To our Podcasts

Nieuwe Generatie Thermo Electrische Cellen

Warmte straling is zogenaame infra rood straling. Het is voor mensen onzichtbaar, wel voelbaar, en gedraagt zich als licht. Wordt een stuk metaal (bijvoorbeeld) heter dan begint het te stralen, eerst infra rood en naarmate de temperatuur stijgt ook zichtbaar licht, totdat we het over witheet hebben. Omdat de warmte straling licht is kunnen we die omzetten in electriciteit volgens het zelfde principe als zonnecellen dat doen, via het fotovoltaische effect. Tot nu toe waren deze niet erg duur en niet erg efficient.

Specifiek Licht 

Het fotovoltaische proces in zonnecellen bestaat er uit dat een licht deeltje (foton) een electron in de zonnecel uit zijn baan duwt naar een hogere baan (om de kern van het sicicium attom). Als het electron wil terugvallen begint het door een slimme opbouw van de cel te stromen, net alsof de wind water over een dijk stuwt, het kan niet terug en bevat de energie van de wind. De electronen stromen vervolgens via een omweg (bv. onze wasmachine) terug naar de zonnecel. Zonnecellen hebben een efficientie in het omzetten van licht in electriciteit die afhangt van de energie in het licht. Deze energie is makkelijk te herkennen, het is namelijk de kleur. Deste hoger de energie, deste makkelijker wordt een electron ‘over de dijk’ gestuwd. Hieronder een grafiekje van de gevoeligheid van verschillende typen cellen. Op de horizontale as staat de golflengte, die is bij hoog energetisch blauw licht korter dan bij laag energetisch rood licht. Het donkerblauwe deel van het plaatje slaat op licht dat wij niet kunnen zien, van ultraviolet tot infrarood. 

Wie het rendement van zonnecellen wil verhogen kan een paar dingen doen. Hij kan materialen zo kiezen dat een groter deel van het spectrum benut kan worden. Dit zijn de zogenaamde multi junction cells. Hieronder is te zien hoe zo’n cell moet zijn opgebouwd en hoe verschillende delen van het spectrum zo worden benut. Gallium, Indium, Selenium, Arsenicum en ander stoffen kunnen gemend worden om bepaalde golflengten te absorberen. Het is meteen te zien dat de efficientie omhoog gaat, hieronder maximaal 42% (zeer hoog). Omdat het een speciaal productie proces is zijn deze cellen erg duur. Ze worden meestal gebruikt in combinatie met CSP (geconcentreerd zonlicht) installaties, vandaar dat het rendement genoemd is bij ‘500 sun’ dwz bij licht dat 500 keer is geconcentreerd.

Een kleur filter

Een andere manier is om licht van onzichtbaar ultra violet om te zetten in zichtbaar licht. Dat kan met fluoriserende materialen. Dit is een voorbeeld van het veranderen van de golflengte van het licht zodat de zonnecel er meer mee kan. Dit is ook het principe van de nieuwe generatie thermoelectrische cellen. Wat men hierbij doet is warmte straling genereren met een specifieke golflengte en niets anders. De methode die gebruikt wordt is geinspireerd op de manier waarop bv. pauwen hun veren kleur geven. Dat is niet door middel van pigment, maar door de oppervlakte structuur. Die maakt dat alleen licht met bepaalde golflengten (lees kleur) kunnen ontsnappen. Dit principe werd al gebruikt bij de fabricage van lasers.

"The spectacular colors of the male peacock plumage are due to an optical interference phenomenon, known as the Bragg reflection, based on periodic nanostructures found in the barbules of their feathers." (bron)

In het geval van warmte betekent het dat een materiaal dat warmte wil uitstralen, maar dat aan de buitenkant een laag met een bepaalde structuur heeft, die warmte alleen nog maar in een bepaalde golflengte kwijt kan. Net als licht dat wil weerkaatsten van een pauwveer een bepaalde golflengte moet hebben om niet door de nano structuur  en interferentie patronen te worden geabsorbeerd. Het infra rood zal dus een hogere intensiteit hebben en precies geschikt gemaakt kunnen worden voor absorbtie door een zonnecel die gevoelig is voor infra rood, bv. GaSb cellen

Cellen die een combinatie zijn van speciale nano structuren die exact de juiste golflengte maken en zonnecellen die bij die golflengte optimaal fungeren vormen de nieuwe vinding door het MIT. Het voordeel is dat wat niet wordt uitgestraald warmte blijft en dus uiteindelijk wel en in de juiste golflengte vrijkomt. Omdat dit het rendement hoog genoeg maakt dan kan men opeens allerlei restwarmte gaan benutten. Warmte van de zon, van motoren, van de aarde, van vulkanen, remschijf wamte, warmte van het verval van radioactief materiaal. Helaas is er een maar in het verhaal:

"MIT’s breakthrough was enabled by a material with billions of nanoscale pits etched on its surface. When this pitted material absorbs heat, it radiates energy at precisely chosen wavelengths depending on the size of the pits. It is hoped that the technology may one day be used to generate power for spacecraft on long term missions where sunlight may not be available."

Het One Day syndroom 

Waar Greencheck vaak tegen te hoop loopt is het ‘one day’ syndroom. Het maken van de nano structuur is een eenvoudig iets, we weten allemaal dat een CD hetzelfde effect teweeg brengt, het is een ets proces. De soort zonnecellen die nodig zijn is ook niet exotisch, men kan de materialen zo kopen. Dus waarom moet heet ooit een keer in de ruimtevaart worden toegepast? Waarom niet vandaag in CSP centrales. Dat kan twee redenen hebben: 1. Het is BS. MIQT heeft helemaal niets uitgevonden maar wil met een mooi verhaal in het nieuws komen. Dit doen ze regelmatig, dat komt omdat de gemiddelde burger niet weet wat al is uitgevonden. Dit is het deinvented, reinvented en nu misschien uninvented proces dat universiteiten van geld voorziet, or waar ze zich mee laten omkopen (kiest u zelf). 2. Het is accuut in de mottenballen gestopt omdat het een te bruikbare technologie is die te competitief is met andere technieken, om specifiek te zijn die technieken die geld opleveren voor de fossiele industrie. Met een media die in toenemende mate niet weet waar het over schrijft ligt het gevaar op de loer dat verhalen klakkeloos worden herhaald, allen om het gevoel van vooruitgang in stand te houden (toevallig vandaag dit verhaal over het omzetten van cellulose mbv enzymen uit koeien. Dat probleem is al lang opgelost, maar het is een leuk verhaaltje).

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *