Zonnepanelen

Het anti-zonnepaneel levert een beetje energie in de nacht. Bron: Stanford University

“Anti-zonnepaneel” wekt ’s nachts energie op

Laat een reactie achter / Ideeën, natuurkunde, Techniek, Visionaire projecten, Wetenschap / Door / 15 november 2019

Zonnepanelen leveren alleen overdag energie op, want dan schijnt de zon. Dit is een belangrijke beperking aan zonnepanelen. Niet meer, zo lijkt het. Want nu zijn anti-zonnepanelen ontwikkeld die juist de meeste energie opwekken ’s nachts. Energie uit het Niets? In zekere zin: ja.

Zonnepanelen en thermodynamica
Er is een eenvoudige formule, waarmee het maximale rendement is te berekenen van een temperatuursuitwisseling: 100% * (Theet – Tkoud / Theet ). In woorden: het maximale rendement is gelijk aan het temperatuursverschil, gedeeld door de absoluut heetste temperatuur. In zekere zin maken zonnepanelen gebruik van het verschil in temperatuur tussen het zonneoppervlak en de aardoppervlakte. De oppervlakte van de zon is gloeiend heet, rond de zesduizend graden kelvin. De aardoppervlakte ligt in temperatuur iets onder de driehonderd kelvin (300 – 273 = 27 graden) . In theorie kunnen zonnepanelen daarom tot 95% van alle zonlicht in vrije energie omzetten, als ze perfect zouden werken: (6000-300)/6000 = 0,95. (Uiteraard haalt het gemiddelde zonnepaneel maar 15-23 procent, de absolute recordhouder in het lab behaalt 47,1 %.) [1]

Het anti-zonnepaneel levert een beetje energie in de nacht. Bron: Stanford University
Het anti-zonnepaneel levert een beetje energie in de nacht. Bron: Stanford University

Anti-zonnepanelen
Dit principe kan ook andersom werken. Onze aardoppervlakte heeft weliswaar een temperatuur van die driehonderd kelvin, maar de achtergrondtemperatuur van het heelal is maar 2,7 kelvin. Honderd maal zo laag dus. Een perfecte ‘heat engine’ zou daarmee zelfs 99% energieomzetting kunnen bereiken door dit warmteverschil af te tappen en de warmte het heelal in te pompen.

De anti-zonnecel produceert een beetje stroom, omdat de thermo-elektrische generator het warmteverschil tussen de koude radiatorplaat en de hetere ondergrond, aftapt. Bron: Stanford University
De anti-zonnecel produceert een beetje stroom, omdat de thermo-elektrische generator het warmteverschil tussen de koude radiatorplaat en de hetere ondergrond, aftapt. Bron: Stanford University

Dat laatste is ongeveer wat hier gebeurt. Anti-zonnepanelen koelen af door ’s nachts grote hoeveelheden warmte uit te stralen, het universum in, waardoor een warmteverschil ontstaat. Dit warmteverschil kan af worden getapt door in dit geval een materiaal dat spanningsverschillen produceert uit temperatuursverschillen. Zie diagram.

LEDje
Erg indrukwekkend is de opbrengst van het anti-zonnepaneel nog niet.  Eén vierkante meter radiatieve koeler (een zwart, goed warmte geleidend oppervlak) produceert een schamele 25 milliwatt. Dit is net genoeg om een klein ledje te laten branden. De onderzoekers zijn desalniettemin optimistisch. Ze denken dat het mogelijk is de opbrengst toe te laten nemen tot 500 milliwatt per vierkante meter. Vergeleken met een zonnepaneel is dat niet veel. Een zonnepaneel haalt toch al gauw boven de 100 watt per vierkante meter, 200 maal zoveel. Wel kan dit systeem kleine stroomgebruikers, zoals sensors, continu van stroom voorzien. Dat maakt het systeem toch interessant om door te ontwikkelen. Al is het maar, zoals de onderzoekers al opmerken, dat het opmerkelijk grappig is is om licht uit de duisternis op te wekken.

Bronnen:
1. Best Solar Efficiencies (.pdf)
2. Aaswath P. Raman, Wei Li en Shanhui Fan, Generating Light from Darkness, Joule, 2019, DOI:https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.08.009

Zal perovskiet-gebaseerd materiaal voor zonnecellen de mensheid eindelijk verlossen van de wurggreep van fossiel?

