Stroomramen - Glas in Beeld

TU Delft-student biedt uitzicht op stroomraam
Elektriciteit ‘onzichtbaar’
opwekken in gekleurd glas
Figuur 1.
Stroomramen
zijn voorzien
van een dunne
laag van
luminescent
materiaal die
licht opneemt
en weer
uitstraalt naar
de randen,
waar het door
zonnecellen,
die aan de rand
van het raam
zijn bevestigd,
wordt
omgezet naar
elektriciteit.
Door zonnepanelen te integreren in gevels en daken van huizen en kantoren is het mogelijk
een schil te ontwerpen die positief bijdraagt aan de energiehuishouding van een gebouw.
Nadeel van deze techniek, ook wel ‘building integrated photovoltaics’ (BIPV) genoemd, is de
zichtbaarheid van de zonnecellen in de gevel- en dakpanelen. Wat zou er mooier zijn wanneer
een raam ‘onzichtbaar’ elektriciteit kan opwekken? Jan Willem Wiegman, een masterstudent aan
de TU Delft deed onderzoek naar dit moderne glas-in-lood en studeerde er op af.
­­­2 0
Glas in Beeld
De masterstudent Technische Natuur-
zonlicht geconcentreerd op een smalle
aan bij de Europese ambitie om gebou-
kunde aan de TU Delft berekende hoe-
strook zonnecellen. Wiegman toont in
wen zoveel mogelijk energieneutraal
veel elektriciteit kan worden opgewekt
zijn onderzoek de relatie aan tussen de
te maken. De luminescente zonne-
met zogenaamde ‘luminescente zonne-
kleur van het materiaal en de maximale
concentratoren zijn een goede manier
concentratoren’. Dit zijn ramen die zijn
hoeveelheid stroom. Dit soort ‘stroom-
voor het opwekken van goedkopere
voorzien van een dunne laag (bijvoor-
ramen’ kan in de toekomst mogelijk
zonne-energie.
beeld een folie of coating) van lumi-
een goedkope vorm van zonne-energie
nescent materiaal die licht opneemt en
leveren. Het wetenschappelijke artikel
Het nieuwe glas-in-lood
weer uitstraalt naar de randen, waar
dat Wiegman met zijn begeleider Erik
Luminescente zonne-concentratoren
het door zonnecellen, die aan de rand
van der Kolk van de TU Delft schreef, is
kunnen enkele tientallen Watts per
van het raam zijn bevestigd, wordt om-
gepubliceerd in het blad Solar Energy
vierkante meter opwekken. Hoeveel
gezet naar elektriciteit (zie ook figuur
Materials and Solar Cells. Het onder-
stroom de ramen precies produceren,
1). Zo wordt een groot oppervlak aan
zoek naar ‘stroomramen’ sluit goed
hangt af van de kleur en kwaliteit van
KOEN HOONING
Transparant raam zonder folie.
Onzichtbaar UV licht wordt opgenomen.
UV en zichtbaar blauw licht worden
Alleen rood en infrarood licht worden niet
opgenomen.
opgenomen.
de lichtgevende laag en het rendement
van ongeveer 100 Watt per vierkante
van de glastuinbouw zal de folie zo ge-
Figuur 2. De
van de zonnecellen. Wiegmans onder-
meter. Hoewel een gekleurd raam vaak
kozen moeten worden dat het oranje en
kleur van het
zoek toont voor het eerst aan welke
onpraktisch is, is een geel, oranje of
rode deel van het zonnespectrum, dat
raam hangt af
relatie er is tussen de kleur van de folie
rood stroomgenererend gevelpaneel
planten nodig hebben om te groeien,
van het deel van
of coating en de maximale hoeveel-
als bouwelement voor architecten wel
doorgelaten wordt. Dat betekent dat
het spectrum
heid stroom. Deze relatie is een direct
interessant (zie figuur 3). Een andere
het ultraviolet-blauw, groen gele ge-
van het zonlicht
gevolg van het feit dat het zonlicht
optie is folie toe te passen die alle kleu-
deelte nuttig kan worden gebruikt om
dat door het
is opgebouwd uit een spectrum van
ren van het zonnespectrum in gelijke
zonlicht om te zetten in stroom.
raam wordt
kleuren. Het spectrum van het zonlicht,
mate absorbeert. Het raam heeft dan
deels zichtbaar gemaakt in een regen-
een grijze tint. De rode en de grijze folie
Hoe gladder hoe beter
boog, begint in het onzichtbare ultra-
hebben een rendement van 9 procent.
