Stroom opwekken met zonne-energie kan ook ‘s nachts, zeggen wetenschappers

Een team onderzoekers heeft een manier ontdekt om 's nachts elektriciteit op te wekken door dezelfde apparaten te gebruiken die worden ingezet voor infrarooddetectie. Het is als een zonnepaneel dat werkt in het donker. 

In een nieuw artikel dat deze maand is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Photonics, beschrijven wetenschappers van de Universiteit van New South Wales (UNSW) dit proces. Het is een nieuwe toepassing voor een zogenaamde thermische diode die is gemaakt van hetzelfde materiaal als nachtkijkers. Hoewel dit soort apparaten meestal worden gebruikt voor visualisaties, bijvoorbeeld voor het opsporen van gaslekken, kunnen ze ook energie opwekken uit de warmte die via infrarood licht wordt uitgezonden. Het resultaat is een nachtelijke tegenhanger van de fotovoltaïsche cel die in de omgekeerde richting werkt.

Net zoals de zon energie afgeeft aan de aarde via zonnestraling — waarvan een deel wordt geabsorbeerd, waardoor de planeet opwarmt — geeft de aarde 's nachts energie af aan de atmosfeer in de vorm van infraroodstraling. We kunnen deze golflengte niet waarnemen met het blote oog, maar de straling kan wel met een infraroodcamera worden vastgelegd. 

“Elk heet voorwerp geeft infrarood licht af (ook: thermische energie), en hoe heter het object is, hoe meer de thermische energie die het afgeeft gaat lijken op zichtbaar licht,” legt Dr. Michael Nielsen uit in een mail aan VICE. Nielsen is docent aan de school voor fotovoltaïsche en duurzame energie aan de UNSW en co-auteur van het artikel. 

“De aarde straalt elke dag ongeveer evenveel energie uit als er via de zon binnenkomt om te voorkomen dat de planeet oververhit raakt,” vervolgt Nielsen. “Dit wordt afgegeven in de vorm van infrarode thermische energie, en die straling zou de thermische diode kunnen benutten.”

De diodes zijn afhankelijk van een temperatuurverschil tussen de infrarode straling die aan één kant wordt geabsorbeerd en de temperatuur van de ruimte — in feite één grote koude bak — om stroom op te wekken. Dit vindt plaats op een vergelijkbare, maar tegengestelde, manier als waarop zonnecellen energie absorberen die van de hete zon naar de koude aarde gaat, legt Nielsen uit.

Wetenschappers hebben dit idee al eerder onderzocht en hebben zelfs een apparaatje van bijna 30 euro ontworpen, die vanaf de grond gericht naar de nachtelijke hemel, minuscule hoeveelheden stroom kan opwekken. Maar in de huidige studie is dit effect voor het eerst precies gemeten, aldus de onderzoekers. Het team testte het apparaat bij een temperatuurverschil van 12,5 °C op een fotodiode die bijna 4,7 micrometer infraroodstraling uitzendt. Het genereerde 2,26 milliwatt per vierkante meter, een hoeveelheid die volgens hun voorspelling onder verschillende omstandigheden kan oplopen tot 19,4 milliwatt per vierkante meter.

Nielsen vertelt dat ze niet zonder meer het idee te omarmden dat thermodiodes bruikbare elektrische stroom kunnen genereren: “De theoretische onderbouwing en de inspanningen van onderzoekers die ons voorgingen en die duidelijk maakten dat dit mogelijk is, zorgden ervoor dat ze toch doorzetten,” zegt hij.

Hij hoopt dat de technologie wordt opgeschaald; het zou nuttig kunnen zijn voor het opwekken van energie op satellieten, bijvoorbeeld, zegt hij.

“In principe kunnen ze overal worden gebruikt waar een temperatuurverschil bestaat tussen datgene waar ze aan vastzitten en datgene waar ze op uitkijken,” zegt hij. “Hoe groter het verschil, hoe meer stroom er wordt opgewekt.”

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op MOTHERBOARD.

Volg VICE België en VICE Nederland ook op Instagram.