Volgens het oorspronkelijke ontwerp zou het pand van Helianthos grote, transparante ramen krijgen. Niet ideaal voor een proeffabriek waar aan een innovatief product wordt gewerkt, vond eigenaar Nuon. Het knalgele fabrieksgebouw op het Arnhemse industrieterrein is uiteindelijk voorzien van ondoorzichtige ramen, waarachter de medewerkers van Helianthos in alle rust kunnen werken aan het product dat de gebouwde omgeving een enorme duurzame ‘boost’ moet geven: flexibele zonnecellen ‘aan de rol’.

Een stofjas en haarnetje vormen de verplichte uitrusting voor iedereen die de fabriek wenst te betreden. Niet zozeer ter bescherming van de bezoeker, maar om te voorkomen dat stof van buiten de fabriek in komt, legt Leonie Stigter uit. Stigter is manager Product- en Toepassingsontwikkeling bij Helianthos, de Nuon-dochter die zich bezig houdt met het ontwikkelen en produceren van flexibele zonnecellen. Helianthos zag in 1996 het levenslicht als research- and developmentproject van Akzo Nobel. In 2006 kwam Helianthos volledig in handen van Nuon, en in juni 2009 opende de proeffabriek haar deuren. Hier wordt gewerkt aan de ontwikkeling van flinterdunne, flexibele zonnecellen en de grootschalige productie van deze cellen ‘aan de rol’ (zie kader).

Het eindproduct, zonnecelfolie, is bestemd voor gebruik op onder meer daken, gevelpanelen en voor aankleding van gebouwen, bijvoorbeeld zonneschermen. In de fabriek is de ene machine nog groter en imposanter dan de andere. In de huidige pilotfase werkt Helianthos met rollen folie van 30 cm breed en 6 cm lang. Momenteel worden voorbereidingen getroffen om dit op de schalen naar 120 cm breed. Dat verklaart de diverse grote machines in aanbouw. ‘Deze machines vereisen weer nieuwe testen en proeven’, legt Stigter uit. ‘Het feit dat we silicium gelijkmatig kunnen opdampen op 30 cm breedte, betekent niet automatisch dat dit ook lukt op een groter oppervlak.’
Zonnecelfolie

Helianthos richt zich in eerste instantie op zonnecelfolie voor grote oppervlakten, met name de platte daken van fabriekshallen. ‘Daar is de folie makkelijk uit te rollen en te bevestigen. Omdat de zonnecelfolie horizontaal op het dak geplakt wordt, maakt het minder uit wat de oriëntatie van het gebouw is, iets wat bij schuine daken wel het geval is.’ Wat niet wil zeggen dat het product niet geschikt is voor woningen. ‘Integendeel. Wij verwachten dat in de toekomst het merendeel van de woningen gebruik zal maken van zonne-energie.

Architecten dienen bij hun ontwerp dan wel rekening te houden met de oriëntatie en de beschaduwing van deze woningen. Hoge bomen, schoorstenen en dakkapellen die hun schaduw werpen op het gebouw, kunnen de energieproductie verstoren. Hellende daken moeten op het zuiden of zuidwesten gericht zijn. Ook is er ruimte nodig voor het naar binnen brengen van de kabels aan de contactpunten van het zonnecelfolie. Bij gebruik van zonnecellen in renovatieprojecten moet daar dan ook een andere oplossing voor worden gevonden.’
Standaardmaat

De folie wordt in een standaardmaat geleverd. ‘Het is niet zo dat architecten de afmeting van hun keuze kunnen bestellen. Ook kun je er niet in knippen. Dan komen er aan de kopse kant actieve materialen bloot te liggen, beschadigen de patroontjes in de serie gekoppelde zonnecellen en riskeer je kortsluiting, omdat de voor- en achterkant van de cel op elkaar worden gedrukt tijdens het knippen.’ Het aanbrengen van de folie op een dak vereist bovendien een zorgvuldige werkwijze. ‘Er mag bijvoorbeeld geen spijker doorheen.’

