Onderzoekers ontwikkelen infrarood-zonnepanelen

Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology hebben een nieuw type zonnecel ontwikkeld dat infraroodlicht in elektrische energie om kan zetten. Conventionele cellen hebben daar zichtbaar licht voor nodig.

De gedachte achter de ontwikkeling van de nieuwe fotovoltaïsche cellen is dat zonlicht voor veertig procent uit infraroodlicht bestaat, waarmee de nu bekende zonnecellen niets doen. Die hebben zichtbaar licht nodig om elektrische energie vrij te maken, maar voor de nieuwe cellen van het MIT is het minder energetische infrarode licht voldoende. Anders dan conventionele pvc's die over het algemeen uit silicium halfgeleiders bestaan, werden de nieuwe cellen van koolstof gemaakt.

De onderzoeksgroep van het Massachusetts Institute of Technology, onder leiding van Michael Strano, bouwt de cellen op met koolstofnanobuisjes en C₆₀, ook wel buckyballs of buckminsterfullereen. Hoewel dankzij een hoge ir-absorptie van het koolstof zeer weinig materiaal nodig zou zijn, valt het rendement met 0,1 procent nog behoorlijk tegen. In de toekomst zou dit echter verbeterd kunnen worden.

De koolstof-pvc's zouden gecombineerd kunnen worden met conventionele zonnecellen. Het koolstof in de MIT-zonnecellen is namelijk transparant voor het zichtbare licht dat die cellen gebruiken, zodat het als laagje bovenop silicium-pvc's aangebracht kan worden.

Reacties (66)

[Anoniem: 277592]

Ben verbaasd dat dit als nieuws gebracht wordt. Infrarood zonnecellen worden al een tijdje gemaakt én met flink hogere conversie efficiencies dan de hier genoemde 0.1%. Zo beschrijven onderzoekers in een paper uit 2008 al hoe ze, met een zonnecel gebaseerd op loodselenide quantum dots (deeltjes die zo klein zijn dat door quantum-mechanische invloeden de elektrische eigenschappen veranderen), een IR conversie efficiency van 3.6% halen (bron: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn800093v).

Dit kan misschien wel de eerste keer zijn dat dit gedaan wordt met zonnecellen gebaseerd op koolstof (ik zou het niet weten, eerlijk gezegd), maar het is zéker geen nieuws dat infrarood zonnecellen ontwikkeld worden.

[Speedwolf]

ik vraag me af hoeveel dit zou extra opbrengen per paneel?

[looyenss]

wat denk je? :-)

Deze, maar dat moet dus nog meer worden..

Hoewel dankzij een hoge ir-absorptie van het koolstof zeer weinig materiaal nodig zou zijn, valt het rendement met 0,1 procent nog behoorlijk tegen

en daarna deze!

De gedachte achter de ontwikkeling van de nieuwe fotovoltaïsche cellen is dat zonlicht voor veertig procent uit infraroodlicht bestaat,

berekening, zonlicht instraling is gemiddeld 1000W/m² dat is 60% van t licht (IR = 40%
40% spectrum == 40% energie is maar een aanname)

IR vermogen is dan 666,67 W/m²
PV heb ongeveer een rendement van 20% (die panelen bestaan ja)
Dat is een paneel van 200Wp (1m²)
IR vermogen is 0,66Wp op 1m²

[Reactie gewijzigd door looyenss op 22 juli 2024 13:50]

[Roland684]

Maar wil "het minder energetische infrarode licht" niet ook zeggen dat met het infrarode licht minder energie op te wekken is dan met het zichtbare licht. 40% van het spectrum != 40% van de energie

[Stoney3K]

Maar wil "het minder energetische infrarode licht" niet ook zeggen dat met het infrarode licht minder energie op te wekken is dan met het zichtbare licht. 40% van het spectrum != 40% van de energie

Verder een hele simpele reden om voor IR panelen te gaan in plaats van normale PV:

Panelen die alleen IR absorberen laten je zichtbaar licht gewoon door maar houden je warmte-instraling tegen.