Voor de efficiëntie van een stroomraam
violet, gaat dan van blauw naar rood
Dit rendement is vergelijkbaar met dat
is het van groot belang dat het licht,
in het zichtbare spectrum en eindigt in
van flexibele zonnecellen.
dat door het raam wordt opgenomen
het infrarood. In figuur 2 is te zien hoe
opgenomen.
en vervolgens wordt uitgestraald rich-
de kleur van het raam afhangt van het
Vertaald naar de praktijk
ting de rand, ook daadwerkelijk bij
deel van het spectrum van het zonlicht
Vertaald naar de praktijk zou het glas
de rand aankomt om daar te kunnen
dat door het raam wordt opgenomen.
op vele plaatsen kunnen worden
worden omgezet naar elektriciteit. Van
Een transparante kleurloze folie, dat
toegepast. Hierbij moet men denken
al het geabsorbeerde licht dat opnieuw
alleen het onzichtbare ultraviolette licht
aan plekken waar het kan dienen als
wordt uitgezonden zit ongeveer 70-90
opneemt, levert maximaal 20 Watt per
alternatief voor zonnecellen, maar ook
procent opgesloten in het glas, net
vierkante meter op, dat is een rende-
aan plekken waar een zonnecel niet de
zoals licht in een glasvezelkabel zit
ment van 2 procent. Om een computer
meest voor de hand liggende keuze is.
opgesloten. Op zijn weg richting de
te kunnen gebruiken, heb je dan een
De efficiëntie van een zonnecel is na-
rand komt het licht meerdere malen de
raam nodig van ongeveer 4 vierkante
melijk sterk afhankelijk van de hoek van
overgang van folie naar lucht, folie naar
meter.
het oppervlak van de zonnecel ten op-
raamoppervlak en raamoppervlak naar
zichte van de zon. Bij een stroomraam
lucht tegen. Telkens wanneer het licht
Het rendement wordt hoger als de
is deze afhankelijkheid veel minder
een dergelijke ‘overgang’ tegenkomt
folie een groter deel van het spectrum
sterk, waardoor het ook op plaatsen
is er kans op verstrooiing door imper-
van het zonlicht opneemt. Bij folie die
kan worden toegepast waar maar wei-
fecties in het oppervlak, waardoor het
vooral het blauwe, violette en groene
nig direct zonlicht beschikbaar is. Het
licht verloren gaat. Om deze kans zo
licht opneemt, zal het raam een rode
zou bijvoorbeeld toegepast kunnen
klein mogelijk te maken en daarmee
kleur hebben. Omdat er dan meer zon-
worden in borstweringen van gevels,
de energie-efficiëntie van het raam
licht wordt geabsorbeerd, genereert
geluidsschermen langs spoor en snel-
zo groot mogelijk te maken, moeten
het stroomraam een hoger vermogen
weg of in de glastuinbouw. In het geval
de verschillende oppervlakken zo
>>
www.glasinbeeld.nl
21
Figuur 3. Hoewel een gekleurd raam vaak onpraktisch is, is een geel, oranje of rood stroomgenererend gevelpaneel als bouwelement
voor architecten wel interessant.
­­­2 2
glad mogelijk zijn. Dit is voornamelijk
Huidig onderzoek
grootste beperkingen van deze proto-
van belang wanneer het stroomraam
Het basis idee van een ‘luminescente
types zijn dat ze een te klein gedeelte
groot is, aangezien het licht dan gro-
zonne-concentrator’ stamt uit de
van het zonlichtspectrum absorberen
tere afstanden moet afleggen naar
jaren tachtig van de vorige eeuw. Een
en de te gebrekkige lichttransport ef-
de randen. Wiegmans onderzoek laat
commerciële toepassing werd echter
ficiëntie. Hierdoor is de grootte van dit
het verband zien tussen de gladheid
verhinderd, hoofdzakelijk door het
prototype stroomramen beperkt tot
van het oppervlak van het raam en de
gebrek aan geschikte luminescente
slechts enkele tientallen vierkante cen-
grootte van het raam, waarbij het nog
materialen. Door grote vooruitgang op
timeters. Het huidige onderzoek richt
efficiënt kan werken. Hieruit blijkt dat
dit gebied is de interesse in ‘lumines-
zich vooral op verbeteringen op deze
stroomramen met afmetingen gelijk
cente zonne-concentratoren’ de laatste
twee gebieden. De TU Delft werkt mo-
aan bestaande ramen theoretisch haal-
jaren vernieuwd. Er zijn al verscheidene
menteel aan de ontwikkeling van een
baar zijn mits het lichttransport naar de
kleine prototypes gemaakt door onder-
demo stroomraam met grotere afmetin-
randen efficiënt verloopt zonder te veel
zoeksgroepen over de hele wereld met
gen dan de huidige prototypes met een
verstrooiing.
rendementen van enkele procenten. De
verbeterd lichttransport. <
Glas in Beeld