Innovatieve raamcoating isoleert warmte en genereert elektriciteit

• Een unieke techniek voor raamcoating kan de energie-efficiëntie van een gemiddeld huishouden verbeteren. 
• De semitransparante fotovoltaïsche zonne-energie zijn lichtgewicht en kleurrijke films die ramen in warmte-isolatoren en elektriciteitsgeneratoren kunnen veranderen. 

De trend van milieuvriendelijk bouwen, ook wel groen bouwen genoemd, heeft de populariteit vergroot van geavanceerde raamcoatings die de kosten voor koeling of verwarming laag houden door onnodige zonnestraling tegen te houden.

De praktijk van groen bouwen vormt een aanvulling op de traditionele aspecten van het bouwontwerp op het gebied van nut, duurzaamheid, zuinigheid en comfort. Ze hebben ingenieurs en onderzoekers geïnspireerd om dunne, doorzichtige zonnecellen te ontwikkelen die ramen in kleine elektriciteitsgeneratoren kunnen veranderen.

Zou het niet ongelooflijk zijn als deze twee eigenschappen gecombineerd zouden kunnen worden in één raam-compatibel materiaal? Nu heeft een team van materiaalingenieurs in China hetzelfde bereikt. Ze hebben een unieke coatingtechniek ontwikkeld om de energie-efficiëntie van een gemiddeld huishouden te verbeteren.

Semitransparante organische fotovoltaïsche zonne-energie

Commerciële warmtecontrolerende raamplaten zijn gemaakt van silicium fotovoltaïsche zonne-energie, die worden aangebracht op de buiten- of binnenkant van het glazen raam om de hoeveelheid zichtbaar, ultraviolet en infrarood licht van zonlicht te verminderen. Ze leveren echter geen geweldige prestaties vanwege hun zwaarte en doffe uiterlijk.

In plaats van alleen de raamcoating met transparante zonnecellen aan te brengen, bouwden de wetenschappers semi-transparante fotovoltaïsche zonne-energie:het zijn lichte en kleurrijke films die ramen in warmte-isolatoren en elektriciteitsgeneratoren kunnen veranderen.

Ze introduceerden verder een gedistribueerde Bragg-reflector op de bovenkant van de siliciumplaat om het nabij-infrarode licht selectief te reflecteren terwijl een behoorlijke transparantie voor de zichtbare golflengten behouden bleef. Dit maximaliseert de warmte-isolatie zonder dat dit ten koste gaat van de elektriciteitsopwekking en de optische eigenschappen van organische fotovoltaïsche zonne-energie.

Referentie:ScienceDirect | doi:10.1016/j.joule.2018.06.006

Het filtert de infrarode golflengten eruit (die verantwoordelijk zijn voor verwarming), terwijl het zichtbaar licht doorlaat en energie verzamelt uit nabij-infraroodstralen die van de zon komen.

Multifunctionele semitransparante organische fotovoltaïsche zonne-energie 

De semitransparante organische fotovoltaïsche zonne-energie is in staat een energieconversie-efficiëntie van meer dan 6 procent te genereren met een hoge transmissie van zichtbaar licht van 25 procent en een afstotingspercentage van infraroodstraling van meer dan 80 procent.

Verwachte resultaten

Volgens de onderzoekers zou het installeren van ramen die zijn uitgerust met dubbele warmte-isolerende en elektriciteitproducerende eigenschappen de afhankelijkheid van een gemiddeld huishouden van elektriciteitsbronnen met meer dan 50 procent kunnen verminderen.

De onderzoekers hebben ook aangetoond dat deze organische fotovoltaïsche zonne-energie kan worden vervaardigd op dunne plastic substraten zoals polyethyleennaftalaat. Vergeleken met op glas gebaseerde fotovoltaïsche zonne-energie vertonen op naftalaat gebaseerde flexibele apparaten een lagere vulfactorwaarde vanwege de lagere transmissie en hogere plaatweerstand van polyethyleennaftalaatsubstraten. De energieconversie-efficiëntie en de gemiddelde zichtbare transmissie bleven echter nog steeds op 6 procent en 23 procent.

Lees:Organische zonnecellen kunnen elektriciteit opwekken via snel bewegende elektronen

De efficiëntie kan verder worden verbeterd door gebruik te maken van de beste organische fotovoltaïsche zonne-energie die beschikbaar is. Deze raamcoatingsmaterialen staan nog in de kinderschoenen, maar de onderzoekers denken dat het binnenkort nieuwe deuren zal openen voor een verscheidenheid aan toepassingen.