Als de zon uit fossiele brandstof had bestaan, en de omringende ruimte uit een aardachtige atmosfeer, was de zon al na enkele millennia uitgebrand. De zon schijnt echter al meer dan 5.000.000.000 jaar.
Het geheim: kernfusie. Deze verloopt bij de zon in enkele stappen: protonen fuseren tot deuterium, dat weer fuseert tot helium-4. Hierbij komt veel energie vrij, maar de reactie wordt geremd door de zeer trage snelheid waarmee protonen tot deuterium fuseren.
Door een delicaat evenwicht tussen de snelheid waarmee deuterium wordt gevormd en de zwaartekracht, blijft de zon ongeveer zijn grootte behouden. Toch zal op een dag, gelukkig miljoenen generaties na nu, de zon door zijn waterstof heenraken. De zon verandert dan in een rode reus, die Mercurius, Venus en waarschijnlijk ook de aarde op zal slokken. Dit zal nog miljarden jaren duren, dus we hebben dus ruim de tijd om een oplossing voor dit probleem te bedenken. Welk proces levert de enorme energie van de zon? – Wikimedia COmmons
Een team Eindhovense studenten slaagde er in een gezinsauto te ontwikkelen, die zich voortbeweegt op zonne-energie: de Stella. Dat betekent: nooit meer tanken. Hoe praktisch is een zonne-auto?
De zonneauto Stella.Bron: TUE
Als je de Stella goed bekijkt, valt ten eerste op dat de auto een erg grote oppervlakte heeft. Een platte, ondiepe structuur maakt de auto aerodynamisch gunstig en vooral: laat hem veel zon vangen. Ten tweede: erg hard gaat de Stella niet, zoals uit het filmpje blijkt. Dit komt door het vrij geringe vermogen van de zon. Aan de bovenkantvan de atmosfeer komt er 1100 watt per vierkante meter binnen. Ongeveer de helft van de zonnestraling overleeft de tocht door de atmosfeer, waardoor er rond de 550 watt per vierkante meter op het autodak valt. Op een zonnige dag.
Als we aannemen dat de studenten de beste verkrijgbare zonnecellen hebben gebruikt met een rendementvan rond de 30%, levert dat rond de 150 watt per vierkante meter, of 1500 watt voor de gehele Stella, op. Erg hard kan je daarmee niet. Een goede accu is dus bepaald geen overbodige luxe. En die zit er ook in: de Stella kan 600 km rijden als de zon niet schijnt. Dus met een zonnetje nog veel meer.
Hiermee is aangetoond dat als we genoegen nemen met lagere snelheden, auto’s op zonne-energie heel goed haalbaar zijn. Hopelijk komt dit voertuigje snel op de markt. Al te moeilijk moet het niet zijn: het is in principe een erg lichte carosserie met een goed, groot zonnepaneel op het dak geplakt. Om eerlijk te zijn jeuken de handen van schrijver dezes.
Wordt dit de definitieve doorbraak van zonne-energie? Een Australisch consortium van onder meer de universiteit van Melbourne is er in geslaagd om zonnecellen te ontwikkelen, die met een standaard drukpers kunnen worden geprint.
Stel je voor, vluchtelingenkampen midden in de woestijn waarbij de tenten heerlijk koel blijven door solar-powered airconditioning, die tegelijkertijd ook water wint uit de hete woestijnlucht. Water stills leveren genoeg water op voor groentekassen waarin het water geconserveerd wordt. Overal in de tentenstad zoemen machines, die aangedreven worden door zonne-energie. Daarmee voorzien de vluchtelingen in een groot deel van hun eigen behoeften en maken winstgevende producten. Hierdoor hebben de vluchtelingen een welvarend leven en willen ze niet meer terug naar het onderdrukkende land waar ze vandaan gevlucht zijn. Wat ooit een plaats van wanhoop was, wordt nu een stad van hoop met een welvaartspeil waar een groot deel van de wereld jaloers op zou zijn.
