Een glazen piramide moet het mogelijk maken om meer zonlicht op een zonnecel te laten vallen vanuit verschillende hoeken zonder het paneel van richting te veranderen. 

Onderzoekers van Stanford University ontwikkelden een optische, gelaagde, piramide die zonnepanelen efficiënter moet maken zonder ze complexer en duurder te maken. 

Zonlicht vangen
De efficiëntie van zonnepanelen hangt van meerdere factoren af. Een van de belangrijkste is de hoeveelheid licht die het paneel kan opvangen. Deze hoeveelheid is afhankelijk van het weer en de richting van de zon. Sommige panelen kunnen daarom veranderen van richting om op elk moment de optimale hoek ten opzichte van de zon te realiseren. Dergelijke systemen zijn echter complexer en duurder dan vastliggende zonnepanelen. 

Nina Vaidya, technisch onderzoeker aan Stanford University, ontwikkelde een glazen piramide die als optische concentrator werkt. De piramide moet het zonlicht effectief verzamelen op de zonnecel, ongeacht de richting van waaruit de zon schijnt en de frequentie van het licht. De resultaten van het onderzoek werden deze week gepubliceerd in Nature. Inmiddels is Vaidya een assistant professor voor de University of Southampton

“Het is een volledig passief systeem. Er is geen energie of bewegende delen nodig om de bron van licht te volgen.”

Nina Vaidya,  assistant professor voor de University of Southampton

AGILE
Het systeem heet Axially Graded Index Lens, afgekort AGILE. Het werkt heel eenvoudig: het lijkt op een piramide waar de top vanaf gesneden is en die vervolgens op zijn kop is gezet. Het licht kan vanuit verschillende hoeken binnen vallen in de vierkante, naar boven gerichte, ‘bodem’ van de piramide en wordt naar beneden geleid om daar een helderder licht te maken dat de piramide verlaat.

In het onderzoek met prototypes lukt het om meer dan 90 procent van het licht op te vangen dat op het oppervlak van de piramide viel. Het licht dat de piramide aan de onderkant verliet was driemaal helderder dan het binnenvallende licht. Het werkt net als een vergrootglas dat licht concentreert. Anders dan bij een vergrootglas verandert het brandpunt niet naarmate het licht vanuit een andere hoek binnenvalt. 

Idealiter zou licht dat vanuit een hoek op de piramide valt gebogen worden naar een verticale richting. In praktijk gebeurt dit nu stapsgewijs met een kleine verandering van hoek per piramide-laag.

Meerdere voordelen
Door de piramides op zonnecellen te plaatsen kan de efficiëntie van deze verhoogd worden, maar kan ook indirect, diffuus licht, worden opgevangen. De piramides zouden een laag kunnen vormen ter vervanging van de huidige bovenste beschermende laag van zonnepanelen. De ruimte tussen de kleiner wordende punten onderin de piramides zorgt bovendien voor koeling. 

De belangrijkste consequentie zou de mogelijke verkleining zijn van zonnepanelen. Met minder oppervlak kan met hogere efficiëntie toch dezelfde opbrengst bereikt worden. 

Bij toepassing in de ruimte zou de laag bovendien bescherming bieden tegen straling.