Het produceren van zonnecellen is overigens niet nieuw. Stigter: ‘Het opdampen van dezelfde lagen als waar wij gebruik van maken, wordt ook op glazen zonnepanelen toegepast. Bij glazen panelen moet je echter steeds een nieuwe plaat in de machine zetten, en het opdampingsproces steeds weer opnieuw uitvoeren. Bij onze productiemethode kunnen we een grote rol in de machine plaatsen, waardoor je snel flinke hoeveelheden zonnecellen kunt maken.’ Daken van fabriekshallen kunnen het gewicht van glazen zonnepanelen vaak niet dragen. ‘Dankzij de ultradunne zonnecellen en de lichtgewicht beschermlagen, kent folie dit probleem niet. Bovendien is het een stuk makkelijker te vervoeren en te plaatsen.’
Van gas tot zonnecel

De productie van zonnecelfolie begint met een tijdelijke metalen drager, die de hoge temperaturen toestaat die bij het productieproces komen kijken. Op die tijdelijke drager wordt een transparant en elektrisch geleidend voorcontact opgedampt, gevolgd door de actieve silicium lagen die als silaangas worden opgedampt. Vervolgens wordt een reflecterend en elektrisch geleidend achtercontact aangebracht. Daarna wordt de serieschakeling aangebracht, die zorgt voor de noodzakelijke hoeveelheid spanning in de zonnecel. De cellen worden gescheiden en vervolgens met elkaar doorverbonden.

De patronen die hierdoor ontstaan, zorgen ervoor dat er meer spanning en dus energie wordt opgewekt, en er minder verloren gaat. De zonnecel zelf heeft een dikte van 2 micron, wat dertig keer dunner is dan een menselijke haar. Dit zorgt voor het flexibele karakter van de zonnecel en productie aan de rol. Volgende stap is het lamineren van de permanente kunststof drager. De tijdelijke aluminium drager wordt verwijderd door deze te laten oplossen. Nu kunnen de beschermfolies over de cel heen, flinterdun water- en vuilafstotend materiaal, en worden de elektrische aansluitpunten met daaraan de snoeren bevestigd.

De zonnecelfolie kan ofwel door middel van een lijmlaag over de dakbedekking heen worden geplakt, of al in een fabriek geïntegreerd worden in het dakbedekkingmateriaal. In de buitenlucht moet de folie twintig jaar kunnen functioneren. Een stuk folie van 30 cm breed en 6 meter lang heeft grofweg een vermogen van 100 Watt, gemeten onder gestandaardiseerde omstandigheden. In de proeffabriek wordt naast productie op kleine schaal verder gewerkt aan het optimaliseren van product en productiemethode; een volgende stap is de bouw van een eerste grote fabriek die 1 miljoen m² zonnecelfolie per jaar zal kunnen produceren.

Klimaatkasten

Stigter toont de machine die de energie-efficiency van de zonnecellen meet, het apparaat dat de tijdelijke aluminiumlaag oplost, en de klimaatkasten waar de zonnecellen worden getest op klimaatbestendigheid. ‘Ze moeten overal tegen kunnen, dus we testen hier met extremen. Er is een kast waar de temperatuur op 85 graden staat, eentje met thermische cycli van -40 naar +40 graden, en een kast waar de cellen bloot staan aan bevriezing in combinatie met vocht. ‘De machine die het metalen achtercontact fabriceert, hoefde niet ‘from scratch’ te worden ontwikkeld. ‘Deze machine wordt bijvoorbeeld ook gebruikt om de metallische binnenkant in chipszakken te maken.’

Nuon heeft grote verwachtingen van de zonnecelfolie en zonne-energie in het algemeen. Niet alleen hoopt Nuon dat ‘ooit’ – een jaartal durft Stigter niet te noemen – het merendeel van de gebouwen op zonne-energie draait; ook verwacht zij dat deze vorm van energie uiterlijk in 2020 qua kosten concurrerend is met ‘gewone’ energie. ‘Wij blijven onze productiemethoden ontwikkelen zodat zonnecelfolie steeds sneller en goedkoper gemaakt kan worden. Voor Zuid-Europa verwachten we zelfs dat zonne-energie in 2011 al kostendekkend is. Die landen zijn qua zon nu eenmaal wat beter bedeeld dan Nederland.’

^{Tekst: Suzanne van den Eynden}