Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door , , 48 reacties

Onderzoekers hebben een veelbelovende methode ontwikkeld om de elektronen die in natuurlijke zonnecellen door fotonen worden vrijgemaakt op te vangen en vrijwel verliesloos naar een centrale gouden elektrode te transporteren.

De Japanse onderzoekers, die hun bevindingen deze maand in het blad Angewandte Chemie publiceren, hebben een manier gevonden om de elektronen die door natuurlijke fotovoltaïsche cellen worden gegenereerd, met een zeer hoge efficiëntie op te vangen en naar een elektrode te transporteren. Met de vinding zouden door fotonen losgemaakte elektronen vrijwel een-op-een kunnen worden benut, waardoor de efficiëntie op bijna honderd procent zou komen te liggen.

Bij hun experimenten combineerden de Japanners natuurlijke fotosynthese-componenten met kunstmatige componenten. De biologische component werd gevormd door een fotosynthese-systeem, bekend als PhotoSystem I, of PSI, afkomstig van de alg Thermosynechococcus elongatus. In deze alg koppelt het organisme vitamine K1 aan dit systeem, dat voor het transport van de in PSI gevormde elektronen zorgt. De onderzoekers synthetiseerden een molecuul dat net als vitamine K1 aan PSI hecht, maar via een koolwaterstof-'draad' naar een viologen-groep wordt getransporteerd. Die groep is aan een gouden elektrode gehecht, die de elektronen afgeeft. De bij de bestraling van PSI vrijgekomen elektronen worden zeer efficiënt naar de goud-elektrode getransporteerd, zo schrijven de onderzoekers.

Elektrontransport

Gerelateerde content

Alle gerelateerde content (22)
Moderatie-faq Wijzig weergave

Reacties (48)

even voor de duidelijkheid: het rendement van deze zonnecel is NIET 100%. Het gaat hier over de overbrenging van de elektronen vd zonnecel naar de connectoren. Dit is maar een zeer klein deel van het verlies en zal maar zorgen voor een marginale stijging in de totale efficiŽntie. De meeste verliezen vind je juist in het vrijmaken van de elektronen en niet in het transport van deze elektronen!


Trouwens, een zonnecel met een rendement van 100% is onmogelijk en zal nooit bestaan. Voor SI zonnecellen heb je bijvoorbeeld een maximum theoretisch rendement van rond de 30 procent

[Reactie gewijzigd door darkenrahl op 11 februari 2009 18:16]

Blijkbaar blijkt niemand hier op dit forum veel verstand van biologie te hebben, want er worden ontzettend veel onzin berichten veel te hoog gemod...

Er wordt heel veel beweerdt dat dit niet zoveel voorstelt omdat alleen het elektronen transport efficienter is en dat het grote verlies juist wordt gegenereert tijdens het omzetten van fotonen naar elektronen...

Dit is totale onzin. Dit is namelijk bij kunstmatige zonnecellen het geval, maar niet bij natuurlijke zonnecellen. Natuurlijke zonnecellen werken namelijk via fotosynthetische componenten en het fotosynthese proces werkt heel anders dan natuurlijke zonnecellen.

In het fotosynthese proces worden fotonen namelijk met een extreem hoge efficientie omgezet tot elektronen. Vooral bij weinig licht, dan kan een zogenaamd fotosysteem elke foton dat het absorbeert omzetten tot een aangeslagen elektron. Nou is het probleem datr zo'n fotosysteem niet elke golflengte kan absorberen. Groen licht wordt bijvoorbeeld compleet gereflecteerd.
Fotosynthese wordt zeer inefficient op het moment dat de elektronen zo'n fotosysteem verlaten en de elektonen worden gebruikt om uiteindelijk suikers (zoals glucose) te creeren. Op het moment dat je dus slechts het fotosysteem isoleert en gebruikt in een kunstmatig zonnecel krijg je dus een ontzettend hoge efficientie.

