worden met elkaar verbonden in een paneel, zodat de losse cellen gaan samenwerken. Een individuele cel levert maar rond de 2 watt aan vermogen, door deze te koppelen krijg je een rendabel paneel. Een paneel is opgebouwd uit de volgende lagen: De buitenzijde bestaat uit een glaslaag. De dikte van deze laag is afhankelijk van of er wel of geen frame wordt gebruikt. Zowel aan de binnenzijde van het glas als onder de cellen bevindt zicht een transparante folie. Deze ethyl vinyl folie verbetert de connectie tussen de verschillende lagen. De mono of poly cellen bevinden zicht tussen het folie en zijn aan elkaar gesoldeerd. Aan de onderzijde van het paneel bevindt zich een achterplaat die over het 7

9 algemeen van kunststof en weerbestendig is. Op deze achterplaat bevindt zich een junction box. Hierin komen de verschillende strings van cellen samen. Veder biedt de junction box de mogelijkheid om de panelen aan elkaar te koppelen door middel van bekabeling. De gehele opbouw van het paneel kan samenkomen in een aluminium frame. Het frame zorgt ervoor dat het paneel handzaam is en praktisch te installeren. Amorfe cellen Amorfe cellen zijn gemaakt van een dun homogeen laagje atomen; de dunne film techniek. Er worden geen wafels gemaakt van de atomen waardoorde cellen respectievelijk dun kunnen zijn. Doordat deze cellen dunner worden geproduceerd blijven de cellen flexibel. Deze cellen zijn echter wel minder efficiënt: een amorfe cel levert ongeveer de helft van een mono kristallijn cel. Deze techniek is dan ook vooral geschikt als je de beschikking hebt over grote dakvakken of de behoefte hebt aan de flexibiliteit van de cellen. (zie bijlage 6) Dunnefilm Hierbij wordt geen gebruik gemaakt van silicium maar andere veelbelovende materialen zoals Koper Indium (CIS) en Cadmium Telluride (CdTe). Deze technieken zijn ontwikkeld om de 8

10 productiekosten te drukken. De cellen zijn efficiënter dan de amorfe cellen en goedkoper dan de mono of poly cellen 6. Een andere variant van dunnefilm panelen zijn de Dye-sensitised cellen. Deze techniek is gebaseerd op de natuurlijke werking van bijvoorbeeld spinazie. Deze groente zet zonlicht om in elektrische energie door middel van kleurstoffen. De cellen hebben een kern van kleurstoffen die het zonlicht omzetten in elektra. De cellen zijn semiflexibel en semitransparant 7. (zie bijlage 6) Dunnefilm panelen worden direct op het paneel gemaakt. Het materiaal wat de zonne-energie omzet in energie wordt aangebracht op glas 8. (zie bijlage 7) 6 D. Prasad en M. Snow, (2005), Solar Power, Pty Ltd, p D. Prasad en M. Snow, (2005), Solar Power, Pty Ltd, p.25 9

11 Onderzoeksvraag 2 Vaak worden zonnepanelen alleen toegepast met de gedachte om energie op te wekken, en leveren ze geen bijdrage aan de uitstraling van een gebouw. Sterker nog: veel mensen vinden het aanzicht van zonnepanelen op hun dak zelfs minder mooi 9. Naar mijn mening komt dit omdat in de meeste gevallen de zonnepanelen niet worden meegenomen in het ontwerp van een woning/ gebouw, maar later als object worden toegepast. Hierdoor zien mensen zonnepanelen als functie onderdeel en niet als een visuele verbetering. Het toepassen van zonnepanelen op een visuele manier is goed mogelijk. Denk er bijvoorbeeld aan om normaal glas te vervangen voor zonnepanelen. Hiermee zou je zelf gebouwen kunnen ontwerpen die zijn gebaseerd op de op de glasarchitectuur zoals Paul Scheerbaart deze in 1863 beschreef. Hierin stelde hij het volgende: We leven overwegend in gesloten ruimten. Ze vormen de omgeving waaruit onze cultuur zich ontwikkeld. Onze cultuur is in zekere zin een product van onze architectuur. Als we onze cultuur op een hoger plan willen brengen, dan zullen we, of we dat nu willen of niet, onze architectuur moeten omvormen. En dat zal slechts mogelijk zijn als we de ruimte waarin we leven van hun gesloten karakter ontdoen, waardoor het zonlicht en het licht van de maan en de sterren niet slechts door een paar vensters naar binnen valt, maar rechtstreeks dor zo veel mogelijk wanden die volledig uit glas 9 C. Van de Werken, verkoper en eigenaar Profinrg B.V.,

