Geïnstalleerd op daken moet dit hybride-apparaat zonlicht omzetten in elektriciteit en overtollige warmte uit gebouwen rechtstreeks de ruimte in sturen.

In deze tijd van klimaatverandering zijn onderwerpen als energiewinning en temperatuurstijging ietwat beladen woorden geworden. In een poging beide op een duurzame manier aan te pakken, combineerden elektrotechnici aan de Stanford-universiteit twee technologieën: zonnepanelen en radiative cooling – afkoeling door straling, en ontwikkelde er een apparaat mee.

Geïnstalleerd op daken zou dit apparaat tegelijkertijd energie kunnen opwekken én besparen, door overtollige warmte uit gebouwen weg te nemen en de ruimte in te sturen. Zo is er geen energie-slurpende airco meer nodig, schrijven de onderzoekers in vakblad Joule. Twee vliegen in één klap dus.

Lees ook: Zweedse hoogste bergtop verliest titel door warmte

Het prototype werd geïnstalleerd op een van de daken van de Stanford-universiteit. © L.A. Cicero

Samenspel

Voor het hybride-apparaat maakten de onderzoekers, onder leiding van Shanhui Fan, gebruik van twee verschillende eigenschappen van licht. De zonnecellen die de bovenkant van het apparaat ‘sieren’, kennen we: de halfgeleiders zetten het zichtbare licht van de zon om in energie. De gamechanger zit hem in de onderkant.

De laag aan de onderkant van het apparaat bestaat namelijk uit materialen die overtollige hitte vanaf het dak – en dus deels uit het gebouw – rechtstreeks de ruimte in kunnen ‘knallen’. Dat proces noemen we radiative cooling, oftewel afkoelen door middel van straling.

In 2013 ontwikkelde het team van Fan deze methode al, maar besloten ook verder te bouwen aan de hybride. Want waarom kiezen tussen zonnepanelen en deze ‘afkoelers’, als je ze ook kunt combineren?

Speciale stralen

Dit ‘koelmechanisme’ berust op een manier van warmteafgifte zoals we die overal in de natuur zien. Objecten, waaronder je eigen lichaam, verliezen warmte in de vorm van elektromagnetische straling – door licht in het infrarode (IR) spectrum uit te zenden, onzichtbaar voor het blote oog.

Helaas kan niet zomaar al die warmtestraling de ruimte in. Als een dikke deken houdt onze atmosfeer namelijk veel straling tegen. Zo worden we (gelukkig) niet blootgesteld aan allerlei schadelijke straling van buitenaf, maar hoopt ook overtollige warmte onder dat ‘deken’ op. Het mechanisme van Fan kan de golflengte van de warmtestraling zo aanpassen, dat het IR-licht wél door de atmosfeer kan – zo de koude ruimte in.

De zonnecellen absorberen zonlicht, terwijl de ‘koeler’ overtollige warmte de ruimte in stuurt. Bron: Chen et al., 2018/Joule

Laagje metaal

Helemaal ready to go is het hybride-apparaat helaas nog niet. Aan het prototype ontbrak het laagje metaal dat nodig is voor de omzetting van zonlicht in elektriciteit, omdat die folie het uitgaande IR-licht tegen zou houden. Toch is het een succes, menen de wetenschappers; de temperatuur van de bovenkant van het apparaat steeg door het geabsorbeerde zonlicht met 24 graden Celsius, terwijl de dat van de onderkant met 29 graden afnam.

Momenteel werkt het team aan zonnecellen die zonder zo’n laagje metaal licht kunnen omzetten in energie. Dan is de duurzame hybride af en klaar voor gebruik. “Dat moet lukken”, meent Fan. We zijn benieuwd.

Bronnen: Joule, Stanford University, New Atlas, Science Alert

Beeld: L.A. Cicero; Chen et al., 2018/Joule

Nu in onze webshop: de KIJK-scheurkalender 2019! Deze staat vol intrigerende feiten uit de wereld van de wetenschap en technologie. Met leuke quotes, plus elke dag een ‘verjaardag’: van een bijzonder persoon of een opmerkelijke gebeurtenis. Bestel de scheurkalender hier.