Een utopische waandroom? Niet meer. Dankzij doorbraken van een Australisch consortium kunnen nu zonnecellen voor een habbekrats geproduceerd worden. Zonnepanelen zijn enorm in prijs gedaald, maar nog steeds niet echt goedkoop: de allergoedkoopste kosten september 2015 iets onder de 65 eurocent per watt piekvermogen. Een watt piekvermogen levert voor een optimaal geplaatst zonnepaneel in Nederland en België rond de 0,8 kilowattuur (€ 0,20) op. In theorie heeft u een zonnepaneel in de Lage Landen er dus in vier jaar uit, in zonniger landen zelfs korter. Helaas wordt deze roodkleurige berekening verpest door de kostbare randapparatuur die nodig is om de zonnestroom te converteren naar netstroom, en de hoge installatiekosten van zonnepanelen, maar nu al is zonnestroom ongeveer even duur als fossiele stroom, voor consumenten zelfs goedkoper.
Binnenkort op elk oppervlak? Bron: University of Melbourne
Maar wat als de kosten per watt piekvermogen zouden dalen tot onder de twintig, of zelfs tien cent? In dat geval zou je kunnen overdimensioneren: domweg zoveel zonnepanelen installeren, dat er ook in de winter voldoende energie is om zelfvoorzienend te zijn. Dan heb je ook geen dure converters of opslag meer nodig, behalve uiteraard voor de nacht, en kan je de meter afkoppelen.
En precies deze extreme daling lijkt nu in te zetten. Het nieuwe Australische productieproces maakt gebruik van een al bestaande offsetprinter van A$200.000, waar inkt voor zonnepanelen in wordt toegevoerd. Hiermee wordt een laagje organische zonnepanelen op een buigzaam oppervlak, zoals plastic, geprint. Oorspronkelijk waren deze zonnecellen zo groot als een munt, maar de onderzoekers hebben de grootte nu op kunnen schalen naar A3-formaat. De zonnecellen kunnen geprint worden met een snelheid van één cel per twee seconden (tien strekkende meter per minuut).
De zonnecellen produceren 10-50 watt per vierkante meter, dus 1,25-6,25 watt per zonnecel. De onderzoekers verwachten dat de proefprintinstallatie in staat is zonnecellen voor minder dan 1 Australische dollar per watt piekvermogen (rond de 60 eurocent per september 2015) te produceren, als de productie grootschaliger wordt. De kostprijs wordt hier voornamelijk uitgemaakt door de chemicaliën. De prijs zou dus wel eens nog veel drastischer kunnen dalen als deze op grote schaal gemaakt kunnen worden. Dit zou uitermate goed nieuws betekenen voor zowel de planeet aarde als haar menselijke bewoners.
Fracking is de drijvende kracht achter de enorm toegenomen aardolie- en aardgasproductie in de Verenigde Staten. Maar hoe werkt fracking precies? In deze video een heldere samenvatting.
Fracking, zegen of vloek? Bron: EPA
In grote lijnen werkt fracking door onder een hoge waterdruk een mengsel van water en chemicaliën in olie- en gashoudende gesteentes te persen. Hierdoor ontstaat een netwerk van barsten, waardoor eerder opgesloten olie en gas vrijkomen. De giftige frackingvloeistof wordt voor een deel opgevangen en daarna in een verondersteld veilig ondergronds reservoir gepompt. De rest blijft in het gesteente achter.
Voorstanders wijzen op de grote opbrengsten aan olie en gas die hierdoor mogelijk worden. Hiermee kunnen uitgeputte olie- en gasvelden weer tot nieuw leven gewekt worden en wordt ook schalieolie en ~gas winbaar. Tegenstanders wijzen op de verwoestende gevolgen op grondwatervoorraden, want de chemicaliën die voor het proces worden gebruikt zijn uitermate giftig en zijn niet met standaard waterreinigingsmethoden te verwijderen.