Het totale rendement is zeker geen 100%, maar dit is wel ontzettende grote stap voor het gebruik van natuurlijke zonnecelen, die niet kostbare materialen als Si gebruiken en dus een stuk goedkoper kunnen worden.
Goed nieuws! Het vorige record werd volgens mij een maand geleden nog gezet, op 25,8% efficiŽntie. Als de zonnecellen van deze onderzoekers serieus 100% efficiŽntie weten te halen, hebben we het hier over een revolutie in zonnecellen.

Artikel over het 25% record: Nijmeegse zonnecel behaalt wereldrecord efficiŽntie

Maar, niet te vroeg gejuicht: ik lees nog niks over de kosten van dergelijke zonnecellen. Ook lijkt het hier slechts om een theorie te gaan. Of het op grote schaal toepasbaar is, is nog maar de vraag.

edit:

@ Malantur en Aikon: Dank voor de uitleg! Ik vond het al erg ongeloofwaardig klinken. 100% efficiŽntie van het transport is inderdaad iets anders dan 100% efficiŽntie van de energieomzetting. Niet zo rooskleurig als ik dacht dus, maar toch een behoorlijke vooruitgang voor de zonnecellen-technologie.

[Reactie gewijzigd door Robbert S. op 11 februari 2009 19:45]

25,8% rendement klinkt als monokristallijne zonnecellen.
Er zijn multijunction concentrators die wel 40,7% rendement halen ;) (record van Boeing in december 2006).

Ze hebben het ook maar over het theoretische rendement. In de praktijk zal niet elke foton genoeg energie bezitten om een elektron uit zijn baan te slaan, waardoor het rendement natuurlijk daalt. Ook zal er altijd een deel van de energie verloren gaan in de vorm van warmte (wetten van de thermodynamica).
Daarbij komt nog eens dat ze natuurlijke zonnecellen gebruiken. Voor organische zonnecellen ligt het wereldrecord van rendement nu (Plextronics in augustus 2007) op 5,4%...
Wat ze nu hebben gevonden is eigenlijk 'slechts' een efficiŽnte manier om vrijwel alle elektronen van de zonnecel tot aan het contactpunt te krijgen.

[Reactie gewijzigd door Malantur op 11 februari 2009 18:51]

Het record voor organische (ik neem aan dat je bedoelt: polymeer ;) ) zonnecellen ligt op 5,96%. En wat ze hier bedoelen met 100% efficientie is waarschijnlijk de maximale quantumefficientie bij een bepaalde golflengte. 100% efficient is onzin, dat kan je niet bereiken. Single-junction zonnecellen hebben een theoretisch maximum van 30%, dubbel-bandgap 54%. Ik meen me te herrinneren dat voor een zonnecel met oneindig veel juncties een theoretisch max heeft van 93%. En dat zonder verliezen ;).

Verder eens hoor :)
Aangepast, ik doelde op het record van Plextronics in augustus 2007. Het woord 'nu' was dus flink overdreven :)
Nog een toevoeging:
Ondertussen is het record van 40,7% rendement door Boeing alweer verbroken door enkele Duitse wetenschappers van het Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems. Die haalden nog geen maand geleden 41,1% rendement.
Persbericht valt hier te lezen: (pdf)
http://www.ise.fraunhofer...t-fraunhofer-ise-pdf-file

[Reactie gewijzigd door Malantur op 11 februari 2009 19:16]

Zoals ik het begrijp worden de elektronen die door de invallende fotonen worden 'gegenereerd' met zo'n 100% efficientie afgevoerd naar het stroomnet.

Dat is iets heel anders dan dat 100% van de energie in de invallende fotonen in het stroomnet terecht komen.

Edit:
(...)hebben een manier gevonden om de elektronen die door natuurlijke fotovoltaÔsche cellen worden gegenereerd, met een zeer hoge efficiŽntie op te vangen en naar een elektrode te transporteren
Het transport is dus zeer efficient, dat staat echter los van de efficientie van de fotovoltaische cellen die in de 1e plaats die elektronen genereren.

[Reactie gewijzigd door Aikon op 11 februari 2009 18:22]

deze zonnecel is niet 100% efficiŽnt, wat u zegt is niet juist.

