Gerald Schut
Een nadeel van zon en wind is dat ze niet altijd energie leveren. Onderzoekers van de University of California hopen in ACS Photonics een deel van de oplossing gevonden te hebben: ‘anti-zonnepanelen’.
Zonnepanelen zijn koud vergeleken bij de zon, maar warm vergeleken met het koude universum. Ze zenden ’s nachts infrarood straling de ruimte in. De onderzoekers Tristan Deppe en Jeremy Munday denken door daar een warmtestralingscel tussen te zetten een kwart van de dagopbrengst van een zonnepaneel te kunnen halen, meldt een persbericht van de UC Davis. Dat is een beetje overdreven. Zonnepanelen zetten ongeveer 20 % van de piekstraling van 1000 W/m² om in elektriciteit: grofweg 200 W/m². In een ideale opstelling zouden ‘anti-zonnepanelen’ van 300 K in ongehinderd contact met een heelal van 3 K met 54 W/m² inderdaad een kwart daarvan produceren. Maar daarvoor zou de opstelling buiten de atmosfeer moeten zweven. Als we zo’n opstelling op het aardoppervlak plaatsen blijft alleen het ‘atmosferic transparency window’ tussen 8 en 13 μm over, waar daadwerkelijk ongehinderde uitwisseling met de ruimte is. Dan haalt zo’n theoretische warmtestralingscel nog maar 10 W/m².
Voor Boulder, Colorado, maken de onderzoekers een realistischer berekening. Op die plek met een voor de VS gemiddelde dagelijkse zonne-instraling van 5 kWh/m² halen zonnepanelen een dagproductie van 1kWh/m². Voeg je daar ‘anti-zonnecellen’ aan toe, die 12 uur per nacht produceren, dan haal je 120 Wh/m² extra productie: 12% extra dus.
Hoewel de onderzoekers zeggen aan prototypes te werken, bespreken ze in hun paper vooral theoretische mogelijkheden. Gangbare zonnepanelen werken met een halfgeleider met een bandkloof tussen 1 en 1,5 eV. Om energie uit langgolvige infraroodstraling te winnen zijn materialen met een lagere bandkloof nodig. Deppe en Munday denken aan indium antimonide (InSb), kwiklegeringen en moderne materialen van grafeen en hexagonaal boornitride.
Tot zover de theorie. Deppe en Munday hebben nog geen werkend prototype gepresenteerd. Ter vergelijking: eind vorig jaar presenteerden onderzoekers van Stanford in Joule een thermo-elektrische generator die ’s nachts stroom opwekt. Die haalde 25 mW/m².