12 bestaan, uit gekleurd glas. De nieuwe omgeving die we aldus voor onszelf creëren zal ongetwijfeld een nieuwe cultuur opleveren 10. Deze stelling van P. Scheerbaart is denk ik ook in deze tijd van toepassing, alleen kunnen we hem nu realiseren met technieken die ons niet alleen helpen een cultuur te veranderen maar ook nog bijdragen aan een duurzamere samenleving. Aan de hand van enkele voorbeelden beoordeel ik wat de sterke en mindere punten zijn van de ontwerpen met zonnepanelen. Het eerste project is een duurzame woning die is ontworpen door Grotenbreg Architecten uit Warnsveld, Nederland. Bij deze houtskeletbouw woning hebben ze ervoor gekozen om op het zuidelijk gelegen dak zonnepanelen en collectoren toe te passen. Omdat men al tijdens het ontwerp rekening heeft gehouden met het toepassen hiervan was het mogelijk om een dakvlak te realiseren dat geheel uit zonnepanelen bestaat. Verder is er een technische onderlaag aangebracht die er specifiek voor zorgt dat de zonnepanelen geen water doorlaten. Tijdens de uitvoering is helaas de maatvoering minder maatvast gebleken als in de voorbereiding was gehoopt. Andere keuzes in de bouw hebben er toe geleid dat er rondom de panelen nog een rand vrij is. Ook het type dakramen en het formaat hiervan is gewijzigd 10 P. Scheerbart, Dat is Architectuur, Glasarchitectuur, pp

13 tijdens de bouw. Deze aanpassingen in de maatvoering waren niet op te vangen met het gebruik van standaard zonnepanelen. Hierdoor zijn er vlakken op het dak ontstaan waar de waterdichte laag zichtbaar is. Dit voorbeeld laat zien hoe afhankelijk je bent van de standaard maatvoering van de panelen. De standaard toleranties in de bouw moeten worden verkleind als je op een mooie manier gebruik wilt maken van zonnepanelen of je moet door gebruik van randafwerkingen deze toleranties kunnen opvangen. (zie bijlage 08) Dit eerste CO2 neutrale gebouw van New York is ontworpen door Kiss+Cathcarts, Architects. Dit hele gebouw is ontworpen om energie op te wekken en op het zelfde moment energie te besparen. Het dak is uitgevoerd met zonnepanelen, welke goed zijn voor een vermogen van 100Kwh. Het dak is uitgevoerd met semitransparante panelen waardoor het dakterras wordt voorzien van diffuus zonlicht. De wanden van het gebouw zijn ontworpen zodat de gebruiker wordt beschermt tegen een overdaad aan zon. Per oriëntatierichting is een eigen manier gekozen. De Oost en West wanden worden beschermd door een natuurlijke afscheiding. Aan de zuidzijde steekt het dakvlak ver over zodat deze voor schaduw zorgt. Verder moeten de aanwezige balkons de binnenruimte voorzien van schaduw. De noordzijde is uitgevoerd met een solide wand van bakstenen waardoor de schaduwzijde minder koud naar binnen kunnen laten komen. (zie bijlage 9) 12