Het gaat hier over het vervoer van elektronen, dat hier zeer efficiŽnt gebeurd. Echter bijna alle verliezen ontstaan juist bij het vrijmaken van deze elektronen, en niet bij het transporteren van deze elektronen.
Ik heb geen idee waarom jij zo hoog gemod wordt, want het gaat hier namelijk niet over de efficiŽntie van de zonnecellen maar over de efficiŽntie van het transport van elektronen. Als de zonnecellen nog steeds maar een klein deel van het licht kunnen gebruiken om elektronen vrij te maken wordt er dus niet bijna 100% efficiŽntie behaald.
Hoe hoog is eigenlijk de zonne energie in watt per m≤ oid? Want al had je een zonnecel met 100% efficientie (wat dit dus niet is, zoals hierboven vaker uitgelegd), je hebt hier weinig aan als de zonne energie per m≤ niet hoger is dan een paar tientallen watts, bij wijze van spreke.

Edit:
Dit had ik eigenlijk natuurlijk ook ff zelf kunnen opzoeken he |:( Nougoed, voor degenen die geinteresseerd zijn, van wikipedia:
Het grote probleem bij het praktisch gebruik van deze energie is dat de zonneconstante, de (maximale) hoeveelheid energie die per vierkante meter per tijdseenheid op het oppervlak valt niet erg groot is. (ca 1367 Watt per vierkante meter in de bovenste lagen van de atmosfeer; op de grond minder, afhankelijk van de dikte van de tussenliggende laag lucht, de hoek waaronder de zon de aarde treft, de afstand tussen de aarde en de zon die met de seizoenen iets verandert, en vooral ook het voorkomen van wolken.

[Reactie gewijzigd door RuuddieBoy op 11 februari 2009 18:48]

Voor de regio tussen Spanje en Denemarken is het gemiddeld ongeveer 1000 W per m≤.
Dit betekend dat als je een zonnecel neemt met een rendement van 10% ongeveer 100W energie krijgt uit een vierkante meter.
Aangezien de eenheid 'wattpiek' berekend wordt voor 1000W per m≤ kan je ook zeggen dat een gemiddelde zonnecel 100 wattpiek levert.
Gemiddeld leveren ze dan per jaar ongeveer 100 kWh per vierkante meter :) (bij een rendement van 10%).

[Reactie gewijzigd door Malantur op 11 februari 2009 19:11]

1000W piek, loodrecht op de zonnestralen. Dat is iets minder per meter in vierkant.

Per jaar is de inval ~1000 kWh mits onder de ideale hoek (~30 graden), dus verder is je vergelijking kloppend.
Correct, maar 1000 wat is alleen bij een onbewolkte hemel en alleen overdag.

Theoreties straalt de zon ongeveer 1750 per vierkante meter op onze afstand van de zon. Door dampkringverliezen blijft daar gemiddeld ongeveer 1000 W van over op onze breedte graad. 's Winters wat minder, 's zomers wat meer door de langere/kortere weg door de dampkring.

Kilowat-uren per jaar per vierkante meter kun je dus uitrekenen:
Gemiddeld aantal uren per dag * aantal dagen per jaar * 1kW (=1000 W) * bewolkingsfactor (kleiner dan 1).
Ik kom dan met een hele natte vinger uit op ongeveer 1000 kWh per jaar.
Nu weet je nog niks. Het antwoord op de vraag, hoeveel energie levert de zon per m2 is ongeveer 1000 kWh per jaar. Dus even kort door de bocht, bij 100% efficiente panelen heeft een gemiddeld huishouden in NL genoeg aan 3.5 m2 paneel.
Dit is een zeer positief bericht! Al jaren is de aanschaf van zonnepanelen een betwistbaar punt geweest, omdat de productie van de cellen meer energie zou kosten dan deze ooit zouden opleveren, door die lage efficiŽntie.
Deze ontwikkeling brengt daar dus verandering in, wat (hopelijk over niet al te lange tijd) voor lagere energie-rekeningen gaat zorgen.
Ik heb hier ook 4 panelen op het dak staan. Het scheelt wel, maar zoveel is het niet. Daar komt nu (nouja, over een tijdje dan) verandering in.

