Het drie-in-een-energiesysteem van KIT (afb: Gan Huang et al./Cell Reports Physical Science)
Ik heb het altijd vreemd gevonden dat de zonnesystemen maar een ding tegelijk doet (tegenwoordig louter energie opwekken). Waar zijn de zonnecollectoren gebleven om de zonnewarmte op te vangen?. Het technologisch instituut KIT in Karsruhe heeft in zijn nieuw ontwikkelde energiesysteem meteen ook maar de koeling meegenomen (naast stroom en warmte). De kern van het systeem is een doorschijnende koellaag die warmte als infraroodstraling de ruimte in straalt. De onderzoekers zouden het idee met succes hebben uitgeprobeerd en zien het als een potentieel onderdeel voor multifunctionele gebouwen (niet voor woningen? as).
Zonnecellen leveren elektriciteit, thermische zonne-energie genereert warmte en binnenklimaatsystemen, die op hun beurt elektriciteit verbruiken, zorgen voor koeling. Het leveren van energie aan gebouwen vereist verschillende systemen die concurreren om beperkte ruimte op daken en gevels. De oplossing die is ontwikkeld door een onderzoeksgroep onder leiding van Gan Huang van het instituut voor microstructuurtechnologie aan het KIT, genereert echter tegelijkertijd koeling, elektriciteit en warmte – op één enkel oppervlak.
Dit hybride systeem voor stralingskoeling en zonne-energie combineert fotovoltaïsche cellen met passieve dagstralingskoeling. De onderzoekers zien toepassingen voor zich overal waar tegelijkertijd energie en koeling nodig zijn. “Onze visie is dat daken en gevels actieve energieoppervlakken worden die tegelijkertijd elektriciteit, warmte en koeling leveren”, zegt Huang. Het concept zou ook interessant kunnen zijn voor energievretende en waterslurpende toepassingen zoals (ki)datacentra.
De kern van het systeem is een doorzichtige laag siliciumdioxidefolie, gedekt met het siliconenpolymeer polydimethylsiloxaan (PDMS). Hierdoor kan zonlicht er vrijwel onbelemmerd doorheen, terwijl tegelijkertijd warmte als infraroodstraling de ruimte in wordt uitgezonden via het atmosferische venster (een golflengtebereik waarin de aardatmosfeer bijzonder transparant is voor thermische straling). Achter deze laag wordt het zonlicht geconcentreerd op een kleine fotovoltaïsch-thermische collector. Dit genereert elektriciteit en vangt warmte op.
In veldproeven bereikte het prototype tegelijkertijd een koeling tot 6,5°C onder de omgevingstemperatuur, een elektrisch vermogen van 60,6 watt per m2 en temperaturen tot 110,8°C voor de warmtebehoefte. Huang: “We laten zien dat één systeem tegelijkertijd de zon en de kou van de ruimte kan benutten.”
Combineren ijs en vuur
De grootste uitdaging was het combineren van twee tegengestelde processen. “We brengen ‘vuur’ en ‘ijs’ samen”, zegt Huang. Terwijl de zonnecollector zoveel mogelijk zonne-energie moet absorberen, moet de stralingskoeler zo koel mogelijk blijven. “We laten zien dat één systeem tegelijkertijd de zon en de kou van de ruimte kan benutten”, zegt hij.
“We hebben dit probleem opgelost door zonlicht eerst door de transparante koellaag te laten dringen, waarna een Fresnellens het licht richt op een aanzienlijk kleinere zonnecollector. Hierdoor blijven de warme zonnecollector en de koellaag ruimtelijk gescheiden”, legt Iván Alberto Cruz García van het instituut voor lichttechnologie aan het KIT uit.
Het onderzoek bouwt voort op eerder werk van de groep, dat in 2024 een transparant materiaal presenteerde dat gebouwen passief koelt en tegelijkertijd daglicht doorlaat. “Voortbouwend hierop hebben we nu de zonne-energiecomponent aan de stralingskoeling toegevoegd. Dit transformeert een enkel oppervlak in een multifunctioneel energiesysteem”, zegt Huang. Vervolgens zijn de onderzoekers van plan om onder andere de zonlichtgeleiding, het thermisch beheer en de zonnecellen te optimaliseren.
Huang: “De zon is niet de enige energiebron aan de hemel. De kou van de ruimte is ook een hernieuwbare bron. Als we leren de warmte van de zon en de kou van de ruimte samen te benutten, kunnen we een nieuwe generatie energiesystemen ontsluiten.”
Bron: idw-online.de