Fracking levert op korte termijn een hoge opbrengst, dus winst en welvaart. De geologische schade die dit aanricht, zal daarentegen blijven zolang de aardbol door de hemelruimte wentelt. De keus is dus tussen een zware economische recessie door gebrek aan energie tot zon en kernenergie het gat kunnen vullen (wat we hadden kunnen voorkomen door veel eerder serieus onderzoek te doen naar zon en thorium), of de planeet ernstig vandaliseren. Een uitermate onaangename keus.
Een experimentele kernfusiereactor zoals ITER kost tientallen miljarden, maar is nog steeds niet in staat meer elektriciteit op te leveren dan er in gaat. Dat gaat veranderen met een nieuw reactordesign, zegt althans een groep onderzoekers.
Enorm potentieel, altijd dertig jaar in de toekomst
Kernfusie ligt altijd dertig jaar in de toekomst, gaat een oude grap die al zo lang meegaat als kernfusieonderzoek zelf. En dat is lang: al meer dan zestig jaar wordt er onderzoek gedaan naar kernfusie. Dat is niet voor niets. Kernfusie, het samensmelten van twee lichte atoomkernen tot een zwaardere atoomkern, zou ons in staat stellen om gebruik te maken van een bijna onuitputtelijke energiebron. Er is op aarde rond de 1015 ton deuterium. Een kubieke meter zeewater bevat 300x meer energie dan een kubieke meter benzine.
Het project begon als een uit de hand gelopen studentenopdracht aan de Amerikaanse technische universiteit MIT in Boston, in een werkgroep geleid door een van de auteurs, Dennis Whyte. Door deze opdracht kregen de studenten de smaak te pakken en bleven aan het project werken.
De stikstofgekoelde, supergeleidende REBCO kabel (links) kan evenveel stroom geleiden als de dikke stroomkabel (rechts). Dankzij deze technologie kan het nieuwe fusiereactormodel tien keer zo compact worden.
Half zo klein als de ITER-reactor
In de nieuwe fusiereactor, op basis van het bestaande tokamakmodel van ITER, wordt gebruik gemaakt van bestaande technologie en materialen. Het is dus een nu al haalbaar ontwerp. Tokamaks hebben een reactiekamer in de vorm van een torus, of donut. Het verschil is, dat in de nieuwe reactor alle koperen stroomkabels rond de reactiekamer zijn vervangen door een supergeleidend materiaal. Daardoor kunnen er veel sterkere stromen doorheen en dus worden de elektromagneten, die het plasma in de fusiereactor gevangen houden, veel krachtiger. De hoeveelheid fusie in een tokamak fusiereactor neemt toe met de vierde macht van de sterkte van het magneetveld. Daardoor kan de fusiereactor de helft kleiner, en dus goedkoper, worden dan de bestaande tokamakreactors. Het magneetveld in de nieuwe reactor is bijna twee keer zo sterk als in ITER, waardoor de hoeveelheid fusie tien keer zo groot wordt. ITER is een monsterlijk ding met een doorsnede van een meter of dertig. Deze nieuwe reactor is veel kleiner, rond de vijftien meter. De reactor kan eveneens in tien jaar gebouwd worden, maar voor een aanzienlijk lager bedrag dan de 25 miljard euro die het ITER-project opslokt.
Het materiaal dat in het nieuwe ontwerp voor de stroomkabels wordt gebruikt, de met vloeibare stikstof gekoelde supergeleider REBCO, bestond nog niet toen ITER werd ontworpen.
Papier is geduldig
Het gaat hier om een ontwerp dat nog niet in de praktijk is gebouwd. Hoewel de fysica erachter bekend is en uitgebreid getest, kunnen er altijd nu nog niet voorziene complicaties optreden. Mogelijk veroorzaken de extreem sterke magneetvelden een quench in de REBCO supergeleider, doordat ze de supergeleidende zone inperken en zo overbelasten.
Bron
ARC: A compact, high-field, fusion nuclear science facility and demonstration power plant with demountable magnets,” Fusion Engineering and Design, dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.07.008
In de hete Verenigde Staten ligt het energieverbruik dubbel zo hoog als in Nederland. Belangrijke oorzaak: de loeiende airco’s. Welke oplossingen zijn er?