Edit: ik zie dat ik me een beetje verlezen heb en dat mijn bericht dus niet geheel op z'n plaats is. Het is een verbetering, dus in ieder geval een stap in de goede richting.

[Reactie gewijzigd door Nicked op 11 februari 2009 19:07]

Schitterend, als dit echt blijkt te werken en op grote schaal geproduceerd kan worden (tegen enigszins fatsoenlijke prijzen) dan zijn de energieproblemen voorbij :)
en wat doet u besluiten dat het energieprobleem voorbij is? Dit verlies maakt maar een klein deel uit van de totale verliezen uit. Dit zal wel geen grote revolutie betekenen eerder 'n klein stapje.
Hmm ik vind dat je wel kan zeggen dat dit een groot deel van energieproblemen oplost.
Kijkend naar het rendement van zonnepanelen de dag van vandaag, dat ligt op nog geen 25% - 40% (gezien de gebruikte cellen)...
Maak hier 100% van en je hebt eindelijk een manier om auto's, huizen, etc te voorzien van 100% groene energie.
Spijtig genoeg gaat het hier om het rendement van de transport binnen een cel.
Het rendement van bepaalde types zal omhoog gaan, maar nog steeds geen 100%. Niet elke foton zal een elektron vrijmaken, er zijn nog warmteverliezen en zonnecellen reflecteren gewoon al een deel van het zonlicht weer weg.
Het probleem dat zij oplossen is dit: de fotonen die niet loodrecht op de cel vallen (elke dus in Nederland en BelgiŽ, loodrecht kan alleen maar 2 keer per jaar in de zone tussen de 2 kreerkringen) zullen een langere weg afleggen in de zonnecel, waardoor de kans groter is dat het elektron weer terug valt, waardoor ze de contactpunten niet halen (en dus volledig verlies van energie).
Als ze echter de transport veel beter kunnen maken is dit probleem opgelost. Vrijwel alle elektronen zullen dan nu ook daadwerkelijk de contactpunten halen, met een groter rendement tot gevolg. Vooral in de noordelijke en zuidelijke punten van de wereld zal zit een groot verschil geven.
Want je kan een zonnecel enkel horizontaal plaatsen?
Hoe je ze ook draait of keert, de zon draait in 12 uur over 3 windrichtingen.
Tenzij jij elk uur op je dak klimt om je zonnecellen ter verplaatsen zal er helaas niet veel loodrecht komen. In Nederland al helemaal niet, en tussen de 2 keerkringen slechts 2 keer per jaar echt loodrecht.
De optimale opstelling voor gemiddeld het meeste rendement in Nederland is gekanteld onder een hoek van 30į-40į naar het zuiden of eventueel nog een afwijking van 10į richting het ZW.

[Reactie gewijzigd door Malantur op 11 februari 2009 22:20]

Wikipedia legt netjes uit wat een heliostaat is.
Het kleine beetje energie dat nodig is om je zonnepaneel automatisch te richten is veel minder dan het voordeel dat je er door haalt!
Het is een beetje complexer om beweegbare zonnecellen op je/een dak te bouwen dan vaste panelen met wat klemmen, schroeven, bouten of spijkers van de lokale bouwmarkt.
1. er staat niet dat het gehele process van zon naar bruikbare energie 100% rendement heeft.
2. Het is nu al mogelijk om 100% groene energie te gebruiken voor auto of huis...

kortom je haalt wat zaken door elkaar volgens mij.

[Reactie gewijzigd door Kingh op 11 februari 2009 18:36]

Precies! En dan is er nog wat:
Een zonnecel gaat gemiddeld 25 jaar mee. Hoeveel energie levert ze in die periode? En hoeveel energie heeft het gekost om die zonnecel te fabriceren?