Voor beglazing van gebouwen is dat dus dubbel winst. Je kan de hele zijkant van je gebouw vol hangen met dit soort doorzichtige panelen en ook nog eens besparen op de kosten van je airconditioning.

[Terracotta]

IR passeert ook amper door gewoon glas hoor. Je bespaart er niet veel mee.

De grootste wamtestijging van zonlicht binnenshuis komt door het omzetten van zichtbaar licht en UV in IR (wat de kleur aan de voorwerpen geeft). Komt nog bij dat het zichtbaar licht tot een dubbel zo hoge frequentie gaat als het IR-licht wat wil zeggen dat in elke invallende foton dubbel zoveel energie zit.

[Rob Coops]

Jammer dan als je in een koud klimaat woont

Ook is de opbrengst dermate laag dat het maar weinig gaat helpen ik neem aan dat er nog wel verder gewerkt zal worden aan het efficienter maken van dit soort cellen maar toch het zal nog wel even duren voor je ook echt een groot verschil gaat merken. Maar goed alle kleine beetjes helpen al ben ik bang dat dit kleine beetje niet een klein beetje geld zal kosten en dat het dus voorlopig een leuk onderzoeksproject is dat nog wel even nodig heeft voor het bruikbaar is in de echte wereld

[tibi]

klopt en doordat het zichtbaar licht door laat kan je ook nog eens fijn naar buiten kijken

[looyenss]

De zon produceert het grootste gedeelte van haar energie in het infrarode segment. Infrarood is dan ook het warme deel van het zonnespectrum. Precieze waardes weet ik niet. 40% spectrum == 40% energie is ook maar een aanname.

[fractus]

In theorie heeft IR inderdaad minder energie dan zichtbaar licht. Dit volgt uit de vergelijking van Planck= E = h*f (Energie is een constante maal de frequentie). Omdat de frequentie van IR 2 tot 10 keer zo klein is als die van zichtbaar licht, heeft IR ook 2 tot 10 keer zo weinig energie per lichtdeeltje.

De hoeveelheid straling wordt echter bijna altijd gemeten in vermogen per oppervlakte (W/m2). Dit is wel een maat voor de energie. Hier betekent 2x zoveel straling ook echt 2x zoveel energie.

Overigens is het plaatje wat hier genoemd wordt van wikipedia weer anders, daar is gecorrigeerd voor de verschillende golflengtes, waardoor je vermogen per oppervlak per golflengte krijgt (W/m2 nm). Zie ook wikipedia over de Planck constante en de verschillende manieren om straling te meten.

[Anoniem: 80466]

Bij het opwekken van PhotoVoltaische eletriciteti moet er altijd een bandgap overwonnen worden met de energie uit de invallende fotons
Deeltjes met minder energie zoals infrarood deeltje kunnen moeilijker een bandgap overwinnen en daarom dan ook veel moeizamer dezelfde energie opwekken.

Dus zelfs als de hoeveel heid straling vergelijkbaar is zal IR straling veel minder PV elektriciteit via PV kunnen opwekken

[Marcx77]

Het klopt dat infrarood ongeveer 40% van het spectrum is, maar het artikel is wat onnauwkeurig. Infrarood begint bij ongeveer 750-800 nm, maar de bandgap van silicium is 1,12 eV, wat overeenkomt met ongeveer 1100 nm. Dat betekent dat het nabije infrarode deel van het spectrum, tussen 750 en 1100 nm, wel degelijk benut kan worden door conventionele zonnecellen.

Het deel dat niet benut kan worden is dus het deel vanaf 1100 nm, en dat is minder dan 20%.

[Reactie gewijzigd door Marcx77 op 22 juli 2024 13:50]

[AugmentoR]

Zie ook http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solar_Spectrum.png voor een wiki-afbeelding van het spectrum

[Carbon]

Maar wil "het minder energetische infrarode licht" niet ook zeggen dat met het infrarode licht minder energie op te wekken is dan met het zichtbare licht. 40% van het spectrum != 40% van de energie

Zie het volgende plaatje voor de energieverdeling van het zonnespectrum:

Solar Spectrum

Zo op het oog bevat het IR spectrum zelfs meer energie dan het zichtbare spectrum.