14 De Media wand is de eerste plaats in Beijing die is gewijd aan digitale kunst, terwijl het het meest radicale voorbeeld is van duurzame technologie die is toegepast op een volledig gebouw, volgens Simibe Goistra. De wand die geheel is opgebouwd uit zonnepanelen wekt overdag energie op die het s avonds gebruikt om een digitaal lichtspel met zijn omgeving te spelen. De zonnepanelen zijn niet allemaal in een vlak geplaatst, maar de architecten van Simone Giostra en Partners hebben er ervoor gekozen om een patroon aan te brengen van panelen die enkele graden uit het lood staan. Hierdoor heeft de over het algemeen strakke gevel een speels effect gekregen. Het glas achter de cellen is transparant zodat er zonlicht in het gebouw kan komen. In de avond zorgt de ledverlichting aan de binnenzijde van de wand voor een ware lichtshow. Hierdoor is het gebouw niet alleen overdag maar ook zeker in de avond aanwezig 11. (zie bijlage 10) Het nieuwe gebouw 42 van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) in petten is een mooi voorbeeld van zonnepanelen gebruiken als een volledig bouwmateriaal. De verkeersruimte tussen de verschillende blokken werd gemaakt met een gebogen vliesgevel waarin zonnepanelen zijn verwerkt. Hierdoor ontstaat er een ruimte die volledig wordt verlicht door zonlicht. De ondoorzichtige cellen zorgen voor een lichtspel op de vloer. (zie bijlage 11)

15 Rondom dit ontwerp schreef Henk Kaan, werknemer van ECN een artikel waarin hij spreek over architectuur en zonne-energie. Volgens hem moeten we zonnepanelen gaan zien als volwaardig bouwmateriaal, en de kwaliteiten van dit materiaal gebruiken. Ga geen zonnepanelen toepassen in de vorm van dakpannen, maar laat ook in de toepassing zien dat we te maken hebben met een high tech-product. Een werkgroep van 10 architecten hebben enkele principes opgesteld waaraan een zonnepanelen systeem moet voldoen: 1) Natuurlijke integratie van zonnepanelen 2) Panelen moeten architectonisch mooi ogen binnen totaal bouwconcept 3) Goede totaal compositie van kleur en materiaal 4) Panelen moeten harmoniëren met lijnspel en patroon van het ontwerp. 5) Ze moeten in overeenstemming zijn met de sfeer van het gebouw 6) Het PV-systeem moet fraai geïntegreerd worden in overige bouwtechnieken 7) PV-systeem moet leiden tot innovatieve ontwerpen

16 Onderzoeksvraag 3 Iedereen weet dat de zon ongeveer in een jaar tijd om de aarde draait, en dat de aarde iedere dag om zijn eigen as draait. Deze draaiing in combinatie met de plaats op aarde bepalen welke situatie het meest rendabel is voor het toepassen van zonnepanelen. Twee maal per jaar heeft een dag overal op de aarde evenveel zon uren. Dit is op 21 maart en 21 september. Daar tegenover staat dat iedere plaats op aarde een langste en koste dag heeft in het jaar gezien zon uren. We kunnen stellen dat op de evenaar de zon op de langste dag van het jaar loodrecht staat, 0 graden ten opzichte van de aarde. De aarde staat met een afwijking van 23,5 graden ten opzichte van het vlak waar de aardbaan ligt. Deze afwijking zorgt ervoor dat we verschillende seizoenen hebben. Verder kunnen we de aarde op delen in breedtegraden, ten noorden van de evenaar Noorderbreedte en eronder zuiderbreedte. Deze graden lopen in een hoek van 90 graden, hierbij is de evenaar 0 graden. Deze gegevens maken het mogelijk om met een kleine afwijking de hoogte en laagste stand te bepalen, per plaats op aarde. Tilburg bevind zich op 51 graden.(zie bijlage 12) Deze waarde kunnen we nog nauwkeuriger maken door ook te kijken naar de eerste twee cijfers achter de komma en deze te delen door 60, deze waarde is gebaseerd op minuten en seconden. Dit leidt tot de volgende berekening: breedtegraad 51,35 (35/60) is 51,58. Dan 15

