Nieuwe onderzoeken brengen stroomraam dichterbij

Al ruim dertig jaar wordt er onderzoek gedaan naar stroomramen: transparante ramen die toch zonne-energie opwekken. Twee nieuwe en veelbelovende onderzoeken van de TU Delft en Michigan State University brengen de toepassing dichterbij.

4 september 2014

Ramen van gebouwen waar je niet alleen doorheen kan kijken, maar die ook nog eens elektriciteit opwekken. Het werd in de jaren zeventig al bedacht en het klinkt als een briljant plan. De afgelopen jaren werden al slimme oplossingen bedacht. De ramen hebben een coating die zonnestralen absorbeert en ze dirigeert naar de zijkant. Daar zitten zonnecellen die het licht omzetten in elektriciteit. Op deze manier zit het raam niet onder de zonnecellen die het zicht blokkeren.

Onderzoeker Yimu Zhao (Michigan State University) houdt een transparant stroomraam omhoog.
Yimu Zhao

Zelf-absorptie

Ondanks allerlei slimme oplossingen hebben gebouwen nog steeds geen stroomramen. Dat komt onder meer door zelf-absorptie. De coating die zonnestralen naar de zijkant verplaatst, neemt dan ook een deel van die stralen op. Daardoor bereiken maar weinig zonnestralen uiteindelijk de zijkant van het raam. Onderzoekers openden daarom de jacht op nieuwe materialen, die geen last van zelf-absorptie hebben. Bovendien moeten de ramen zo transparant, kleurloos en efficiënt mogelijk zijn, zodat je er doorheen kan kijken en ze toch genoeg elektriciteit opwekken. Onlangs werden twee nieuwe onderzoeken gepresenteerd naar veelbelovende materialen.

De Amerikaanse Michigan State University ontwikkelde een volledig transparant stroomraam. Het raam zet al het ultravioletlicht en een deel van het infrarood om in stroom. Daardoor wordt het transparant en kleurloos – het zichtbare licht wordt immers niet opgenomen. Vervolgens wordt het UV-licht in een andere golflengte omgezet en uitgezonden naar de zonnecellen in de zijkant van het raam. De onderzoekers verwachten een efficiëntie boven de vijf procent te kunnen halen (vijf procent van de zonne-energie wordt daadwerkelijk benut). Dan zou het lonen om hoge kantoorgebouwen met dit soort zonnecellen uit te rusten. Of geluidsschermen langs snelwegen. De wetenschappers zien zelfs mogelijkheden voor smartphones met stroomramen.

Maar het Amerikaanse onderzoek heeft ook een nadeel. Het stroomraam neemt alleen het licht op dat wij niet kunnen zien en verder niet. Deden ze dat wel dan zou het raam weliswaar minder doorzichtig worden, maar zou ook de efficiëntie flink omhoog gaan. De TU Delft ontwikkelt daarom een niet geheel transparant raam, dat in potentie een veel hogere efficiëntie kan behalen. “Wij voorzien een efficiëntie van zo’n tien procent”, zegt Melvin ten Kate van de TU Delft, die op 2 september promoveerde op zijn onderzoek. Als dat lukt, bereiken we een mijlpaal. Veel (gekleurde) stroomramen komen niet boven een paar procenten.

Chloride

Ten Kate maakt gebruik van het materiaal thulium. “Dat heeft de gewenste eigenschappen. Wanneer je het in chloride of jodide stopt dan is het in staat om een groot deel van het licht te absorberen en uit te zenden in infrarood”, zegt Ten Kate. Daardoor neemt het raam veel meer licht op dan de Amerikaanse concurrent. Bovendien heeft het stroomraam van de TU Delft geen last van zelf-absorptie.

Maar ook hier kleven nog nadelen aan. Het raam is niet helemaal transparant. “Wij richten ons op het hele zonnespectrum, waaronder zeventig procent van het zichtbare gedeelte. Daardoor is het raam voor dertig procent niet-transparant. Maar dat is nauwelijks zichtbaar. Bovendien is het niet gekleurd, omdat elke kleur even sterk wordt opgenomen. Een ander nadeel is dat thulium geen goedkoop materiaal is. Een mogelijke oplossing is om er maar heel weinig van te gebruiken.” De TU Delft gaat nu een raam maken met een dunne laag thulium er op. Op die manier willen ze er onder meer achter komen hoeveel thulium er precies nodig is.

Bronnen: