In de zoektocht naar efficiëntere manieren om zonne-energie op te vangen, is de ontwikkeling van luminescente zonneconcentratoren (LSC’s) sinds hun introductie in de jaren ’70 een belangrijk aandachtspunt geweest. Deze technologie maakt gebruik van luminescente materialen om zonlicht om te zetten en te concentreren op fotovoltaïsche (PV) cellen. In tegenstelling tot traditionele zonneconcentratoren, die afhankelijk zijn van spiegels en lenzen, hebben LSC’s het unieke vermogen om diffuus licht op te vangen. Dit maakt ze bijzonder geschikt voor toepassingen zoals gebouwgeïntegreerde fotovoltaïsche systemen, waarbij hun semi-transparante en kleurrijke eigenschappen niet alleen functioneel maar ook esthetisch aantrekkelijk zijn.
Een van de grootste uitdagingen bij het opschalen van LSC’s om grotere oppervlakken te bedekken, is de zelfabsorptie van fotoluminescente (PL) fotonen binnen de golfgeleider. Dit fenomeen beperkt de efficiëntie van de technologie en belemmert de praktische toepassing op grotere schaal. Onderzoekers van de Ritsumeikan University in Japan hebben echter een innovatieve oplossing voorgesteld: een “blad LSC”-model dat deze beperkingen kan omzeilen en de lichtopvang en -overdracht naar PV-cellen aanzienlijk verbetert.
Het blad LSC ontwerp
Het nieuwe blad LSC-ontwerp is geïnspireerd op de manier waarop bladeren op een boom licht opvangen en doorgeven. Het systeem bestaat uit luminescente platen die rond een centrale luminescente vezel zijn geplaatst, waarbij de zijkanten van de platen naar de vezel zijn gericht. Wanneer licht op deze platen valt, wordt het omgezet in PL-fotonen die door de vezel reizen en aan het uiteinde worden verzameld door een PV-cel. Dit ontwerp biedt niet alleen een oplossing voor de schaalbaarheidsproblemen, maar verbetert ook de efficiëntie van de lichtopvang.
Om de efficiëntie verder te verhogen, worden heldere lichtgeleiders gebruikt om meerdere vezels aan één enkele PV-cel te koppelen. Dit vergroot het oppervlak van de LSC waarop licht kan vallen, terwijl verlies van fotonen door zelfabsorptie en verstrooiing wordt geminimaliseerd. Bovendien maakt het modulaire karakter van dit ontwerp het mogelijk om beschadigde eenheden eenvoudig te vervangen en om nieuwe, geavanceerde luminescente materialen te integreren naarmate deze beschikbaar komen.
Een stap dichter bij duurzame energieoplossingen
De integratie van technieken uit traditionele vlakke LSC’s, zoals randspiegels en tandemstructuren, in het blad LSC-ontwerp heeft de efficiëntie verder verbeterd. Experimenten hebben aangetoond dat de optische efficiëntie van deze bladachtige structuren analytisch kan worden berekend op basis van het spectrum en de intensiteit van het invallende licht.
Volgens professor Sean Shaheen van de University of Colorado Boulder, hoofdredacteur van het Journal of Photonics for Energy, vormen deze bevindingen een creatieve stap voorwaarts in de ontwikkeling van luminescente zonneconcentratoren. Door schaalbare, bio-geïnspireerde ontwerpen te combineren met verbeteringen in optische engineering, hebben de onderzoekers de efficiëntie van hun apparaten verhoogd tot een niveau dat nodig is voor praktisch gebruik.
Het optimaliseren van de opvang van fotonen in LSC’s biedt veelbelovende mogelijkheden voor flexibele en schaalbare zonne-energieoplossingen. Deze nieuwe benadering van energieopwekking kan de toepassing van zonneconcentratoren revolutioneren, waardoor ze efficiënter en veelzijdiger worden voor verschillende toepassingen, van grootschalige installaties tot gebouwgeïntegreerde systemen. Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt, belooft deze een substantiële bijdrage te leveren aan duurzamere energieoplossingen, met een hogere efficiëntie en een bredere toepasbaarheid.