[Reactie gewijzigd door Carbon op 22 juli 2024 13:50]

[TIGER79]

jah alleen jammer dat de atmosfeer (voornamelijk waterdamp) IR-licht tegenhoudt...
Er zijn maar een beperkt aantal gebieden waar de atmosfeer IR-straling doorlaat
http://nl.wikipedia.org/wiki/Infraroodastronomie

[Dual Infinity]

Er is een verschil tussen een ster op kilometers afstand en sterren op lichtjaren afstand.

Of doe je je eclips-brilletje ook op als je door je telescoop kijkt?

Ik wil maar zeggen: er is een goede reden waarom het zonnecellen heten en niet sterrencellen (arguably a much cooler name, dat wel).

[Marcx77]

Dat zit al verwerkt in het plaatje dat Carbon linkte. Het rode deel van het spectrum is het zogenaamde AM1.5 spectrum, dat binnenvalt op het aardoppervlak. De "gaten" in dat spectrum worden inderdaad veroorzaakt door onder andere waterdamp, maar ook door bijvoorbeeld CO2 en zuurstof.

[Marcx77]

Ik kan je berekening niet helemaal volgen, maar het eindresultaat klopt niet.

Dat deel van het spectrum dat niet benut kan worden door (kristallijn) silicium zonnepanelen is een kleine 20%. Dat betekent dat er ongeveer 200 W/m2 aan onbruikbaar licht invalt. Hier 0,1% van betekent dus een opbrengst van 0,2 W/m2.

Nog niet iets om over naar huis te schrijven, dus Maar mooie ontwikkeling!

Edit: na je bericht nog eens gelezen te hebben, zie ik waar je de fout ingaat:
Je zegt dat 1000 W/m2 60% van het invallende licht is. Dat is niet zo. Die 1000 W/m2 is de energie van het totale spectrum.

En @mezelf: mijn berekening klopt ook niet. Het rendement van de nieuwe cellen is 0,1%, en ook dat geldt natuurlijk voor het hele spectrum. Zonder extra informatie is het niet vast te stellen welke efficientie gehaald wordt uit het infrarode deel van het spectrum, dat niet benut kan worden door klassieke panelen.

[Reactie gewijzigd door Marcx77 op 22 juli 2024 13:50]

[Anoniem: 434945]

Ik vraag me af wanneer de gemiddelde fipo poster ooit een x het hele bericht gelezen heeft.

Tijd voor een tijd caps van 10 min voor mensen kunnen posten

[OddesE]

En ik snap dat gezeur over first posts nooit. Ok snelle post weer deze keer, maar boeien. Hij is wel gewoon ontopic en dat kun je over onze posts niet zeggen. Oftewel dat gezeur erover is nog erger dan de fipo's zelf!

On topic:
Ik zie het nut niet zo als men maar 0,1 procent rendement weet te realiseren. Of is dit soms de eerste keer dat het überhaupt gelukt is om energie uit IR licht te winnen?

Een snelle search met Google levert een aantal fabrikanten van IR panelen, maar deze panelen lijken precies het omgekeerde te doen; ze genereren infrarood licht om ruimtes (terras bijv.) te verwarmen zonder zichtbaar licht uit te stralen.
Ik vind echter wel ook een artikel over een zonnepaneel voor IR wat met nano-antennes werkt dat zelfs 80% efficiency claimed. Mmmm.
IR radiation solar panel uses tiny antennas, has 80% efficiency

Marcx zegt dat het niet te bepalen is wat het rendement over het infrarode deel is, maar als deze panelen maar 20 procent van het spectrum kunnen benutten en in totaal 0,1 procent rendement realiseren, betekent dat dan niet dat ze over die 20 procent dus grofweg één procent rendement halen?
Alsnog teleurstellend weinig maar als het alleen een proof-of-concept is dan zit daar wellicht nog wat rek in.

[knirfie244]

Voorlopig niets.

Het gaat nu nog om een compleet ander type zonecel. Het is onbekend of dit met andere type cellen die andere delen van het spectrum gebruiken gecombineerd kan worden tot één paneel.