Als je het zo bekijkt is op dit moment het rendement nog negatief (het kost meer energie om een cel te maken dan dat ze oplevert). Beter rendement als bedoeld in dit artikel zal het totaal rendement wellicht positief maken maar het zal nooit 100% worden. Het kost namelijk heel veel energie om een cel te produceren.

Ik voorzie dat zonnecellen nooit een bijdrage zullen leveren aan schone energie. Ze zijn alleen geschikt als energie producent in afgelegen plaatsen waar weinig alternatieven voorhanden zijn zoals in satelieten of op schepen of in afgelegen gebieden zoals de Zuidpool.
Afhankelijk van de soort cel produceert een zonnecel tegenwoordig in 1 tot 2 jaar voldoende energie om de produktieenergie terug te winnen. Het rendement over de totale levensduur is derhalve positief.
Tja, dan even googelen: b.v. http://www.chem.uu.nl/nws/www/publica/97068.pdf

Conclusies uit die paper:
Voor net-gekoppelde, dak-geÔntegreerde PV-systemen
in Nederland kan de energie-terugverdientijd worden
geschat op 4-6 jaar, zowel voor kristallijn silicium als
voor amorf silicum modules. Voor toekomstige PVsystemen
lijkt een energie-terugverdientijd van minder
dan twee jaar haalbaar.
Bij zonneboilers voor huishoudelijke toepassingen

De Conclusies vallen me nog tegen, voor windturbines ligt de energieterugverdientijd eerder in het ebreik van maanden dan jaren.

Ik ben het persoonlijk niet helemaal eens met de gevolgde methodiek, zo wordt er uitgegeaan van virgin aluminium, zo te zien zonder mee te nemen dat dat aluminium van het frame zonder veel moeite voor meer dan 90% recyclebaar is en de benodigde energie voor de winning van het aluminium uit erts (erg energieintensief) dus ook weer voor 90% terugverdient wordt.
Heb je wel door dat het hier over de efficientie van ťťn stapje in het hele proces gaat? Wie zegt dat bijvoorbeeld ieder foton een elektron genereert? Dat doet het niet namelijk.
Nou, ten opzichte van de huidige techniek is dat een 7 voudige verbetering van de opbrengst per vierkante meter. Stel dat we deze techniek snel zouden kunnen inzetten dan zou het dak van jou huis (mits enigzinds gunstig gelegen) meer dan genoeg energie kunnen leveren voor je huishouden en deels ook voor je transport (elektrische auto). Er valt in Nederland per vierkante meter namelijk zo'n 1000kWh aan zonlicht.

Edit: Oeps, dit gaat dus niet over het omzettingsrendement van de gehele zonnecel.

[Reactie gewijzigd door styno op 11 februari 2009 18:39]

Styno: Er valt in Nederland per vierkante meter namelijk zo'n 1000kWh aan zonlicht.

Gelukkig is dat niet zo, anders zouden we met z'n allen heel snel dood zijn. Tis 1000 W per M2.
Er valt wel degelijk per vierkante meter 1000kWh aan zonlicht per jaar in Nederland.

http://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic
per jaar ja maar dat staat er niet,er valt 1000kWh staat er.
Heel leuk dit. Maar hoe houden we de alg in leven zonder er teveel werk van te hebben.

Panelen van nu leg je neer en blijven het doen zonder enig onderhoud. Een paneel waar je om de zoveel tijd bij moet is erg onpraktisch zeker als ze op een dak liggen.
Ze kijken hier naar de techniek dat de alg gebruikt en maken de stoffen die de alg gebruikt synthetisch aan. Deze synthetische stoffen worden dan gebruikt voor de fabricage van (organische) zonnecellen. Je gebruikt dus niet echt de algen, enkel de techniek die zij ook gebruiken :)
Het is toch jammer dat er niet in dit soort onderzoeken 700 Miljard dollar wordt gepompt maar in het redden van banken.

Ik begrijp dat dat noodzakelijk is maar er is geen enkel onderzoek wat echt met tientallen miljarden is gesteund.

Dat zou pas echt vooruitgang geven.

Als een zonnecel op 50% efficientie kan werken is het energiecrisis eigenlijk al opgelost.