Oorlog tegen hitte
In Nederland zijn we gewend aan hete huizen in de zomer. Wordt het te erg, dan schakelen we de ventilator van onder de 50 watt aan, of misschien een zelf in elkaar geknutselde swamp cooler. Zo niet aan de overzijde van de grote plas. De VS kent grotendeels een continentaal klimaat en een grote stad als New York ligt ter hoogte van Madrid. De zomers zijn er veel heter dan hier.
Airconditioning is een ecologische nachtmerrie, maar wordt razend populair. Bron: University of the United Nations
Als Amerikanen een probleempje hebben, dan wordt het ook meteen grootschalig aangepakt. Zo ook hier. Het gemiddelde Amerikaanse huis heeft zeker één airconditioning die een stroom koude lucht het huis inblaast. Er is alleen een vervelend nadeel. Air conditioning is een enorme stroomvreter. Duizend watt of meer voor een klein huis is al gauw het minimum. Dat gedurende zes uur per dag of meer. Het gevolg: dit jaagt de stroomrekening sterk op. Een Amerikaans huishouden is dan ook vele honderden euro’s per maand kwijt aan stroom. Voordeel is dan weer, dat mensen beter en geconcentreerder werken bij lagere kantoortemperaturen.
De gemiddelde grondtemperatuur in de Verenigde Staten is niet erg hoog. Airconditioning is onnodig, als je die kou benut in de zomer. Bron: EPA
Leven van het land
De Amerikanen, en andere bewoners van gebieden met een uitgesproken landklimaat zoals de Russen en Chinezen, kunnen het energiezuiniger aanpakken. De kou hoeft namelijk niet kunstmatig opgewekt te worden. Die is er al. In de grond. New York, bijvoorbeeld, heeft een gemiddelde grondtemperatuur van 10 graden Celsius. Zelfs het snikhete Californië heeft in de dichterbevolkte delen grondtemperaturen tussen de 14 en 20 graden. In combinatie met een warmtepompje uit een oude koelkast, betekent dit dat het huis vrijwel gratis gekoeld kan worden.
Goed voorbeeld voor de Derde Wereld
Op dit moment is de VS hét rolmodel voor de midden- en hogere klassen in zich ontwikkelende landen. Als de VS er in slaagt om af te kicken van de airconditioning en veel goedkopere en energiezuiniger alternatieven kiest, is dat niet alleen erg goed nieuws voor de veelgeplaagde working class Amerikanen, die dan meer overhouden. Ook de rest van de planeet neemt deze oplossingen dan over. Als bijvoorbeeld de Indiërs kiezen voor verwarming en koeling met aardwarmte, scheelt dat een grote ecologische ramp.
Minder ongelijkheid
Ook komt er zo ook veel hoogwaardige werkgelegenheid voor kleine installateurs en blijft er meer geld hangen bij de lage en middenklasse, in plaats van bij de 1% superrijken.
Aisa en Ralph Mijeno, broer en zus uit de Filippijnen, ontwikkelden een lamp die werkt op zout water. De lamp kan bij worden gevuld met zeewater en kan ook worden gebruikt om smartphones op te laden. Ideaal tijdens een ramp. Hoe werkt deze lamp?
De zoutwaterlamp belooft Filippijnse slachtoffers van stormen licht en stroom voor smartphones te leveren.
De lamp is, in de woorden van broer en zus Mijeno, een elektrochemische LED-lamp die kan worden gebruikt om kleine mobiele gadgets op te laden.
Op de site van hun startup, of in interviews, is geen informatie te vinden hoe deze lamp precies werkt. Alleen dat de lamp om de acht uur bijgevuld moet worden met vers zeewater. Zeewater is chemisch in evenwicht, dus moet het aan de ‘anode’, waarnaar veelvuldig wordt verwezen, liggen.