Momenteel is het ook zo dat de meeste zonne panelen maar een beperkt deel van het spectrum gebruiken. Er zijn wel panelen die meerdere delen van het spectrum gebruiken maar die zijn zeer duur en worden eigenlijk alleen vooral in de ruimtevaart gebruikt. Als het mogelijk is om deze techniek daar aan toe te voegen dan zal het dat type panelen waarschijnlijk nog een stuk duurder maken.


Voor de huis-tuin-keuken panelen zal deze ontwikkeling uiteindelijk niets opleveren.

[rinkel]

De koolstof-pvc's zouden gecombineerd kunnen worden met conventionele zonnecellen. Het koolstof in de MIT-zonnecellen is namelijk transparant voor het zichtbare licht dat die cellen gebruiken, zodat het als laagje bovenop silicium-pvc's aangebracht kan worden.

Lijkt me dus wel

[haifisch]

Alle warme voorwerpen stralen toch ir uit? Kan men dan ook hele gebouwen bekleden met dit materiaal om de warmte van de omgeving op te vangen?

[Countess]

het moet vrij warm zijn voor het echt aan tikt qua hoeveelheid IR in vergelijking met de zon... en met vrij warm bedoel ik dat je het zelf kan zien gloeien.

[casparvl]

Belangrijker nog is dat de golflengte van black-body radiation (dat wat warme voorwerpen uitstralen) afhankelijk is van de temperatuur van dat voorwerp (zie http://en.wikipedia.org/wiki/Black-body_radiation , Wien's law geeft de golflengte waar het maximum van het spectrum zit als functie van de temperatuur van de black body).

Deze cellen zijn waarschijnlijk gemaakt voor near-infrared, oftewel, die golflengten die net buiten het zichtbare licht vallen (en waarvan de zon relatief veel uitzendt).

Iets als een lichaam of gebouw is veel koeler, straalt dus voornamelijk bij langere golflengten (far infrared) en ik vermoed dat deze zonnecellen daar minder efficient zijn, aangezien ze er niet voor ontworpen zijn. Bovendien is de energie die deze straling bevat zeer, zeer laag, het zal dus nooit veel opleveren.

[Anoniem: 432834]

Als je het met de IR-opvangende kant naar het gebouw doet heb je er niets aan. Want alle warmte wordt geabsorbeerd en als gevolg zal je heel het gebouw langzaam aan afkoelen. Wat geen netto-opbrengst levert.
Als je het omgekeerd doet dan vrees ik ook voor de opbrengst. Zelfs met een zeer hoog rendement zal dit weinig opbrengen, lijkt me. Klinkt als een zeer inefficiente manier van energie opvangen.
Alle warmte die je zou opvangen zou eerst uitgestraalt moeten zijn door andere opgewarmde objecten. Opgewarmt door, inderdaad, de zon. Je hebt enkel een extra schakel ertussen gezet waardoor je rendement nog lager dan dat van het zonnepaneel. Dus rechtstreeks opvangen van de zon lijkt mij nog het beste dan.

[Fiander]

Als deze panelen IR = warmtestraling om kunnen zetten in elektrische energie,
dan heeft dat toch een dubbele bonus?

aan de ene kant rechtstreeks....... ze produceren energie.
en aan de andere kant worden de conventionele panelen hierdoor minder warm waardoor die beter blijven werken.

of zie ik dit fout?

[casparvl]

Dat zie je in principe goed, maar hangt er wel vanaf hoeveel van het infrarode licht er daadwerkelijk omgezet wordt in energie. Als het koolstof bovenlaagje slechts 0.1% rendement heeft, maar wel 80% van de infrarood straling absorbeerd, wordt gewoon die bovenlaag lekker warm (en daarna de onderlaag ook).

[bigbadbull]

Was er nu geen systeem om temperatuurverschil om te zetten in spanning/stroom ?
Maar zelfs dat is niet nodig.
Je kan er ook water laten doorstromen die de warmte opvangt en weer afgeeft in het gebouw en zo een deel van de verwarming verzorgt.
Natuurlijk is dat enkel rendabel in de winter, maar in de zomer zou je het kunnen gebruiken voor je handen te wassen ofzo, dat moet geen super warm water zijn, en het kost niets extra (in verbruik) en levert extra comfort op.

er moet toch meer op te vinden zijn dan dit.
Maar als men het niet onderzoekt kan men het nooit weten.

