TU Delft student biedt uitzicht op stroomraam

Op 5 juli studeert Jan Willem Wiegman aan de TU Delft af op een onderzoek naar elektriciteitsopwekkende ramen. De masterstudent Technische Natuurkunde berekende hoeveel elektriciteit kan worden opgewekt met zogenaamde ‘luminescente zonne-concentratoren’. Dit zijn ramen die zijn voorzien van een dunne laag materiaal dat licht opneemt en weer uitstraalt naar smalle zonnecellen die op de randen van de ramen zijn bevestigd. Wiegman toont de relatie aan tussen de kleur van het materiaal en de maximale hoeveelheid stroom. Dit soort stroomramen kan in de toekomst mogelijk een goedkope vorm van zonne-energie worden. Het wetenschappelijk artikel dat Wiegman met zijn begeleider Erik van der Kolk van de TU Delft schreef, is gepubliceerd in het blad Solar Energy Materials and Solar Cells.
Ramen en glazen puien van huizen en kantoorgebouwen kunnen elektriciteit opwekken als ze worden ingezet als ‘luminescente zonne-concentratoren’. De ramen worden dan voorzien van een dunne laag (bijvoorbeeld een folie of coating) van luminescent materiaal en smalle zonnecellen aan de randen. De luminescente laag neemt lichtdeeltjes op en straalt ze uit naar de randen, waar ze door de zonnecellen worden omgezet naar elektriciteit. Zo wordt een groot oppervlak aan zonlicht geconcentreerd op een smalle strook zonnecellen.
Luminescente zonne-concentratoren kunnen enkele tientallen Watts per vierkante meter opwekken. Hoeveel stroom de ramen precies produceren, hangt af van de kleur en kwaliteit van de lichtgevende laag en het rendement van de zonnecellen. Wiegmans onderzoek toont voor het eerst aan welke relatie er is tussen de kleur van de folie of coating en de maximale hoeveelheid stroom.
Een transparante folie levert maximaal 20 Watt per vierkante meter op, dat is een rendement van 2%. Om een computer te kunnen gebruiken, heb je een raam nodig van 4 vierkante meter. Het rendement wordt hoger als de folie een grotere hoeveelheid lichtdeeltjes opneemt. Dat kan door een folie te gebruiken die lichtdeeltjes uit een bepaald deel van het zonnespectrum opneemt. Bij folie die vooral de blauwe, violette en groene lichtdeeltjes opneemt, zal het raam een rode kleur hebben. Een andere optie is folie toe te passen die alle kleuren van het zonnespectrum in gelijke mate absorbeert. Het raam heeft dan een grijze tint. Zowel de rode als de grijze folie heeft een rendement van 9%. Dit rendement is vergelijkbaar met dat van flexibele zonnecellen.
Wiegmans onderzoek heeft ook het belang duidelijk gemaakt van een glad folieoppervlak voor efficiënt transport van lichtdeeltjes naar de randen van het raam. Ze worden dan niet tegengehouden door verstrooiing tussen folie en raamoppervlak.
Het onderzoek naar ‘stroomramen’ sluit goed aan bij de Europese ambitie om gebouwen zoveel mogelijk energieneutraal te maken. De luminescente zonne-concentratoren zijn een goede manier voor goedkopere zonne-energie.