Het gebruik van zonne-energie neemt elke dag toe, maar fotovoltaïsche (PV) cellen zetten slechts een fractie van de zonne-energie om in elektriciteit; het grootste deel gaat verloren als warmte. Een oplossing in de vorm van een PV-blad is een op de natuur geïnspireerd hybride systeem dat gebruik maakt van biomimetische transpiratie om PV-cellen te koelen. Dit innovatieve concept verlaagt de bedrijfstemperatuur met 26°C, verbetert de elektrische efficiëntie en past zich aan verschillende omgevingstemperaturen aan. De innovatie is onlangs gepubliceerd in Nature,.
- Onderzoekers hebben een innovatief ‘PV-blad’ systeem ontwikkeld dat zonnecellen koelt door middel van biomimetische transpiratie.
- Dit multi-energiesysteem produceert ook warmte en schoon water.
- Tests toonden aan dat het PV-blad beter presteerde dan standaard zonnecellen wat betreft energieomzettingsefficiëntie.
Opmerkelijk genoeg kan het PV-blad ook zout water gebruiken als koelmiddel, wat een duurzame oplossing biedt in regio’s waar zoetwaterschaarste heerst. Naast de koelcapaciteit genereert het PV-blad tegelijkertijd elektriciteit, warmte en schoon water, waardoor het nut van zonne-energie aanzienlijk wordt verhoogd. Met zijn potentieel om thermisch beheer, energieopwekking en waterschaarste effectief aan te pakken, is het PV-blad een belangrijke stap in het duurzame en efficiënte gebruik van zonne-energie.
BT-laag
Het hart van deze baanbrekende technologie is een biomimetische transpiratielaag (BT-laag), ingenieus gevormd uit bamboevezels en hydrogelcellen. De BT-laag verplaatst passief water van een aparte tank naar een zonnecel, waardoor de bedrijfstemperatuur van de cel daalt. Deze temperatuurverlaging verbetert de energieomzettingsefficiëntie, waardoor meer elektriciteit wordt opgewekt uit dezelfde hoeveelheid zonlicht.
Van verspilde warmte naar nuttige energie
Het PV-blad koelt niet alleen de zonnecellen, maar zet de overtollige warmte aan het werk. In plaats van verloren te gaan als afval, produceert de warmte water en thermische energie, waardoor het PV-blad een multi-energiesysteem wordt. Deze innovatieve benadering van energieopwekking verhoogt het rendement van zonne-energie aanzienlijk en betekent een grote sprong voorwaarts in het duurzame gebruik van zonne-energie.
Testen met het PV-blad toonden een energieomzettingsrendement van 15,0% en een vulfactor van 0,77, waarmee het beter presteerde dan standalone PV-cellen. Deze resultaten laten zien hoe het innovatieve koelmechanisme van het PV-blad de prestaties van zonne-energiesystemen kan verbeteren.
Economische haalbaarheid
Het PV-blad presteert niet alleen goed, maar is ook economisch zinvol. De extra componenten die nodig zijn voor het PV-blad, inclusief de BT-laag en de watertank, hebben een kostenstructuur van ongeveer 1,1 $/m². Dit is slechts 2% van de kosten van conventionele zonnepanelen. De terugverdientijd voor deze extra componenten wordt geschat op minder dan een half jaar.
Bovendien kan het PV-blad concept worden opgeschaald naar grotere collectoren. De eenvoud van het systeem maakt het ook aantrekkelijk, omdat er geen dure poreuze materialen, pompen of regeleenheden nodig zijn, waardoor het geschikt is voor toepassingen met meerdere generaties en thermisch beheer voor PV-cellen.
Een oplossing voor waterschaarste
Een andere opvallende eigenschap van het PV-blad is de mogelijkheid om zoutoplossing te gebruiken als koelmiddel. Dit betekent dat het systeem kan functioneren in gebieden met zoetwaterschaarste. Het heeft ook de potentie om een extra 1,1 L/h/m² aan zoet water te genereren bij bestraling door de zon, wat de watervoorziening in droge gebieden aanzienlijk zou kunnen verbeteren.
Deze eigenschap maakt het PV-blad ook bijzonder geschikt voor hete en droge klimaten, waar het beter presteert dan traditionele PV-systemen. De betere transpiratieprestaties in dergelijke omstandigheden zouden van het PV-blad een belangrijke speler kunnen maken in de overgang naar hernieuwbare energie in deze regio’s.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