17 volgt 90 graden 51,58 graden =38,42 dit is de zonnestand op 21 maart en 21 september, op deze dagen is de net zo lang licht als donker. Voor de langste en koste dag tel je 23,4 graden er bij of eraf, dit resulteert in respectievelijk 61,82 en 15,3 graden. (zie bijlage 13) Om de tussenliggende waarden op een eenvoudige manier te kunnen benaderen moeten we stellen dat een jaar 360 dagen bevat in plaats van de werkelijke 365 dagen, Door met de bekende waarde een sinus te maken worden de tussenliggende waarde zichtbaar 13. Uit gegevens van het KNMI blijkt dat we in de Bilt over een periode van 1971 tot 2000 recht hebben gehad op gemiddeld 1524 zon uren per jaar.(zie bijlage 14) Het aantal zon uren in Nederland verschilt ook nog per regio. Per gebied zijn de waarde bekend en verwerkt in een overzicht 14. Dat een object gelegen op het zuiden meer zonuren ontvangt dan een op het noorden gelegen object is niet verrassend. Om te bepalen hoeveel het uitmaakt op welke windrichting een vlak is gelegen is af te lezen in een opgezet diagram, hierbij is ook meegenomen onder welke hellingshoek het vlak zich bevindt. De diagram geeft vervolgens een waarde waarmee de maximale zon in 13 A.F.J. Wubbe, Grote winkler prins atlas, 1970, pp. 22,

18 straling kan worden gedegradeerd. De waarde die hieruit volgt moet je vermenigvuldigen met de systeemomvang, nu is de Wp waarde van het systeem omgezet naar een verwachte kwh waarde 15.(zie bijlage 15) Schaduw is een vervelend effect bij zonnepanelen systemen. Op het moment dat er een gedeelte van het systeem in de schaduw ligt heeft dit effect op de gehele string van zonnepanelen. Dit werkt het zelfde als je een waterslang hebt en deze op een punt vernauwt, dan komt er aan het einde minder water uit. Schaduweffecten kun je opvangen door gebruik te maken van verschillende stroomkringen of met meerdere omvormers. Hierdoor hebben de verschillende strings geen effect op elkaar. Het berekenen van de schaduw is het contra effect van de zon instraling, De schaduwhoek is het zelfde als de instralingshoek. Gedurende de dag verandert de schaduw op de zelfde wijze als de aarde draait. Onderzoeksvraag 4 Een gebouw ontwerpen waarin zonnepanelen op een esthetische manier zijn verwerkt bepaalt nog niet meteen dat het een goed gebouw is. De buitenzijde kan een aanzicht hebben van vernieuwing en duurzaamheid in combinatie met architectuur, maar welke effecten heeft dit voor de binnenruimte? Welke behoefte heeft 15 C. Van de Werken, eigenaar Profinrg BV. 17

19 de mens aan zonlicht, en op welke momenten zitten we het liefste in de schaduw? Mensen hebben in nature een behoefte aan zonlicht. Zonlicht bevorderd namelijk een gezond slaap-waakritme. Dit slaapwaakritme wordt ook wel het Circadian Rhythm genoemd. Het Circadian Rhythm is een biologisch proces dat is aangeboren en zich aanpast aan de omgeving. Dit ritme kent een cyclus die zich iedere 24 uur herhaalt 16. De ochtendzon zorgt ervoor dat de afgifte van het slaaphormoon (melatonine) wordt uitgeschakeld. Dit proces keert zicht in de avond om. Hierbij stimuleert het avond licht de afgifte van melatonine. Dit zorgt ervoor dat het lichaam zich op een rustige manier klaar maakt voor het slapen. Een tekort van melatonine is een van de grootste veroorzakers van slecht slapen 17. Uit onderzoek wat in 2010 dat is verricht door het Ligting Research Centre blijkt dat mensen die de dag zijn begonnen zonder zonlicht minder functioneren en minder alert zijn. Zonlicht zorgt er verder voor dat er vitamine D wordt aangemaakt door het lichaam. Deze vitamine heeft invloed op de 16 J.n. Mills, physiological review; humancircadian rhythms (1966) 17 L.A.; Walker, M.T.; Brown, R.L.; Cronin, T.W.; Robinson, P.R. (November 2003). "Melanopsin forms a functional short-wavelength 18

20 calciumstofwisseling (nodig voor het aanmaken van botweefsel), op het immuunsysteem, hart en bloedvaten, het voorkomen van varianten van kanker en op stemmingen en depressie. Om vitamine D te kunnen aanmaken moet de zonkracht minimaal niveau 3 hebben en de zon moet minimaal meer dat 45 graden boven de horizon staan. 19