Onderzoekers bereiken grote doorbraak zonne-energie

7 reacties / natuurkunde, Scheikunde, Wedstrijd / Door / 21 oktober 2013

Zonnepanelen die per watt maar een vijfde kosten van de huidige generatie, maar wel met een bijna even hoog rendement worden spoedig mogelijk. Dat meldt het wetenschappelijke tijdschrift Science, op basis van onderzoek van de vooraanstaande Nanyang Technical University in Singapore. Wordt zonne-energie straks zo goedkoop dat we het niet eens meer hoeven op te slaan?

Vijf maal goedkoper per watt
De volgende generatie zonnecellen, gemaakt van anorganisch/organische hybride perovskiet-gebaseerde materialen, is ongeveer vijfmaal goedkoper dan de huidige dunne film zonnecellen door een eenvoudiger, op een oplossing gebaseerd productieproces. Van perovskiet, een in de natuur hun veelvoorkomend mineraal, was al eerder bekend dat het opmerkelijk geschikt is om zonnecellen van te bouwen: tot 15% van het zonlicht wordt in elektriciteit geconverteerd. Dit ligt dicht in de buurt van de efficiëntie van de meest verkochte commerciële zonnepanelen, rond de 17%.  Onderzoekers wisten tot nu toe niet waarom.

Zal perovskiet-gebaseerd materiaal voor zonnecellen de mensheid eindelijk verlossen van de wurggreep van fossiel?
Zal perovskiet-gebaseerd materiaal voor zonnecellen de mensheid eindelijk verlossen van de wurggreep van fossiel? Bron: Wikimedia Commons

Daarom is perovskiet zo efficiënt
In het nieuwe onderzoek, door acht onderzoekers van de NTU in samenwerking met Michael Grätzel (bekend van zijn op fotosynthese-achtige processen gebaseerde zonnecellen), is nu ontdekt wat perovskiet zo efficiënt maakt. Op dit moment wordt deze nieuwe kennis toegepast door het Energy Research Institute @ NTU die een commercieel prototype van de perovskiet zonnecel ontwikkeld in samenwerking met het Australische bedrijf Dyesol Limited. Bij het onderzoek werd gebruik gemaakt van uiterst nauwkeurige apparatuur, waaronder een femtosecondelaser die het gedrag van elektronen en materie op femtoschaal uiterst nauwkeurig kon vastleggen. De groep ontdekte dat in perovskietmaterialen de elektronen, die los worden geslagen door de fotonen in zonlicht, veel verder kunnen reizen dan in andere materialen. Daardoor kan de perovskietlaag dikker worden, immers de elektronen kunnen verder reizen naar de elektronvangende metalen geleider. omdat de laag dikker kan zijn, wordt meer licht geabsorbeerd en produceert de zonnecel meer elektriciteit. De onderzoekers pasten een simpel productieproces toe, gebaseerd op het indrogen van een oplossing.

Bestaande zonnecellen overtroffen
Nu precies bekend is hoe perovskietmaterialen zich gedragen en wat het werkingsprincipe is, zijn technici in staat om het gedrag van de nieuwe zonnecellen af te strellen en de efficiëntie zo te verbeteren. Een van de leden van het team, Matthews, denkt dat uiteindelijk zelfs de performance van dunne-cel zonnepanelen geëvenaard en overtroffen kan worden met tot 20% efficiëntie. â€œThe excellent properties of these materials, allow us to make light weight, flexible solar cells on plastic using cheap processes without sacrificing the good sunlight conversion efficiency.” in zijn woorden.

Bronnen
1. NTU scientists make breakthrough solar technology, NTU Press Release, 2013
2. Nripal Mathews, Grätzel et al., Long-Range Balanced Electron- and Hole-Transport Lengths in Organic-Inorganic CH3NH3PbI3, Science (2013)

De Spanjaarden en Grieken kunnen duizend euro per jaar rijker worden door zonne-energie in te zetten. Dat is een maandsalaris extra.

