Nabije realiteit: zonnecellen die met elkaar praten

24.11.2020 Anje Hoogland

Stel, je loopt op een zonnige zomerdag door de stad. Je kijkt naar de wolkenkrabbers, gevels van winkelpanden, lantaarnpalen en elektrische taxi’s die onvermoeibaar af en aan rijden. Wat je niet ziet, is dat ieder stukje oppervlak z’n eigen elektriciteit genereert en opslaat. De zonnecellen op de oppervlaktes staan met elkaar in verbinding en gebruiken een deel van de opgewekte stroom om te communiceren met objecten in de omgeving. Geen futuristisch vergezicht, stelt Delftse onderzoeker Hesan Ziar, maar een nabije realiteit. “Want”, legt Ziar uit, “alle kennis die er nu op dit gebied is, gaan wij bundelen in een nieuw onderzoeksdomein: Photovoltatronics. Alleen door energie en informatie met elkaar te verbinden, kunnen we écht impact maken.”

Slimme zonne-revolutie 
Tot nu toe worden zonnecellen hoofdzakelijk gebruikt als energiebron. Volgens Delftse onderzoekers kan er echter nóg veel meer uit zonne-energie gehaald worden als zonnecellen op een andere manier worden ingezet. Miro Zeman, hoogleraar aan de TU Delft, legt het als volgt uit: “Normaal gesproken ontvangen zonnecellen licht en leveren ze elektriciteit. Zo’n lichtdeeltje heet een foton, en een elektrisch geladen deeltje een elektron. Zowel een foton als een elektron zijn dragers van energie. Maar naast energiedragers kunnen beide deeltjes ook informatiedragers zijn. Ons idee is dat je deze twee eigenschappen slim combineert en de functionaliteit van energie- en informatiedrager samenvoegt. Op deze manier kan je zonnecellen zo ontwerpen dat er sprake is van een nieuwe component die naast elektriciteitsopwekking ook informatie kan verwerken. Hierdoor kunnen zonnecellen met elkaar en met andere apparaten communiceren zodat alle opgewekte energie precies op de plek terecht komt waar het nodig is. Op die manier ontketenen wij een slimme zonne-revolutie.”

Kennisbundeling
Eén van de vragen in de energietransitie die telkens boven komt drijven is: hoe kan, in een stedelijke omgeving, het maximale uit zonne-energie gehaald worden? En hoe kan deze energie vervolgens gebruikt worden in onze huiskamers? “Dit soort vragen kunnen we enkel beantwoorden door verschillende expertises te bundelen in één onderzoeksdomein,” stelt Zeman. “Photovoltatronics is daarom een belangrijke katalysator op weg naar een duurzame toekomst.”

Intelligentie, opslag, communicatie 
Een paper waarin het nieuwe onderzoeksdomein gepresenteerd wordt, verscheen onlangs in Energy & Environmental Science – een gerenommeerd wetenschappelijk tijdschrift op het gebied van energietransitie. Waarom de verwachtingen rondom Photovoltatronics zo hooggespannen zijn? Ziar: “Simpel. Photovoltatronics brengt verschillende disciplines bij elkaar. Een zonnecel wordt straks uitgerust met ingebouwde intelligentie, energieopslagcapaciteit en (draadloze) communicatie. Daardoor wekt een zonnepaneel niet alleen passief energie op, maar speelt het juist ook een hele actieve rol binnen de samenleving. Denk aan in ramen geïntegreerde zonnecellen die tegelijk daglicht, koeling en zonwering van een gebouw reguleren. Maar denk bijvoorbeeld ook aan flexibele zonnecellen in de bekleding van je bank die energie genereren, of een zonnelamp die aangaat als-ie het te donker vindt.”

Duurzaam en gezond
De auteurs van de paper geloven dat het nieuwe onderzoeksdomein een aanzienlijke bijdrage zal leveren aan een duurzame toekomst. Hoofddocent Isabella windt er in ieder geval geen doekjes om: er ligt met Photovoltatronics een gouden toekomst in het verschiet. “Met behulp van elektronica en dataverwerkingssoftware voeg je een stukje intelligentie toe aan zonnecellen. Aan de onderkant van zo’n zonnecel plak je een batterij. Alle energie die overtollig is, wordt in die batterij opgeslagen. Deze techniek is niet alleen in een stedelijke omgeving toepasbaar. Je zou er zélfs in een medische omgeving gebruik van kunnen maken. Stel, je maakt een micro-zonnecelletje dat infraroodlicht (bestandsdeel van zonlicht) kan omzetten in elektriciteit, en stopt het in je lichaam. De gegenereerde elektrische energie kan er dan, met behulp van een geïntegreerde sensor, bijvoorbeeld voor zorgen dat je hartslag stijgt en bloedsomloop gestimuleerd wordt. Maar goed, dat is pas écht toekomstmuziek.”