PETE-gebaseerde zonnecellen zouden kunnen worden gebruikt in combinatie met grote schotelvormige spiegels, zoals deze concentrators met Stirlingmotor in Spanje. Bron: Wikipedia
Bestaande zonnepanelen zijn nogal kieskeurig. Alleen een bepaald deel van het zonlicht wordt gebruikt en zelfs dat maar voor een klein deel. Vandaar dat de allerduurste zonnepanelen – het soort dat door NASA op ruimtevaartuigen wordt ingezet – met hangen en wurgen 25% rendement halen, maar iets minder dan het theoretisch maximale rendement van 32%. Fact heeft al eerder geschreven over een type zonnecel dat rechtstreeks brandstof uit zonlicht en kooldioxide bereidt en een proof-of-concept van een zonnecel die hete elektronen kan oogsten en zo een theoretisch rendement van 66% kan oogsten.
PETE gaat verder: dit is de eerste zonnecel die ook echt dat rendement haalt, maar hierbij gebruik maakt van een radicaal andere techniek. Een parabolische spiegel – een spiegel in de vorm van een schotelantenne – kaatst het zonlicht naar een schijf gemaakt van galliumnitride, een halfgeleider, die bedekt is met een laagje cesium, opgesteld in vacuüm, want zuiver cesium ontbrandt spontaan in de lucht. Cesium is een zacht, zwaar metaal.
Hoe werkt het principe?
PETE, voluit photon enhanced thermionic emission, werkt ongeveer als volgt. PETE berust op het principe dat bepaalde materialen elektronen afstoten als ze worden beschenen met lichtdeeltjes. Dit welbekende effect staat bekend als fotoemissie. Hoe heter een materiaal is, hoe meer kans er is dat een elektron vrij wordt gemaakt uit het materiaal, omdat er dan meer thermische – zeg maar losgeslagen – elektronen zijn. De energie per elektron blijft hetzelfde (deze hangt namelijk af van de energie van het foton, dus van de golflengte (kleur) van het licht). Per saldo wordt hierdoor de efficiëntie van de foto-emitter groter.
De optimale werkingstemperatuur van dit type zonnecollector ligt boven de 200 graden Celsius – temperaturen ver boven het punt waarop silicium zonnepanelen de geest geven. Met behulp van PETE wordt het licht en een deel van het infrarood (warmtestraling) omgezet in elektriciteit. De rest van de warmte wordt voor een deel benut om door middel van warmtekrachtkopppeling (een Stirlingmotor of andere techniek die warmteverschillen aftapt zou ook kunnen) nog meer elektriciteit op te wekken. Dit kan met dit grote temperatuursverschil ook lonend.
De hoeveelheid halfgeleider die nodig is in het brandpunt van de spiegel is maar klein,een schijf met een doorsnede van ongeveer vijftien centimeter. Misschien een procent of twee van de totale oppervlakte van de parabolische spiegel en daarmee veel goedkoper dan een massief zonnepaneel van dure monokristallijne silicium. Dit zou wel eens de doorbraak voor zonne-energie kunnen zijn waar al decennia lang halsreikend naar wordt uitgekeken en patenten op deze technologie zijn vermoedelijk vele miljoenen waard. Zelfs al zou deze techniek de claim van boven de 60% niet waarmaken en in de praktijk blijven steken op 30%, dan betekent dat nog een vergroting van 50% van het rendement van de beste zonnecellen tot nu toe. Ook dan al kan deze zonnecel zonder subsidie concurreren met aardolie, omdat de bouwkosten aanmerkelijk lager liggen. Spiegels zijn erg goedkoop te fabriceren en ook de kosten van halfgeleiders met een dun laagje cesium zijn niet erg hoog. Kortom: het ziet er naar uit dat de dagen van aardolie langzamerhand geteld zijn.
Meer lezen?
Fotoemissie en foto-elektrisch effect
New solar energy conversion process could revamp solar power production
