Waarom de eerste zonneweg een fietspad wordt

Nederland moet meer plek maken voor zonnestroom. In 2019 was de totale opbrengst aan zonnestroom 5,2 terrawattuur (TWh). Volgens het Klimaatakkoord moet dat in 2030 vier keer meer zijn. Zonnepanelen liggen nu op daken van huizen (50%), zonneweiden (20%) en bedrijven (30%). Het ligt voor de hand om meer daken met zonnepanelen (PV of photovoltaic) te bedekken, maar volgens deskundigen wordt het ook tijd om alternatieven te zoeken. “Zonnepanelen zijn niet erg efficiënt in het omzetten van zonlicht in stroom”, zegt PV-onderzoeker Hesan Ziar van de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica (EWI). “Daarom hebben we meer oppervlakte nodig, en we moeten op zoek naar oppervlakten met dubbel gebruik – zoals wegen.” Het blijkt dat zelfs een klein land als Nederland 135 duizend kilometer aan wegen heeft, waarvan 1.600 kilometer autosnelwegen.

Stel je nu eens voor dat alle autosnelwegen in Nederland bedekt zijn met zonnepanelen. Je weet dat de zon niet de hele dag schijnt, en zeker niet het hele jaar. Er zijn gebouwen, bomen en auto’s die voor schaduwen zorgen. Neem dat alles mee in de berekening – hoeveel stroom gaan de zonnesnelwegen dan opleveren?

Thien Tin Nguyen van de afdeling transport en planning van de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen (CiTG) werkte samen met onderzoekers Carlotta Ferri en Hesan Ziar van de groep fotovoltaïsche materialen en apparaten (EWI) aan de berekening van de hoeveelheid zonnestroom van Nederlandse snelwegen op jaarbasis. Ze publiceerden hun resultaten afgelopen maand op de website van Renewable Energy. De begeleidende hoogleraren waren prof.dr. Miro Zeman, prof.dr. Olindo Isabella (EWI) en prof.dr.ir. Hans van Lint (CiTG).

In hun artikel presenteren ze de zonnekaart van de Nederlandse snelwegen met de gemiddelde jaarlijkse productie in kilowattuur per vierkante meter. De hoogste opbrengsten (groen in de kaart) komen van snelwegen in een open omgeving met weinig verkeer. Bossen, aanpalende hoogbouw en (stilstaand) verkeer veroorzaken schaduw en een terugval in productie (rood).

Ze berekenden dat de netto-opbrengst aan zonnestroom 35 procent minder zou zijn dan optimaal, dus met alle zonnepanelen keurig uitgelijnd en onder een ideale hoek in een groot veld in Zuid-Nederland. Desondanks mag gerekend worden met een opbrengst tussen 3,4 en 6,6 TWh (terawattuur = 1 miljard kilowattuur), afhankelijk van het type zonnecellen.

Maar hoeveel is dat? Ongeveer 5 procent van het jaarlijkse Nederlandse elektriciteitsgebruik (123 TWh). Onderzoeker en medeauteur Hesan Ziar (EWI) heeft nog een andere vergelijking: ongeveer 2 procent van al het autoverkeer is elektrisch en gebruikt 2,45 TWh per jaar. Met andere woorden: zonnesnelwegen zouden alle huidige elektrische auto’s kunnen voeden en nog ruimte overhouden voor groei.

^{SolaRoad maakt gebruik van betonplaten bedekt met zonnecellen in epoxyhars. (Foto: Norbert de Waal)}

Wrede werkelijkheid
Fragiele zonnecellen en denderende trucks zijn een moeizame combinatie, zoals tal van demonstratieprojecten hebben laten zien. De Franse Wattway, een wereldpremière, was gebaseerd op breekbare kristallijne zonnecellen in een opgeruwde kunststof toplaag, bevestigd op een asfaltweg in het niet zeer zonnige Normandië. Men had voor de toplaag gekozen omdat dat goedkoper leek dan het vervangen van de weg. Zo ging de prestigieuze Wattway in 2016 open, als smaakmaker voor de Klimaattop in Parijs later dat jaar. Maar goedkoop bleek duurkoop.

Nog geen drie jaar later werd de Wattway algemeen beschouwd als dure flop, en mogelijk de duurste weg ooit. De kilometer zonneweg had 5 miljoen euro gekost, maar bleek niet bestand tegen tractorbanden. Een Franse krant beschreef de toestand van de weg: ‘zonnecellen laten los en overal liggen splinters van de gebarsten coating.’ Een soortgelijk project in China was een nog korter leven beschoren. Minder dan een week na de feestelijke opening kwamen officials erachter dat iemand de zonnepanelen had gestolen.