Het frappante is juist dat dat kan als er wat extra Miljarden in wordt gepompt.
Als we de energie kunnen opvangen dat de zon uitstraalt in 47 minuten dan kan de aarde weer een jaar lang verder ;)
Met cellen van 10% rendement duurt het dan 470 minuten (8 uur).
Als we dus 1/1100 deel van de ruimte rond de zon vol plaatsen met cellen met 10% rendement dan is het probleem ook opgelost (praktische problemen buiten beschouwing gelaten O-) )

Vergeet ook niet dat er nog meer onderzoek nodig is naar onderandere de schaalbaarheid, duurzaamheid en kostenvermindering. Zonder dat heeft het maar weinig zin om een zonnecel te ontwikkelen met een rendement van 50%.

[Reactie gewijzigd door Malantur op 11 februari 2009 19:35]

"Als we de energie kunnen opvangen dat de zon uitstraalt in 47 minuten dan kan de aarde weer een jaar lang verder ;)"

Jammergenoeg zullen dan de bomen geen licht meer ontvangen of de mensen. Waarschijnlijk is nog geen 5 procent van de hele aarde geschikt voor zonnecellen.
Jammergenoeg zullen dan de bomen geen licht meer ontvangen of de mensen.
Bomen en mensen kunne wel 47 minuten zonder licht hoor :P
En als we het continu willen doen dan hebben we maar 1/1100ste deel van de ruimte rond de zon vol te plaatsen met zonnecellen (uitgaande van 10% rendement).
Zoals ik al had vermeld zijn de praktische problemen buiten beschouwing gehouden ;) (onderandere productie, energie transport naar de aarde, grootte van het totale paneel, ...)
Je hebt wel gelijk hoor, 1/1100 deel van de ruimte rond de zon met zonnecellen vullen is al even (on)waarschijnlijk als een zonnecel met een rendement van 60% :z

[Reactie gewijzigd door Malantur op 11 februari 2009 20:08]

Jammergenoeg zullen dan de bomen geen licht meer ontvangen of de mensen.
Ooit al van het concept "nacht" gehoord? Het is iets volledig nieuws dat ze volgend jaar willen uitproberen, benieuwd wat dit ons brengt. :P

Nee even serieus, het is heel mooi deze ontwikkelingen en dergelijke, maar de allergrootste uitdaging is toch nog steeds het grote publiek er voor warm maken. Een initiatief zoals in Duitsland zou bijvoorbeeld niet slecht zijn, daar moet (of toch zeker in bepaalde streken) elke nieuwbouw verplicht een installatie met zonnepanelen op het dak hebben liggen. Indien de Duitsers deze regelgeving niet volgen kunnen ze een fikse boete verwachten waardoor het installeren van de zonnepanelen al een stuk voordeliger lijkt. :)
gevalletje klepel en klok...
de hoeveelheid zonlicht die elke 47minuten op aarde valt is voldoende voor 1 jaar wereldverbruik.
Vang je 1/1100 deel van de totale stralingsenergie dan heb je echt idioot veel.

Weet er iemand welk % van de bol van de zon door de aarde wordt opgevangen?
En dat was de doorslag waar we op zaten te wachten. Nu is het enkel punt van genoeg investeren, en opgelost energieprobleem.
Slim dat ze dit kunnen combineren.
Fotosysteem 1 is niets bijzonders (ligt er natuurlijk wel aan wat je bijzonder noemt, op een bepaalde manier is alles bijzonder).
Planten en cyanobacteriŽn gebruiken het al zo lang als ze bestaan.
Maar om dat zo te laten samenwerken met technologie...
Applaus.

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.



Apple iOS 10 Google Pixel Apple iPhone 7 Sony PlayStation VR AMD Radeon RX 480 4GB Battlefield 1 Google Android Nougat Watch Dogs 2

© 1998 - 2016 de Persgroep Online Services B.V. Tweakers vormt samen met o.a. Autotrack en Carsom.nl de Persgroep Online Services B.V. Hosting door True