Van 12 tot 22 september vindt in Frankfurt de International Motor Show (IAA) plaats. Veel zal draaien om de mobiliteit van de toekomst en dan met name allerlei varianten op elektrische aandrijving. Fraunhofer ISE mengt zich hier zoals elk jaar nadrukkelijk in de strijd. Maar naast hun oplossingen voor de aandrijving, komt het befaamde onderzoeksinstituut nu ook met een optische lijn. Op de gezamenlijke stand van Fraunhofer-Gesellschaft, presenteert het Fraunhofer-instituut voor zonne-energiesystemen (ISE) twee zonneautodaken. Een van de opvallende eigenschappen zit ‘m in het kleurrijke design.

De Fraunhofer wetenschappers ontwikkelden twee jaar geleden een ‘Morpho-Color’ glascoating. Dit was oorspronkelijk bedoeld voor gebouwen. Maar nu trekt ISE dit door naar de gekleurde panelen voor gebogen oppervlakken zoals autodaken. “Om een CO2-vrije energievoorziening in alle sectoren te bereiken, moeten we aanzienlijke vooruitgang boeken met betrekking tot de uitbreiding van de fotovoltaïsche energie, ook buiten de daken van huizen en open ruimtes. Zonnepanelen zullen in de toekomst nog meer in onze reeds gebouwde omgeving worden geïntegreerd, bijvoorbeeld in voertuigen”, zegt Andreas Bett, directeur van Fraunhofer ISE.

Voor de integratie van fotovoltaïsche panelen in het zonnedak vertrouwen de Freiburgse onderzoekers op een leisteenverbinding. De monokristal silicium zonnecellen zijn overlappend gerangschikt. Ze worden vervolgens met elkaar verbonden met een geleidende lijm. Dit voorkomt inactieve oppervlakken; het moduleoppervlak kan dus maximaal worden gebruikt voor de stroomopwekking.

Onzichtbare cellen

Nog een bijzonderheid van het zonnedak: de zonnecellen zijn volledig verborgen door een individuele kleurcoating en daardoor onzichtbaar. Het efficiëntieverlies als gevolg van de Morpho-Color glascoating is zo’n zeven procent. Het kleureffect werd gekopieerd van de helderblauwe vleugels van de Morpho vlinder. De speciale, schilferige oppervlaktestructuur zorgt voor een hoge mate van kleurverzadiging met een goede kijkhoekstabiliteit. “De kleurmogelijkheden zijn bijna oneindig”, zegt Martin Heinrich, hoofd PV voor mobiliteit bij Fraunhofer ISE.

Dankzij dit kleurengamma biedt het dak een homogeen en esthetisch totaalbeeld. Bovendien zorgen de lagere weerstandsverliezen, het weglaten van de zonwering door de bovenopliggende celverbinders en een bijzonder hoge zonweringstolerantie voor een tot twee procent hogere module-efficiëntie in vergelijking met conventionele zonnepanelen.

De functionaliteit van het zonnedak komt overeen met die van een standaard metalen autodak. De constructie vermindert ook de oververhitting in de auto. De eerste zonnedaken voor auto’s zouden eind volgend jaar in serieproductie kunnen gaan. En de meerprijs, zo is de verwachting, hoeft niet veel hoger te zijn dan dat van een panoramadak.

Het dak, met een nominaal vermogen van ca. 210 W/m² voor een elektrische auto uit het middensegment, moet op een zonnige dag ongeveer tien km stroom leveren. Dat zou betekenen dat het bereik van het voertuig met ongeveer 10 procent wordt uitgebreid of dat het brandstofverbruik over een periode van een jaar evenredig wordt verminderd. De berekening is gebaseerd op een onbelemmerde zonnestraling in Freiburg im Breisgau, een verbruik van de elektrische auto van 17 kWh per 100 km en een jaarkilometrage van 15.000 km. Zonne-energie kan ook worden gebruikt voor consumenten die anders het bereik van hun elektrische auto zouden beperken vanwege bijvoorbeeld airconditioning of verwarming. Fraunhofer ISE kijkt nog verder naar andere plekken op de auto waarop zonnecellen kunnen worden toegevoegd.

Vliegtuigen en scheepsbouw

Volgens Heinrich bevindt het project zich in de eerste ontwikkelingsfase. In de toekomst zal onderzoek worden gedaan om bijvoorbeeld de zonnematrix naar de motor en de achterzijde te brengen, wat het bereik nog verder zou vergroten. En in een volgende stap zou dan ook kunnen worden overwogen om de panelen aan de zijkant van de auto te monteren. Dit zou echter niet gemakkelijk uitvoerbaar zijn vanwege de speciale veiligheidsvoorschriften.

Fraunhofer heeft ook al onderzoek gedaan naar de effecten van zonnedaken voor grote vrachtwagens, maar daar houdt het volgens Heinrich niet op. Hij ziet ook verdere mogelijkheden voor de modules in vliegtuigen, drones en scheepsbouw.