[dragoncry]

Ja die is er, maar ook deze vorm van energie opwekking is niet rendabel

meer info hier over : http://nl.wikipedia.org/wiki/Thermokoppel

[stresstak]

....maar in de zomer zou je het kunnen gebruiken voor je handen te wassen ofzo, dat moet geen super warm water zijn, en het kost niets extra (in verbruik)

Je zou het kunnen bebruiken bij alle zaken die warm water willen (vaatwasser) en starten met koud leidingwater. Moet het wel opwegen tegen het energieverbruik van het naar de panelen pompen van het koele startwater.
Maar de gewone zonnepanelen worden deels ook al voor dat doel gebruikt.

[Anoniem: 432834]

Zou handig kunnen zijn in bijvoorbeeld polshorloges die zichzelf weer opladen door de warmte van je arm. Wel een nadeel, denk ik: het polshorloge zou constant koud aanvoelen door de absorptie van de energie.
Verder hoop ik wel voor een sterke stijging van het rendement. 0.1% Is wel ERG laag.
(ter vergelijking: de eerste fotovoltaïsche zonnecel uit 1883 had al een rendement van 1%)
bron: wikipedia

[SPee]

Mijn horloge laadt zich al op via zonne-energie.
Daarnaast heb je ook kinetische energie.

En dit gaat over het onzichtbare gedeelte van licht omzetten in energie.Die een mens -tenzij hij radioactief is- niet uitstraalt.

[styno]

Eh, de mens kan wel degelijk IR uitstralen. Je voelt het op je blote arm als je vlak bij iemand staat. Elk object (dus ook een mens) dat IR straling kan absorberen (en dat doe je bijvoorbeeld ook in de zon, dan voel je de warmte) kan ook straling uitzenden. Zoek maar eens op 'blackbody radiation'.

[OddesE]

Radioactief?!? LOL

Mensen stralen echt wel IR licht uit, vandaar dat die Navy Seals ook met van die IR brilletjes over het slagveld lopen, kunnen ze mensen die tussen de bosjes verstopt zitten zien zitten in het stikdonker.

[Anoniem: 80466]

Zou handig kunnen zijn in bijvoorbeeld polshorloges die zichzelf weer opladen door de warmte van je arm

Dat is geen IR straling maar directe verwarming

[ocwil]

normale cellen +0,1% van de IR
vooruitgang

[OddesE]

Niet als die normale cellen dan 1 procent duurder worden... Of zelfs maar 0,2 procent.

Oftewel als een paneel van 200 euro 40 cent duurder wordt dan is het al ongunstig. Kun je beter 0,1 procent meer panelen leggen.

[Patrick_P]

Dit is een veelbelovende ontwikkeling. Gezien de zeer lage efficiency moet er nog wel veel gebeuren in het lab. Daarna moet dan nog de switch worden gemaakt naar massa productie waarvoor de kostprijs dus heel laag moet worden. Voordat we IR PV gebaseerde producten gaan zien gaat dus nog zeker jaren duren.

In productie lijkt het realistisch om inderdaad deze laag over een normale PV cell heen te leggen. Alle IR die je gebruikt om stroom te genereren wekt geen warmte meer op in die cell. Dat is goed voor de overall efficiency van de cell. Gezien het materiaal en de vereiste van een heel dunne laag kan mogelijk een aangepast Chemical Vapor Deposition proces worden gebruikt. De grote voordelen daarvan zijn dat dit proces al gebruikt wordt in PV manufacturing en dat het vrij goedkoop is.

Omdat wij geen IR waarnemen (met de ogen tenminste dan) kan deze laag ook over glas worden gelegd zonder dat het significant minder transparant wordt. Er zijn diverse mogelijkheden voor doorzichtige kontakten tegenwoordig. Zelfs tegen een laag rendement zou het zinvol kunnen zijn ramen hiervan te voorzien, mits goedkoop.