Prijsoorlog zonnepanelen breekt uit: zon even duur als fossiel

12 reacties / Europa, Maatschappij / Door / 6 oktober 2011

Het tijdperk van permanente overvloedige energie komt er eindelijk aan. De afgelopen 24 maanden is de prijs van zonnepanelen met zeventig procent gezakt. Op dit moment kost een watt vermogen van een zonnepaneel minder dan een dollar (0,70 euro). Dat was drie jaar geleden drie keer zoveel. Geen wonder dat er veel fabrikanten nu failliet gaan. Zeer goed nieuws: het break-even point, waarop zon goedkoper wordt dan fossiel, zonder subsidie, is nu in veel landen al bereikt. Zijn onze energieproblemen over twee jaar voorbij?

China deelt enorme leningen tegen lage rente uit aan grote zonnepaneelproducenten.
China deelt enorme leningen tegen lage rente uit aan grote zonnepaneelproducenten.

Onderzoek in plaats van oorlogen brengt energieonafhankelijkheid
Waar politici meer dan een biljoen euro hebben verkwist aan oorlogvoeren en het vergiftigen van de lokale bevolking met verarmd uranium, zijn technici en onderzoekers stug doorgegaan met het ontwikkelen van betere en goedkopere zonnepanelen. Drijvende kracht hierachter waren Duitsland en China. Duitsland heeft geen inheemse energiebronnen behalve de zeer vervuilende bruinkool, dus koos mede daarom voor duurzame energie. Dankzij het ruimhartige Duitse stimuleringsbeleid heeft de zonne-energieindustrie een enorme prikkel gekregen.

De Spanjaarden en Grieken kunnen duizend euro per jaar rijker worden door zonne-energie in te zetten. Dat is een maandsalaris extra.
De Spanjaarden en Grieken kunnen duizend euro per jaar rijker worden door zonne-energie in te zetten. Dat is een maandsalaris extra.

Zonnepanelen kopen met Chinese staatssubsidie
Ook de Chinese overheid heeft een vergelijkbaar probleem als Duitsland. China heeft overvloedige steenkoolvoorraden, maar de luchtvervuiling loopt totaal uit de hand. Om die reden heeft China de zonne-energiesector met enorme bijna gratis leningen gestimuleerd. Wie Chinese zonnepanelen koopt, doet dat dus met Chinese staatssubsidie.Voor een deel doet China dat om een voorsprong op de buitenlandse concurrentie te krijgen, maar ook om de afhankelijkheid van olielanden en steenkoolimport te verminderen. Ook bestaat een groot deel van China uit winderige woestijn. Een ideale plek dus voor grote zonne- en windenergiecentrales, die daar nu ook in recordtempo worden neergezet.

Ongekend lage prijzen maken zonnepanelen ook zonder subsidie al interessant
Het resultaat mag er zijn. Op dit moment zijn zonnepanelen te bestellen vanaf 1,17 dollar per watt-piek[2] (86 eurocent per watt-piek). In Nederland levert 1 wattpiek 0,88 kWh per jaar op, dus een euro investeren levert per jaar iets meer dan een kilowattuur op. Met de energiebelasting in Nederland betekent dit dus 20% rendement. Niet gek, zie dat nu maar eens te krijgen bij de bank. Wat zonnepanelen duur maakt, worden daarom steeds meer de inverters en andere randapparatuur. Hierdoor verdubbelen de kosten of meer. Bij het plaatsen van grote hoeveelheden, zeg maar liever: een overcapaciteit, zonnepanelen zouden deze kosten in verhouding behoorlijk moeten dalen.

Spanje en Griekenland nu al break-even
In Griekenland levert een euro investeren nu al 1,5-1,8 kWh op per jaar. In Spanje zelfs iets meer. Dat is bijna twee keer zoveel als in Nederland. Een verstandige Griek of Spanjaard zet dus nu al zijn dak vol met zonnepanelen, want zelfs als de prijzen nog verder zouden dalen, heeft hij de kosten er al in een paar jaar uit. Hiermee is een historisch punt bereikt: voor het eerst in de geschiedenis is zonne-energie goedkoper dan fossiel. Hierbij is de ondersteunende apparatuur niet meegerekend, maar ook hiervan zal de prijs snel dalen. Als de bewoners van zuidelijke landen geen geld meer hoeven uit te geven aan elektriciteit, levert dat per Griek of Spanjaard duizend euro op. Een extra maandsalaris dus, met dank aan de zon.
De prijzen zullen nog verder dalen, waardoor de zonnegrens verder naar het noorden zal schuiven.

