Welk zonnepaneel kan het IoT binnenshuis van stroom voorzien?

Onderzoekers brengen zonnepaneeltechnologie naar binnen om in huis slimme apparaten van stroom te voorzien. Ze laten zien welke fotovoltaïsche (PV) systemen het beste werken onder koelwitte Led’s, een veelgebruikt type binnenverlichting.

Ze rapporteren in ACS Applied Energy Materials.

Binnenverlichting verschilt van zonlicht. Gloeilampen zijn zwakker dan de zon, en zonlicht bestaat uit ultraviolet, infrarood en zichtbaar licht, terwijl binnenverlichting doorgaans licht uit een smaller deel van het spectrum laat schijnen.

Wetenschappers hebben manieren gevonden om energie uit zonlicht te benutten met behulp van PV-zonnepanelen, maar die panelen zijn niet geoptimaliseerd voor het omzetten van binnenlicht in elektrische energie.

Sommige PV-materialen van de volgende generatie, waaronder perovskietmineralen en organische films, zijn getest met binnenlicht, maar het is niet duidelijk welke het meest efficiënt zijn in het omzetten van niet-natuurlijk licht in elektriciteit; veel onderzoeken maken gebruik van verschillende soorten binnenverlichting om PV’s te testen die van verschillende materialen zijn gemaakt. Daarom vergeleken Uli Würfel en collega’s van het Fraunhofer Institut een reeks verschillende PV-technologieën onder hetzelfde type binnenverlichting.

De onderzoekers testten acht soorten PV-apparaten, variërend van traditioneel amorf silicium tot dunnefilmtechnologieën zoals kleurstofgevoelige zonnecellen. Ze maten het vermogen van elk materiaal om licht in elektriciteit om te zetten, eerst onder gesimuleerd zonlicht en vervolgens onder koel wit LED-licht.

• Gallium-indiumfosfide PV-cellen vertoonden de grootste efficiëntie onder binnenlicht en zetten bijna 40% van de lichtenergie om in elektriciteit.
• Zoals de onderzoekers hadden verwacht, waren de prestaties van het galliumhoudende materiaal onder zonlicht bescheiden vergeleken met de andere geteste materialen vanwege de grote bandafstand.
• Een materiaal genaamd kristallijn silicium vertoonde de beste efficiëntie onder zonlicht, maar was gemiddeld onder binnenlicht.

Gallium-indiumfosfide is nog niet gebruikt in commercieel verkrijgbare PV-cellen, maar deze studie wijst op de mogelijkheden ervan die verder gaan dan alleen zonne-energie, zeggen de onderzoekers. Ze voegen er echter aan toe dat de galliumhoudende materialen duur zijn en mogelijk niet dienen als een levensvatbaar massaproduct voor slimme thuissystemen.

Daarentegen zijn perovskiet-mineraal- en organische film-PV-cellen minder duur en hebben ze geen stabiliteitsproblemen onder lichtomstandigheden binnenshuis.

Bovendien identificeerden de onderzoekers in het onderzoek dat een deel van de lichtenergie binnenshuis warmte produceerde in plaats van elektriciteit – informatie die zal helpen toekomstige PV’s te optimaliseren voor het aandrijven van binnenapparaten.