21 Conclusie Er zijn veel mogelijkheden voor het ontwerpen met zonnepanelen en iedereen moet zich bewust worden van deze kwaliteit. Om zonnepanelen te kunnen verwerken in een ontwerp is het belangrijk dat je weet welke eigenschappen een cel/ paneel nodig heeft om de uitstraling te krijgen die je voor ogen hebt. Onderdelen als flexibiliteit, transparantie, werking en opbrengst kunnen belangrijke reden zijn om voor een bepaalde techniek te kiezen. In het verleden zijn er al velen voor ons geweest die de uitdaging zijn aan gegaan met het ontwerpen met zonnepanelen. Tijdens het ontwerpen was het zonnesysteem al meteen in beeld, hierdoor konden ze het ook samen laten komen met de architectuur. Het bouwen met zonnepanelen vraag wel om precisiewerk, terwijl we in de bouw werken graag met toleranties die kunnen oplopen op enkele centimeters. Met een voorgeproduceerd product zijn deze toleranties niet op te vangen. Bouw dus zeer nauwkeurig, of bedenk welke oplossingen met bijvoorbeeld wandafwerking je extra speling kan geven. Als we in Nederland zonnepanelen willen toepassen is een hoek van 30 graden en op het zuiden gelegen het meest ideale voor de opbrengst. Het verlies aan opbrengst op het moment dat de oriëntatie maximaal 30 graden afwijkt en de hellingshoek tussen de 10 en 50 graden licht is het nog mogelijk om een systeem te maken 20

22 met een redelijk rendement. Hierbij is het wel van belang dat we ons bewust zijn van schaduw die op het systeem kan vallen. Het systeem moet technisch gezien zo worden ontworpen dat deze schaduw wordt voorkomen. Niet alleen een zonnepanelen systeem rendeert het beste met zonlicht, ook mensen hebben zonlicht nodig om goed te kunnen functioneren, ochtend licht zorgt voor een natuurlijk opstaan proces en avondlicht doet het omgekeerde. Een gedoseerd hoeveelheid aan zon zorgt ervoor dat de mensen actief en gezond blijf. 21

23 Ontwerpen met zonnepanelen Naar aanleiding van mijn onderzoek naar leven met de zon en de wijze waarop we kunnen ontwerpen met zonnepanelen en de zon, ga ik nu zelf een gebouw ontwerpen waarbij de uitkomsten van mijn onderzoek de basis zullen zijn voor het ontwerp. De locatie van deze woning is aan de Noordzijde van het IJ te Amsterdam. Dit is een oud haven gebied waar momenteel wordt gewerkt om de oude gebouwen een nieuwe functie te geven zodat de stad kan uitbreiden naar dit gebied. De stad Amsterdam is vanaf 19xx bezig om het oude haven gebied te betrekken bij de stad volgens de masterplannen moet de noordzijde van het IJ ervoor zorgen dat het een stad wordt rondom het IJ. Hiermee is het niet meer de stad aan het IJ maar een stad rondom het IJ. Het oude havengebied met ruimte bieden voor wonen en werken 18. Ik heb gekozen om mijn locatie direct aan het IJ te kiezen. Vanuit deze locatie heb je uitzicht op de stad die aan de andere zijde zich bevind

24 Concept The theorie van Paul Scheerbaart vindt ik zeer interessant voor het realiseren van een hedendaags gebouw waarin gebruik wordt gemaakt van hedendaagse technieken. Daarnaast moet het gebouw een opvallende uitstraling hebben, zodat het ook duidelijk wordt wat er gebeurt. Het ontwerpen van een bewustzijn van de mogelijkheden van zonnen energie is belangrijker dan het meest efficiënte gebouw te realiseren. De locatie met zijn aanwezige objecten ga ik meenemen in het ontwerp. De bestaande kranen die zijn gelegen aan de voormalige scheepshellingen van de NDSM werf, wil ik gebruiken in mijn ontwerp. Hiermee laat ik zien dat het gebruik van oude industriële objecten een basis kan zijn voor hedendaagse architectuur en dat we deze objecten ook zeker niet allemaal moeten afbreken. De kranen hebben gezien hun oude functie ook nog de mogelijkheid om te werken met draaide onderdelen die in relatie staan met de kop.(zij bijlage 17) 23

