Windparken op zee vormen voor Nederland een grote bron van hernieuwbare energie. Momenteel zijn er tien windparken actief op de Noordzee met samen een vermogen van 4,7 gigawatt. In 2032 moet dit 21 gigawatt worden. Om dit te bewerkstelligen zullen er een hoop nieuwe kabels moeten worden getrokken door de Noordzee. De nieuwe kabels zullen echter niet altijd worden gebruikt om de elektrische opbrengsten van de windturbines  te vervoeren. Bij TNO wordt er daarom onderzoek gedaan naar het opstellen van drijvende zonne-energiesystemen op de Noordzee binnen de windparken, ook wel off-shore solar genoemd. Jan Kroon, projectmanager bij TNO, ziet kansen en vertelt over de techniek achter zonnepanelen op zee en hoe deze kunnen bijdragen aan het Nederlandse energiesysteem.

Zonne-energie is deels complementair met de energie die wordt opgewekt door windmolens op zee, omdat er op momenten van weinig wind vaak wel zonlicht is. Op deze momenten kunnen zonnepanelen worden gebruikt om alsnog energie op te wekken. Zodanig kunnen de kabels die de opgewekte energie van de windmolen naar land transporteren beter worden benut. Het delen van de kabel wordt ook wel cable pooling genoemd. Daarnaast kunnen zonnepanelen de loze ruimte tussen de windmolens opvullen.

Kroon stelt dat: "Een gebrek aan ruimte op land is een belangrijk argument voor zonne-energie op zee. De enorme beschikbare ruimte op zee, gecombineerd met de synergie tussen zonne- en windenergie, biedt een technologie met veel potentie om bij te dragen aan de energietransitiedoelen."

De zee is echter een heel andere omgeving dan de daken van huizen. De Noordzee is vaak onrustig . De hoge golven en het zoute water maken het een uitdagend gebied om zonne-energiesystemen te plaatsen. Dus voordat het mogelijk is om de zonnepanelen voor langere periodes op zee te laten liggen, moet er onderzoek worden gedaan naar de mogelijkheden om de betrouwbaarheid van de zonnesystemen in deze omstandigheden te verhogen.

Jan Kroon is de afgelopen vijf jaar betrokken geweest bij verscheidene onderzoeken die dit moeten duiden. Kroon: "Om Nederland en de grotere wateren te ontsluiten voor drijvende zonne-energiesystemen, is langdurig testen cruciaal. Daarom zijn er fieldlabs opgericht op binnenwateren met hogere golfslag. Deze tests vormen de basis om uiteindelijk toepassingen op zee te realiseren. Dit proces begon zo’n vijf jaar geleden, rond de tijd dat ik programmaleider werd voor offshore solar binnen TNO en grotere projecten ging leiden."

In de laatste jaren is de ontwikkeling hard door gegaan. Kroon legt uit: "De eerste belangstelling voor offshore solar ontstond dankzij het bedrijf Oceans of Energy. Hun visie was om zonne-energiesystemen geschikt te maken voor de Noordzee, met als ambitie om deze te integreren tussen de geplande windparken in de komende 10 tot 30 jaar. Hoewel de Noordzee een uitdagende omgeving is, ontwikkelde het bedrijf onder leiding van hun CEO, afkomstig uit de offshore-sector, een  concept om deze visie te realiseren."

Opstellen van zonnepanelen op zee
De zonnepanelen in het concept van Oceans of Energy komen op een ponton te liggen. Dit drijvende vlak houdt de panelen boven water en deint in z’n geheel mee met de golven zodat deze de opstelling niet kapot of los maken.

Er zijn echter ook andere manieren om zonnepanelen op de Noordzee te plaatsen. Kroon: "SolarDuck ontwikkelde een  concept voor offshore zonne-energie, gebaseerd op een verhoogd platform dat op drijvers is geplaatst. Dit platform bevindt zich enkele meters boven zeeniveau – soms wel vier tot vijf meter – waardoor de zonnepanelen minder direct worden blootgesteld aan golfslag. Hoewel het systeem nog steeds te maken heeft met windbelasting en opspattend zout water, biedt deze aanpak een fundamenteel andere manier om zonnepanelen op zee te beschermen tegen de ruwe omstandigheden, zoals golven die over drijvende ponton systemen slaan."

Nog een andere manier om een drijvend offshore solar concept te realiseren is ontwikkeld door Ocean Sun, een bedrijf uit Noorwegen. Kroon noemt het ontwerp innovatief. “Het is een cirkelvormig concept ontwikkeld voor drijvende zonne-energie. Dit zogenaamde 'floating foil'-systeem maakt gebruik van een membraan van plastic, waarin de zonnepanelen zijn geïntegreerd. Het ontwerp is geïnspireerd op de cirkelvormige systemen die worden gebruikt in Noorse viskwekerijen, waarbij ook een membraanstructuur wordt toegepast. Op basis daarvan hebben ze dit unieke drijvende zonneconcept bedacht", aldus Kroon.

Van de verschillende concepten in ontwikkeling  is nog niet aangetoond dat de  één beter is dan de andere. Kroon legt uit dat de verschillende ontwerpen hun voor- en nadelen hebben afhankelijk van de beoogde toepassing en de beoogde locatie op zee.

De toekomst van zon op zee
Om de energietransiitie doelen te behalen zal de productie van duurzame energie linksom of rechts opgeschaald moet worden. Kroon ziet daarom kansen voor offshore solar. Kroon: "Door zonne-energie te combineren met wind, ontstaat een technologie met groot potentieel om bij te dragen aan de energietransitiedoelen. De roadmap voor offshore wind is er al, en de overheid kijkt naar manieren om offshore solar bij toekomstige tenders te betrekken." 

Wel erkent hij ook dat er nog een hoop werk te verzetten is offshore solar daadwerkelijk op grote schaal  gaat bijdragen aan de Nederlandse duurzame energiemix. "Om offshore solar op te schalen naar gigawatt-niveau, moet er nog veel onderzoek worden gedaan en een leercurve worden doorlopen. Dit proces is essentieel om vertrouwen te wekken bij windparkeigenaren, zodat zij zonne-energie als een waardevolle aanvulling zien." 

Kroon geeft graag mee dat offshore solar een belangrijke bijdrage kan leveren aan  het energiesysteem van de toekomst. Kroon: "De visie moet zijn om offshore energieparken te ontwikkelen in plaats van alleen maar windparken. In zo’n energiepark combineren we zon en wind en misschien zelfs opslag, waarbij de technologieën een vergelijkbaar ontwikkelingsniveau bereiken en samen een geïntegreerde oplossing vormen."