Het Nederlandse bedrijf SolaRoad heeft geleerd van de praktijk. Hun geïntegreerde systeem is gebaseerd op betonplaten bedekte met zonnecellen in epoxy. Na een veelbelovende start met korte stukken fietspaden ging het fout bij een busbaan in Spijkenisse in 2019. Grote stukken van de coating kwamen los. Het bedrijf besloot zich daarna op fietspaden toe te leggen.

^{Een vroege honderd meter elektrisch fietspad nabij Krommenie in 2017. (Foto: Astrid Jongens)}

Kracht van het fietspad
Elektrische fietspaden zijn een vanzelfsprekende keus voor dr. Ando Kuypers, programma-ontwikkelaar zonnetechnologie en applicaties bij TNO in Eindhoven. Hij neemt het fietspad bij Maartensdijk graag als voorbeeld, met 350 meter het langste traject tot nu toe. Inwoners maakten bezwaar tegen een windmolen in de buurt, hoorde Kuypers vertellen. En een zonneweide wilde ook niet iedereen. Maar tegen het fietspad met zonnecellen maakte niemand bezwaar.

“Ja”, geeft hij toe. “Een fietspad met zonnecellen is op dit moment duurder dan het opstellen van een gelijke hoeveelheid zonnepanelen. Maar dat verandert zodra de industrie kan opschalen.” En, voegt hij eraan toe, de maatschappelijke acceptatie is veel hoger als je de PV-techniek uit het zicht kunt houden.

Eerder had Kuypers twijfel over ingebouwde zonnecellen (geïntegreerde PV) in wegen. “Je kunt ze beter naast de weg zetten, dan ze erop leggen”, hoor je vaak zeggen. Maar een paar recente ontwikkelingen hebben zijn mening veranderd. Eén daarvan is de ontwikkeling van alternatieven voor asfalt door chemische bedrijven. Nieuwe transparante bindmiddelen maken een rood, groen of blauw wegdek mogelijk, maar zonder kleurstof zijn ze ook prima geschikt om zonnecellen te omhullen. 

Een andere ontwikkeling waar Kuypers zelf bij betrokken is, is de opkomst van dunnefilm zonnecellen. Het is de uitverkoren technologie voor het Interreg project Roling Solar, waarvoor met Hogeschool Zuyd een teststrip is aangebracht op de Brightlands Chemelot campus in Geleen. Dunnefilm zonnecellen zijn minder kwetsbaar, flexibeler en eenvoudiger te integreren in het wegdek dan het kwetsbare kristallijne silicium.

^{Teststrook voor het Rolling Solar project met geintegreerde dunnefilm zonnecellen. (Foto: Jonathan Vos).}

Daar komt nog bij dat sinds een paar jaar het programma duurzame grond- water- en wegenbouw van kracht is. In dat kader is Rijkswaterstaat er volgens Kuypers op gespitst om nieuwe projecten zoveel mogelijk zelfvoorzienend te maken, bijvoorbeeld door het aanbrengen van zonnecellen.

Kuypers denkt dat elektrische fietspaden de eerste succesvolle toepassing worden van zonnecellen in het wegdek. Lange-afstand fietspaden zijn populair omdat ze ongehinderde toegang verschaffen tot binnensteden. Ze kunnen het forensenverkeer verminderen omdat elektrische fietsen het bereik van fietsers vergroten. Daar komt nog bij dat zonnecellen in fietspaden een onomstreden vorm van duurzame energieopwekking is.

Wat kan er groener zijn dan een elektrisch fietspad? Kuypers herinnert zich de enorme aandacht van de pers uit binnen- en buitenland bij de opening van maar 73 meter elektrisch fietspad in Krommenie in 2014.

Arian de Bondt, directeur van SolaRoad, heeft wat berekeningen gemaakt: “Nederland heeft zo’n 35 duizend kilometer aan fietspaden. Als we die allemaal van zonnecellen voorzien kunnen we ongeveer 15 terawattuur aan elektriciteit produceren. De voordelen zijn zonneklaar.”

Dat zou drie keer meer energie zijn dan de TU-onderzoekers verwachten van de autosnelwegen. Fietspaden hebben dus een flinke potentie voor zonne-energie bij een veel lagere slijtage en belasting. Daarom zal het eerste lange stuk zonneweg in Nederland waarschijnlijk een fietspad zijn.