25 De plattegrond van het gebouw is een 8 hoek, deze vorm zorgt ervoor dat je gevels heb op O,ZO,Z,ZW en W. Al deze gevels zijn in meer en mindere maten geschikt voor het opwekken van energie door middel van zonnepanelen. Ik wil de gevels niet afsluiten omdat dit ook de gevels zijn waar zonlicht de woning kan binnen treden. Daarom maak ik er transparante gevels van waarin zonnecellen zijn verwerk.(zie bijlage 18) Alle gevels staan onder een hoek van 70 graden ten op zichten van de aarde. Dit zorgt ervoor dat er meer zonlicht op de cellen kan komen. De Noordzijde van het gebouw is niet geschikt voor het opwekken van energie, het is zelfs de gevel waarin het meeste energie verlies is. De gevel gemaakt van semie-transparant glas, de keuze om met glas te werken komt van de glastheorie. De gebruik heeft achter deze gevels privé ruimtes maar kan zelf wel zien wat er buiten gebeurd. Het leven in de woning moet zicht afspelen volgens het Ciradian Rhytm, de functies zijn daarom zo gepositioneerd dat de gebruiker gedurende de dag in aanraking komt met de zon. De routing van het gebouw draait mee met de zon.(zie bijlage 19 en 20) Binnen in de woning wil ik het bewust maken van de gevel sterker maken door de gevel voorbij de vloer te laten lopen. Dit zorgt ervoor dat hij niet visueel wordt afgebakend maar aan de bovenzijde doorloopt. 24

26 Het trappenhuis maakt geheel gebruik van de kern binnen in de staal constructie van de bestaande kraan. Hierdoor blijft de kraan zichtbaar in het interieur van het gebouw. De kern moet er verder voor zorgen dat het dagelijks leven van de gebruiker als een circel om het heen bevind. De gebruiker van moet in zijn dagelijks gebruik de keuze hebben of dat hij zijn activiteiten in de zon doet of in de schaduw. Dit houdt in dat de plattegrond en de zonwering zo moeten zijn dat de gebruiker invloed heeft op de schaduw. Dit kan betekenen dat het comfort van de gebruiker belangrijker is dan de energie-opbrengst van een zonnepanelen systeem. Het ontwerp Mensen moeten er bij stil gaan staan om te bekijken wat er gebeurd. Het gebouw moet voor de gebruiker een aangename beleving zijn waarin hij kan leven met de zon. De gevel en het zonnescherm zorgen ervoor dat de woning van elektra wordt voorzien. De open structuur moet het contact tussen de gebruiker en de openbare ruimte versterken. De zuidgevel die uitzicht geeft op het IJ en de stad Amsterdam bied een mooi perspectief om dagelijks op uit te mogen kijken.(zie bijlage 21) 25

27 Leven met de zon Bijlage

28 Datasheet Mono panelen Datasheet Poly panelen Bron: Bijlage 01

29 Bron: Bijlage 02

30 1 fase omvormer 3 fase omvormer 1 fase stroom 3 fase stroom Bron: Bron: Bijlage 03

31 Bijlage 04 Bron:

32 a) b) c) d) Bijlage 05 Bron:

33 Mono kristallijn Pioly kristallijn Amorf silicium Dunnefilm Bron: Bron: Bijlage 06

34 Bron: D. Prasad en M. Snow, (2005), Solar Power, Pty Ltd, p.25 Bijlage 07

35 Bijlage 08 Bron:

36 Bron: Bijlage 09

37 Bijlage 10 Bron:

38 Bijlage 11 Bron:

39 Bron: Nieuw grote wereldatlas, Arugus Elsevier Bijlage 12

40 Bron: eigen tekeningen Bijlage 13

41 Bron: Bijlage 14

42 Bron: Bijlage 15

43 Bijlage 16 Bron:

44 Bron: google aerth en eigen materiaal Bijlage 17

45 Bron: eigen materiaal Bijlage 18

46 Bron: eigen materiaal Bijlage 19

47 Bron: eigen materiaal Bijlage 20

48 Bron: eigen materiaal Bijlage 21