Gebouwen verbruiken ongeveer een derde van de energie in de wereld en zijn verantwoordelijk voor 40% van de uitstoot van broeikasgassen. Het verminderen van de CO2-uitstoot en het gebruik van hernieuwbare schone energie in gebouwen zijn essentieel om de doelstellingen van CO2-neutraliteit voor de hele samenleving te bereiken.

Het integreren van zonnepanelen in gebouwen is een van de meest veelbelovende manieren om de CO2-uitstoot te verminderen en een duurzame toekomst te ondersteunen.

Gevels moeten worden gebruikt voor integratie van zonnepanelen

In het verleden werden de meeste zonnepanelen (photovoltaics) voor gebouwen op daken geïnstalleerd, maar dakoppervlakken kunnen beperkt zijn. Gevels van gebouwen bieden veel meer oppervlakte en zouden voor deze toepassing kunnen worden gebruikt.

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat gevelgeïntegreerde fotovoltaïsche cellen (FIPV) een opkomende en essentiële oplossing zijn voor het oogsten van zonne-energie. In Noorwegen, waar de zon meestal laag staat, hebben gevels van gebouwen een bijzonder potentieel voor de toepassing van zonnepanelen.

Uitdagingen in esthetiek

Het esthetische aspect van zonnepanelen kan echter een uitdaging zijn. De zwarte of donkerblauwe kleuren van gewone zonnepanelen zijn niet ideaal voor gevels en architecten zijn erg tegen het gebruik van saaie kleuren voor hun ontwerpen.

Bovendien staat Noorwegen vol met kleurrijke huizen, waarvan er vele honderden jaren oud zijn. De kleuren van traditionele gebouwen zijn aantrekkelijk voor toeristen en geven een prachtig "gevoel van plaats" van de lokale bewoners.

Het is moeilijk voor te stellen dat architecten of eigenaren zonnepanelen zouden accepteren als dit zou betekenen dat alle huizen zwart of donkere kleuren moesten hebben.

Pixelisatiemethode van ontwerp

Om dit probleem op te lossen, heeft een onderzoeksteam (Changying Xiang en professor Barbara Szybinska Matusiak) van het Light and Color Center van NTNU een nieuwe methode voorgesteld om gevels van gebouwen uit te rusten met kleurrijke zonnepanelen om energie met een goede efficiëntie te produceren.

Net als mozaïekafbeeldingen of 'neo-impressionisme'-kunstwerken, kan de pixelisatiemethode verschillende gekleurde zonnepanelen op dezelfde gevel combineren - met een vloeiende kleurovergang in de juiste volgorde. Op deze manier kunnen zowel lichtgekleurde zonnepanelen (meestal met een lagere energieproductiviteit) als donkere kleuren zonnepanelen (meestal met een goede energieproductiviteit) in dezelfde of vergelijkbare tinten worden gecombineerd, wat een acceptabele energieproductiviteit oplevert voor een algehele gevel.

Het onderzoek toont aan dat gepixelde kleurrijke zonnegevels wel 85%–93% energie kunnen produceren in vergelijking met een volledig zwarte zonnegevel.

Wat nog belangrijker is, is dat de pixelmethode een lokaal kleurenpalet kan aannemen, wat een verzameling is van typische kleuren in een lokale context.

De afbeelding hieronder toont bijvoorbeeld typische kleuren uit de stad Trondheim. Architecten kunnen PV-bedrijven vragen om de exacte kleur te produceren die past bij bestaande gevels van gebouwen voor zonnepanelen. Op deze manier kan het gebruik van pixelvorming traditionele ontwerpen respecteren en tegelijkertijd bijdragen aan het kleurrijke "gevoel van ruimte" van waardevolle stedelijke ruimtes.

Bevredigende esthetische prestaties

De esthetische prestaties van de voorgestelde pixelontwerpen zijn getest door middel van een internationale online enquête onder meer dan 300 deelnemers met verschillende achtergronden uit Noorwegen, Denemarken, China, Polen, Nederland, Italië, Australië, de VS, Japan en Brazilië.

Uit het onderzoek blijkt dat ontwerpen met de pixelmethode de voorkeur hebben van de meerderheid, en ze worden als prettiger ervaren dan niet-gepixelde gewone kleurontwerpen. Bovendien waren de meeste deelnemers van mening dat de ontwerpen met lokale kleuren passend waren in een stedelijke context.

Good energy productivity

Another case study in Trondheim was also conducted, where the pixelization method was used in small are with three high-rise residential apartments.

A colorful renovation design for the high-rise apartment was created, where the energy productivity of the colorful solar façade would be around 80% of a black solar façade. The electricity produced by the colorful solar façade can cover around 26% of the total household energy consumption for these residences.

This research provides novel solutions and design references for applying colored photovoltaics in urban contexts on large scales. The researchers believe that façade-integrated photovoltaics will provide a useful approach to tackle climate changes and achieving a carbon-neutral society. + Verder verkennen

Colorful solar panels could make the technology more attractive