Dus even doorbijten, waarde lezers. Na 2014 breekt de zon door de wolken om niet meer te verdwijnen.

Lees ook:
Stroom van zonnepanelen binnenkort al goedkoper dan uit stopcontact

Bronnen
1. A Silver Lining in Declining Solar Prices, Renewable Energy World, 2011
2. Cheapest solar planels: survey (Ecobusiness Links; 2011)

Stroom van zonnepanelen binnenkort al goedkoper dan uit stopcontact

7 reacties / Wetenschap / Door / 27 april 2011

“De markt voor zonne-energie is in 2010 opnieuw meer gegroeid dan alle deskundigen hadden voorspeld. Wereldwijd kwam er 15 Gigawatt (15.000 Megawatt) aan stroom uit zonnepanelen bij. Het grootste deel daarvan, 12.000 Megawatt, werd in Europa geïnstalleerd met Duitsland opnieuw als absolute koploper. (…) Met de 28.000 Megawatt aan zonnepanelen die er nu in Europa staan kunnen 10 miljoen huishoudens van stroom worden voorzien.” [1] Hier zal het echter niet bij blijven.

Volgens senior analist Vishal Shah van Barclays Capital en CEO Jigar Shah van de Carbon War Room zullen in grote delen van de wereld stroom uit eigen zonnepanelen op het dak binnen een tot twee jaar goedkoper zal zijn dan uit het stopcontact. Door verdere kostenverlaging is het bereiken van deze zogeheten grid-parity – de heilige graal op zonne-energiegebied – eind dit jaar of volgend jaar al mogelijk. Zonne-energie zal vooral ook dieselgeneratoren overal ter wereld vervangen en olie- en gasgestookte centrales qua prijs overtroeven.

Als erkend visionair zet Jigar Shah zich in voor duurzame energie en duurzame oplossingen die de uitstoot van CO2 en de daarmee gepaard gaande klimaatveranderingen en andere bedreigingen voor de mensheid moeten terugdringen. In 2003 richtte hij SunEdison op, een revolutionair bedrijf dat zonne-energie als een dienst verkocht, iets wat later uitgroeide tot een miljardenindustrie. Volgens hem groeit de zonne-energiemarkt sneller dan menigeen kan voorspellen en worden niet alleen de zonnepanelen, maar ook alle bijbehorende installaties en technieken steeds goedkoper.  In de Amerikaanse staat Californië, in Italië en in andere landen met hoge stroomprijzen en relatief veel zon is zonne-energie van het eigen dak nu al goedkoper dan stroom uit het elektriciteitsnet. ,,Ik verwacht dat in 2013 zonne-energie goedkoper is dan 20 procent van alle elektriciteit die in de wereld wordt verkocht. Dat is een gigantische markt,” stelt Jigar Shah.

Vishal Shah ziet die grid-parity al eind dit jaar of anders volgend jaar bereikt worden. ,,In Europa hebben we dat punt al bijna bereikt. Eerst zien we zonne-energie elektriciteit uit olie- en gasgestookte centrales vervangen. Daarna zal zonne-energie overal ter wereld dieselgeneratoren gaan vervangen,” verwacht hij.
Beiden verwachten een enorme groei van de zonne-energiemarkt. ,,Alle analisten waren de afgelopen vijf jaar te voorzichtig in hun voorspellingen,” stelt Vishal Shah. Kwam er het afgelopen jaar wereldwijd 15 Gigawatt bij, in 2011 verwacht hij een groei van 21 Gigawatt. ,,De VS zijn een slapende reus geweest. De komende drie jaar zal die markt elk jaar verdubbelen,” verwacht Jigar Shah. Volgens Vishal Shah heeft de VS het beste subsidiebeleid en zullen de kosten van zonnepanelen er dalen tot zelfs 1 dollar per Wattpiek vermogen.

[1] Duurzame Agenda

[2] De rest van het bericht is vrijwel helemaal het originele persbericht van SolarPlaza BV, zie hier.