Maak je eigen zoutwaterlamp
Vernuftige Youtube-gebruikers hebben een doe-het-zelf zoutwaterlamp ontwikkeld op basis van aluminiumfolie en koperfolie, zie video onder. Voor wie liever een uitgeschreven instructie gebruikt, of geen koperfolie heeft, is er een soortgelijke instructie van het Practical Education Network van MIT. De MIT-versie is wel omslachtiger, omdat de spanning per cel lager is en er dus meer cellen nodig zijn om het ledje te laten branden.
Vermoedelijk is een anode (negatieve pool, waar de elektronen uitkomen) van aluminium en een kathode (positieve pool die de elektronen opslokt. Elektronen zijn negatief geladen) van koper of een dergelijk halfedelmetaal ook het geheim van de wonderlamp. Dit aluminium, of een soortgelijk metaal zoals zink, gaat langzaam in oplossing en moet na enkele maanden vervangen worden. Het zeewater zelf wordt niet verbruikt, maar raakt verzadigd met aluminiumzouten. Daarom moet het na acht uur vervangen worden. Hieronder een korte video met instructies.
Opladen kost veel tijd. Een nieuwe supercondensator slaat even veel energie op als een loodaccu, maar kan in enkele seconden geladen worden. Supercondensatoren laden in enkele seconden, maar slaan doorgaans maar weinig energie op.
Grafeen en condensatoren
De aan de Californische universiteit UCLA ontwikkelde condensator werkt op basis van grafeen. Condensatoren werken niet met chemische energie, maar slaan energie op als lading op zeer dunne platen. Hoe groter de oppervlakte van de platen, en hoe dichter de platen op elkaar staan, hoe meer energie de condensator op kan slaan. Grafeen bestaan uit één atoom dikke laagjes koolstof en is hiermee dus het ideale condensatormateriaal. Condensatoren hebben twee grote voordelen boven batterijen. Ze laden in seconden op, immers er is alleen elektrische stroom nodig en geen chemische reactie om ze op te laden, en ze kunnen tienduizenden malen op worden geladen zonder dat ze achteruit gaan.
De supercondensator, ontwikkeld door UCLA. Bron: UCLA.
‘Accu’, maar dan in enkele seconden opgeladen
Nadeel van supercondensatoren is dat ze maar weinig energie opslaan per kilogram. Je moet bij wijze van spreken een aanhanger met supercondensatoren achter je auto hangen om een benzinetank te vervangen. Met dit nieuwe type komt hier sterk verbetering in. Per kilogram slaat dit type ongeveer evenveel energie op als een loodaccu. Dat is ongeveer een derde van lithium-ion batterijen.
Hoe werkt het systeem?
De supercondensator bestaat uit gestapelde laagjes LSG, laser-geschreven grafeen, en mangaandioxide. De onderzoekers gebruikten een consumenten-CD brander en een oplossing van grafietoxide in water om LSG te fabriceren. Mangaandioxide geleidt slecht stroom, maar slaat wel goed lading op, de positieve mangaanionen en negatieve zuurstofionen helpen hierbij. Grafeen transporteert de lading naar de mangaandioxide, die nanostructuren vormt. De productietechniek die is toegepast vraagt niet de extreme temperaturen of de dure “dry rooms” die nu noodzakelijk zijn voor de productie van supercondensatoren. Omdat de condensator uit dunne laagjes bestaat, kan deze ook in zeer dunne plakken worden gefabriceerd, als krachtbron voor micro-elektronica en zeer dunne elektronica. Kortom: deze techniek heeft alles in zich om een disruptieve, exponentiële technologie te worden.
Nou leuk, maar wat zijn de voordelen?
