De thermo-elektrische zonnegenerator zou vijftien keer efficiënter zijn dan de concurrentie (afb: Chunlei Guo et al./Nature Light)

Onderzoekers van de universiteit van Rochester (VS) zou een nieuw type thermo-elektrische zonnegenerator hebben ontwikkeld die vijftien keer meer energie produceert dan bestaande versies. Door de warmteabsorptie en -afvoer te verbeteren in plaats van halfgeleidermaterialen aan te passen, zouden ze er in geslaagd zijn de efficiëntie aanzienlijk te verbeteren. Nu zouden ze praktisch te gebruiken zijn voor de voeding van leds, bijvoorbeeld, maar waarom zou je daar geen zonnecellen voor gebruiken (vraag ik=as me dan af).
Om dat te bereiken hebben de onderzoekers drie strategieën toegepast: de zwartmetaaltechniek aan de warme kant, het bedekken van het gezwarte metaal met een polymeer om een minikas te maken om de warmtehuishouding te verbeteren en lasergeëtste koellichamen aan de koude kant.
In tegenstelling tot de fotovoltaïsche cellen, die momenteel in de meeste zonnepanelen worden gebruikt, kunnen thermo-elektrische zonnegeneratoren naast zonlicht ook allerlei soorten warmteenergie benutten. Deze eenvoudige apparaten hebben warme en koude kanten met halfgeleidermaterialen daartussen. Het temperatuurverschil tussen de zijden genereert elektriciteit via een natuurkundig fenomeen dat bekendstaat als het Seebeck-effect.

Die huidige generatoren leveren echter niet al te veel energie. Momenteel zetten de meeste thermo-elektrische zonnegeneratoren minder dan 1% van het zonlicht om in elektriciteit, vergeleken met ongeveer 20% voor residentiële zonnecellen.

Dat verschil in efficiëntie is drastisch verkleind door nieuwe technieken die zijn ontwikkeld door onderzoekers van de universiteit van Rochester. Hun thermo-elektrische zonnegeneratoren zouden vijftien keer meer energie leveren dan eerdere soortgenoten.
“De onderzoeksgemeenschap richt zich al tientallen jaren op het verbeteren van de halfgeleidermaterialen die in die generatoren worden gebruikt en heeft daarmee een bescheiden verbetering in de algehele efficiëntie geboekt”, zegt onderzoeksleider Chunlei Guo. “In deze studie hebben we de halfgeleidermaterialen niet eens aangeraakt. In plaats daarvan hebben we ons gericht op de warme en koude kanten van het apparaat. Door betere absorptie van zonne-energie en warmtevasthouding door de minikas aan de warme kant te combineren met betere warmteafvoer aan de koude kant, hebben we een verbluffende verbetering in efficiëntie bereikt.”

Zwartmetaaltechnologie

De onderzoekers gebruikten aan de warme kant van de generator een speciale zwartmetaaltechnologie, ontwikkeld in Guo’s lab, om wolfraam te transformeren om selectief licht te absorberen op de golflengten van de zon. Door krachtige femtoseconde laserpulsen te gebruiken om metalen oppervlakken te etsen met nanostructuren, verbeterden ze de energieabsorptie van het materiaal uit zonlicht en verminderden ze tegelijkertijd de warmteafvoer bij andere golflengten.
Ook maakten ze een ​​minikas van kunststof. Guo. “Je kunt de convectie en geleiding minimaliseren om meer warmte vast te houden, waardoor de temperatuur aan de warme kant stijgt.”

Ze gebruikten opnieuw femtosecondelaserpulsen voor de bewerking van de koude kant, aluminium, om een ​​koellichaam met kleine structuren te creëren dat de warmteafvoer door zowel straling als convectie verbeterde. Dit proces verdubbelt de koelprestaties van een typische aluminiumwarmteafleider.

Leds

Met hun generatoren zouden leds van stroom kunnen worden voorzien. Volgens Guo kunnen ze ook gebruikt worden om draadloze sensoren voor het Internet der Dingen en draagbare apparaten van stroom te voorzien of te dienen als hernieuwbare energiesystemen in landelijke gebieden zonder stroomvoorziening. Ik(=as) vraag me dan weer af waarom je thermisch-elektrische zonnegeneratoren zou gebruiken als je veel efficiëntere zonnecellen hebt. Daar hebben Guo et al. het niet over.

Bron: Science Daily