Een transparante coating uit China verandert gewoon raamglas in een energiebron, zonder dat het zicht verandert. Is dit de doorbraak die gebouwen wereldwijd energieneutraal maakt?
Onderzoekers van de Nanjing University in de Chinese provincie Jiangsu hebben een transparante, kleurloze zonnecoating ontwikkeld die rechtstreeks op standaard raamglas kan worden aangebracht. De innovatie, een zogenoemde cholesteric liquid crystal solar concentrator (CUSC), maakt het mogelijk om zonlicht onzichtbaar naar de randen van het raam te geleiden, waar fotovoltaïsche cellen de energie omzetten in elektriciteit.
Volgens de studie, gepubliceerd in PhotoniX, kan de technologie ramen veranderen in actieve energie-opwekekers zonder dat de visuele eigenschappen van het glas veranderen.
Zonne-energie via raambeglazing
De CUSC maakt gebruik van multilagen cholesterische vloeibare kristallen (CLC’s) met patronen op submicronschaal. Deze structuren selecteren en diffracteren circulair gepolariseerd licht en leiden het onder een scherpe hoek door de glasplaat naar de rand.
Daar bevinden zich fotovoltaïsche cellen die het licht omzetten in stroom. Het resultaat: energieopwekking zonder zichtbare vervorming of verkleuring van het raam.
“Door de structuur van de cholesterische films slim te ontwerpen, kunnen we selectief licht afbuigen en efficiënt naar de randen leiden,” aldus Dewei Zhang, PhD en eerste auteur van de studie.
Onzichtbaar maar tóch efficiënt
Waar conventionele zonneconcentratoren vaak kampen met kleurzweem, lage efficiëntie of problemen met opschalen, weet de nieuwe coating die beperkingen grotendeels te omzeilen.
Het glas blijft namelijk uitzonderlijk helder: de gemiddelde lichtdoorlaatbaarheid bedraagt 64,2 procent en de kleurweergave-index 91,3 procent. Dat betekent dat kleuren natuurgetrouw zichtbaar blijven, terwijl de coating toch een aanzienlijk deel van het invallende licht opvangt. Voor het groene deel van het spectrum kan zelfs 38,1 procent van de energie worden opgevangen.
Deze combinatie maakt dat ramen visueel niet te onderscheiden zijn van normaal glas, maar ondertussen wel bijdragen aan de stroomvoorziening van een gebouw. Voor architecten en ontwerpers is dit een cruciaal voordeel: het opent de deur naar energie-neutrale gebouwen zonder concessies aan esthetiek.
Bewezen resultaat in de praktijk
De onderzoekers hebben berekend dat een raam van twee meter breed zonlicht tot vijftig keer zijn normale intensiteit kan concentreren. Dat betekent dat er tot 75 procent minder zonneceloppervlak nodig is om dezelfde hoeveelheid stroom te genereren. De technologie belooft daarmee aanzienlijke materiaalbesparingen en lagere kosten, maar ook geheel nieuwe mogelijkheden voor de bouw van energiepositieve wolkenkrabbers en kantoren.
Dat het concept ook in de praktijk werkt, bewezen de wetenschappers met een kleinschalig prototype. Een CUSC-raam van slechts 2,5 centimeter in diameter wist onder direct zonlicht een kleine ventilator van 10 milliwatt te laten draaien.
Ook toepassingen naast gebouwen
De mogelijkheden gaan veel verder dan gebouwen alleen. De onderzoekers zien toepassingen in de landbouw, waar kassen dankzij de coating transparant kunnen blijven en tegelijk stroom opwekken. Ook in elektronica, met bijvoorbeeld transparante zonne-displays voor smartphones en tablets is er potentieel.
Volgens Wei Hu, PhD en corresponderend auteur, zijn de multilagen relatief eenvoudig te produceren met roll-to-roll fabricagetechnieken. Hierdoor wordt massaproductie haalbaar. Bovendien blijken de coatings langdurig stabiel bij blootstelling aan zonlicht en weersinvloeden, wat ze geschikt maakt voor grootschalige toepassing in stedelijke omgevingen.
Gamechanger
Transparante zonnecoatings gelden al jaren als een heilige graal binnen de energietransitie, maar tot nu toe waren de meeste prototypes ofwel inefficiënt, ofwel storend zichtbaar in het glas. De CUSC-technologie lijkt voor het eerst beide problemen tegelijk te tackelen.
Als de technologie op industriële schaal wordt uitgerold, zou praktisch elk raam in een stad kunnen veranderen in een energiebron. Daarmee zouden gebouwen niet langer passieve structuren zijn, maar actieve deelnemers aan de energievoorziening.
De onderzoekers willen nu de efficiëntie verder verhogen en de controle over polarisatie verbeteren. Hun uiteindelijke doel is helder: passief glas wereldwijd omvormen tot actieve, energieopwekkende oppervlakken.