Het opladen met deze dingen gaat zo snel, dat auto’s die voor een stoplicht staan, via de weg kunnen worden opgeladen. Gefrustreerde smartphone- en laptopbezitters zullen het voordeel snel snappen. Een tweede voordeel is dat er duizenden laadcycli mogelijk zijn. Nu zijn de grootste kosten aan een elektrische auto de batterijen. Hiermee gaan de energieopslagmodules letterlijk jaren mee, ongeveer even lang als de rest van de auto. Grafeen is nog peperduur, maar het basismateriaal, koolstof, is spotgoedkoop. Het tweede bestanddeel, mangaandioxide, wordt nu al massaal gebruikt in wegwerpbatterijen en is goedkoop. Kortom: zodra het lukt deze goedkoop en in grote oplages te produceren, is het einde oefening voor fossiele brandstoffen in het wegtransport en kunnen we een explosie aan micro-gadgets verwachten.
Wie wel eens een druppel water in een sissende pan heeft laten vallen kent het: het Leidenfrosteffect. Voor het eerst in de geschiedenis slaagden technici er in om het Leidenfrosteffect uit te buiten voor het aandrijven van een motor. Goed nieuws voor Marskolonisten.
Infographic over het Leidenfrosteffect. Bron: Wikimedia Commons
Wat is het Leidenfrosteffect?
Als een spetter water in een hete pan valt, is deze in een paar seconden verdampt. De Duitse natuurkundige Johann Gottlob Leidenfrost (1715-1794) ontdekte echter iets vreemds. Je zou verwachten, dat hoe heter de pan is, hoe sneller het water verdampt. Bizar genoeg bleek de druppel in een hete pan, vanaf 250 graden, minder snel te verdampen. We weten nu waarom. Als de pan heter is, verdampt er meer water aan de onderkant van de druppel. Daardoor ontstaat een isolerend ‘kussen’ van waterdamp, dat de druppel als een mini-hovercraft laat zweven en zo gescheiden houdt van de hete bodem. Daardoor neemt de druppel minder warmte op dan in een koelere pan, en blijft de druppel langer in leven. Uiteraard ligt zelfs het Leidenfrosteffect het af, als de temperatuur maar hoog genoeg is. De stralingshitte van de pan, die immers exponentieel toeneemt met de temperatuur, laat dan de druppel rechtstreeks verdampen.
De Leidenfrostmotor met ‘droog ijs’
Zo werkt de Leidenfrostmotor. Het verdampende droge ijs laat het blok droog ijs draaien. Bron: bronartikel.
Niet elke stof vormt een vloeistof bij normale luchtdruk. Kooldioxide bijvoorbeeld, verdampt rechtstreeks als vaste stof: het sublimeert. Vandaar de bijnaam ‘droog ijs’ voor vaste kooldioxide. Een blok droog ijs boven een warm oppervlak blijft ook zweven: het damplaagje kooldioxide houdt het blok zwevend. Kooldioxide wordt veel gebruikt als koelmiddel in labs, dus dit effect was vanzelfsprekend al langer bekend. Nieuw aan dit onderzoek is de poging, het effect te gebruiken om er een motor mee aan te drijven.
Hoe werkt de Leidenfrostmotor?
Een blok van onder verdampend kooldioxide-ijs, levert gas onder druk. Die druk kan direct of indirect afgetapt worden. In dit ontwerp heeft de onderste, hete plaat een spiraalvormig patroon. Hieruit spuit het gas weg, ruwweg zoals in een draaiend stuk siervuurwerk, dat hierdoor het blok droog ijs laat ronddraaien. Het resultaat: dit blok draait steeds sneller, tot er zich een evenwicht instelt. Draait er eenmaal iets, dan is het een fluitje van een cent daar een dynamo aan te koppelen en er zo elektriciteit van af te tappen.
Detail van de onderste schijf. Redder uit de nood voor Marskolonisten?
Ideale motor voor Mars Op aarde lijkt deze motor onpraktisch. Kooldioxide koelen tot vaste stof vergt zeer lage temperaturen. Zelfs hartje winter op Vostok, Antarctica, is nog niet koud genoeg. Op Mars is dit anders. Op onze koude buurplaneet komen grote hoeveelheden kooldioxide in vaste vorm voor, die in een jaarlijkse cyclus sublimeert en weer aanvriest. Om de Leidenfrostmotor aan te drijven, hoeven Marskolonisten er alleen geregeld kooldioxide-ijs in te scheppen. Vanzelfsprekend moet er dan wel een plaats zijn, waar voldoende warmte kan worden geoogst om deze CO2 te laten verdampen. Dit plaatsen zijn er echter voldoende op Mars. Denk aan afvalwarmte van het ruimtestation, reactoren en met zonne-energie opgewarmde gedeelten.