[OddesE]

Mwoah. Gebruik van buckeyballs en andere nano materialen in full-scale productie is vooralsnog zeer beperkt. Het spul is duur om te maken en lastig te bewerken. Verder kleven er mogelijke gezondheidsrisico's aan. En 0,1 procent is niks.... Dus dit is niet veel meer dan een proof of concept en nog niet eens de aanloop naar zelfs maar een prototype voor een commercieel product.

[Tenocticatl]

Als ik het goed begrijp (wikipedia) zit er ongeveer evenveel energie in het infrarode deel van het zonlicht als in het zichtbare deel (hogere intensiteit, minder krachtig), dus die 0,1 % betekent zo'n beetje wat je zou denken dat het betekent in termen van extra vermogen. Prima initiatief, ben benieuwd of 't wat gaat worden.

[Stoney3K]

Als ik het goed begrijp (wikipedia) zit er ongeveer evenveel energie in het infrarode deel van het zonlicht als in het zichtbare deel (hogere intensiteit, minder krachtig).

Het aandeel zichtbaar licht in zonlicht valt nog mee. Het grootste aandeel valt onder IR en voornamelijk UV.

[rockhopper]

Het is jammer dat ze niets zeggen over de kosten. Extra rendement is natuurlijk altijd interessant, maar zolang je niets hoort of weet over de extra kosten die met de productie samengaan is het de vraag of het zinvol is.
Uiteraard zal het nu in het ontwikkelstadium nooit kostendekkend zijn, maar ik weet eigenlijk niet hoe duur het is om die bijzondere C60 koolstof te maken, daar kan natuurlijk een fors prijskaartje aan hangen.
Ik vind het wel goed om te zien dat het doorontwikkeld wordt. Straks over 15 jaar zullen deze "hybride" zonnepanelen (hybride als in zichtbaar + IR licht) misschien wel algemeen goed zijn.

Verder komt bij mij ook de vraag op of er misschien ook nog een xx% UV licht is dat onbenut is en erbij kan worden betrokken. (maar dat zal wel weer directe straling zijn, waarbij IR ook werkt bij bewolking)

[Anoniem: 432834]

Volgens mij zijn de kosten dit stadium van ontwikkeling nog zeer onbelangrijk.
Het is een net ontwikkelde technologie op laboratoriumschaal dus de kosten zijn nietszeggend in mijn ogen. Ook het rendement van de zonnepanelen is zo laag dat geen enkele prijs dat het financieel interessant zou maken. Een voetbalveld van deze panelen zou even veel energie opbrengen als 16m² (20% rendements-) conventionele fotovoltaïsche panelen. Deze technologie is nog te jong, het is onmogelijk dat de prijzen hiervan aantrekkelijk genoeg zijn om hem toepassen.
Ik denk dat het vooral belangrijk is dat ze nu in staat zijn om energie van IR-straling om te zetten in energie. Het rendement van dit prototype is (duidelijk) niet indrukwekkend en de prijs , zoals bij ongeveer elke zeer jonge technologie, hoogstwaarschijnlijk ook niet.

[Keypunchie]

Als je het infraroodspectrum wilt benutten, is het dan niet veel efficienter om de daadwerkelijke warmte te gebruiken voor het verwarmen van een vloeistof? Zeg maar het principe van de zonneboiler?

Nu gebruiken de meeste mensen de zonneboiler simpelweg voor het (voor)verwarmen van douchewater, maar op industriele schaal kan ik me voorstellen dat je water voorverwarmd die je vervolgens in een turbine, zoals in een elektriciteitscentrale, gebruikt.

Of denk ik dan veels te ingewikkeld?

[Reactie gewijzigd door Keypunchie op 22 juli 2024 13:50]

[styno]

Hangt van het rendement af en of je veel warm water gebruikt. Je hebt er maar weinig aan om veel warm water te hebben als je er uiteindelijk niks mee doet. PV is wat dat betreft handiger, wat je niet gebruikt lever je terug aan het netwerk waar iemand anders het gebruikt.