Bron
Gary G. Wells, Rodrigo Ledesma-Aguilar, Glen McHale & Khellil Sefiane, “A sublimation heat engine,” Nature Communications 6,Article number:6390 DOI: 10.1038/ncomms7390
De vinding verdubbelt de bestaande efficiëntie. Door een nieuwe techniek maakt een team Australiërs gehakt van de beruchte Shockley–Queisser limiet. Hun vinding is, zeggen ze, met gemak toe te passen in commerciële productielijnen.
Waarom is efficiëntie belangrijk?
Zonnepanelen kunnen slechts een klein deel van de beschikbare zonne-energie in elektriciteit omzetten. De doorsnee commercieel verkrijgbare zonnepanelen halen tussen de 15 en 20 procent. Voor zonnefarms is dit niet zo’n punt. Landbouwgrond, en zeker woestijngrond, is niet erg duur en valt qua kostprijs in het niet vergeleken met de kosten per watt vermogen. Voor huizenbezitters, vooral in Nederland met de relatief kleine dakoppervlakte, ligt dit anders. Pas als zonnepanelen in staat zijn ook van een kleine oppervlakte veel energie op te wekken, wordt energieonafhankelijkheid haalbaar. Ook halveren de aanlegkosten als er maar half zoveel oppervlak met zonnepanelen belegd hoeft te worden.
Hoe werkt de vinding?
Zonlicht op zeeniveau bestaat uit fotonen met verschillende golflengtes, ruwweg tussen 250 nm (violet) en 1350 nm (nabij infrarood), met nog een venster tussen 1500 en 1750 nm. Voor zonnepanelen is er doorgaans een optimale golflengte. Deze is precies voldoende om een elektron uit de vanglaag te laten springen en daarvan de energie af te tappen. Te energierijke (korte) fotonen leveren energieverspilling op, het overschot aan energie wordt dan gedumpt als afvalwarmte. Te zwakke (lange) fotonen zijn niet in staat zijn het elektron te laten ontsnappen en dus geheel verloren gaan.
Het zonnespectrum. Het gedeelte onder de gele curve is het zonlicht zoals in de ruimte, het rode gedeelte bereikt het zeeniveau. Bron: Wikimedia Commons
De vinding van het team bestaat uit een optisch bandbreedtegevoelig filter, waardoor sommige golflengtes worden doorgelaten en andere worden teruggekaatst. Achter het filter bevindt zich een zonnecel, die is geoptimaliseerd voor de doorgelaten golflengte. Het teruggekaatste licht komt terecht op een andere zonnecel, die dan weer is geoptimaliseerd voor de golflengtes van het teruggekaatste licht. Deze constructie is omslachtig, maar lonend als gebruik wordt gemaakt van met spiegels geconcentreerd zonlicht, zoals in commerciële zonnefarms.
Toepassingen
Eén van de firma’s die meewerkten aan het project is het Amerikaane Spectrolab, dat speciale zonnecellen voor ruimtevaart en concentrators levert. Dit is ook de meest voor de hand liggende toepassing van deze vinding. Door de zonnecellen hiermee te upgraden, kan vrij eenvoudig de capaciteit van de concentrators worden verdubbeld.
Voor particulieren wordt deze vinding pas interessant, als er een elegant en betaalbaar systeem komt dat er voor zorgt dat, onafhankelijk van de zonnehoek, licht van een bepaalde golflengte altijd op de juiste zonnecel terecht komt. Mogelijk zou je kunnen werken met laagjes materiaal met een verschillende brekingsindex, of concentratorcellen met optische lichtgeleiders.
