Zonnepaneel blijft efficiënt met koelende watergel

Energie Als zonnepanelen warm worden, leveren ze minder elektriciteit. Maar het kost ook energie om ze te koelen. Een gel biedt uitkomst.

Foto Getty Images

Een laag gel aan de achterkant kan zonnepanelen koelen. ’s Avonds en ’s nachts neemt de gel water uit de lucht op dat overdag weer verdampt. Bij de verdamping raakt het paneel warmte kwijt. Daarover publiceren onderzoekers van de King Abdullah University of Science and Technology in Saoedi-Arabië deze week een onderzoek in Nature Sustainability. In de studie die ze op de campus van de universiteit uitvoerden, leverde de techniek ruim 10 graden verkoeling op en maten ze een 13 tot 19 procent hogere opbrengst.

Koele zonnepanelen leveren meer energie. Slechts 6 tot 25 procent van de zonne-energie zet een paneel om in elektriciteit, de rest gaat verloren als warmte. Een paneel kan tientallen graden Celsius warmer worden dan de omgevingstemperatuur. En hoe warmer het paneel, hoe minder elektriciteit er wordt gegenereerd, een half procent minder voor elke graad dat het paneel opwarmt boven de 25 graden. In 2019 stond wereldwijd 600 gigawatt aan zonnepanelen opgesteld, waarmee zo’n 4 procent van het totale elektriciteitsgebruik werd gegenereerd.

Sprayen van schaars water

Er zijn meer manieren om zonnepanelen te koelen, zoals het laten circuleren van lucht of het sprayen van water. Maar dat kost energie en water is vaak schaars.

De onderzoekers denken nu een efficiëntere koeling gevonden te hebben. De hydrogel die ze maakten haalt water uit de lucht. Polyacrylamide geeft het de gelstructuur, daarin zitten koolstof nanobuisjes voor goede warmtegeleiding en het zout calciumchloride dat water kan opnemen. Het werkt ook bij lage luchtvochtigheid (bij 35 procent luchtvochtigheid nam het gewicht van de gellaag in een nacht met 50 procent toe), al is hogere luchtvochtigheid effectiever (bij 80 procent woog de gellaag na een nacht 160 procent meer).

De hydrogel uit het Saoedische onderzoek. Foto Helmy H. Alsagaff/Kaust

„Er zijn wellicht meer materialen die hiervoor gebruikt kunnen worden”, mailt Peng Wang, een van de auteurs van dit onderzoek. „Ons onderzoek is een proof of concept.”

„Het ziet er interessant uit voor toepassing in vrijstaande zonnepanelen”, zegt Wim Sinke, hoogleraar zonne-energie aan de Universiteit van Amsterdam. „Maar een verbeterd rendement van 13 tot 19 procent vind ik opvallend hoog bij een temperatuurverlaging van 10 graden. Ik zou dat eerder rond de 5 procent verwachten voor standaard panelen.”

Kosten en levensduur

Ook vraagt hij zich af hoe lang de gel meegaat. „Als je het breed wil gaan inzetten dan is een belangrijke vraag hoe de kosten en levensduur van deze extra laag zich verhouden tot de extra opbrengst en levensduur van het systeem.” Zonnepanelen gaan 25 jaar of langer mee. „Iedere toevoeging zou daar het liefst ook aan moeten voldoen.”

In Saoedi-Arabië, waar het onderzoek is uitgevoerd, hebben ze twee keer zoveel zonuren als in Nederland. Zou zo’n gel hier ook nuttig zijn? „In principe wel”, zegt Sinke. „Je hebt altijd te maken met een lagere opbrengst door een hoge temperatuur van de panelen. Overal zul je effect kunnen hebben als je de temperatuur verlaagt.”

In een eerdere versie van dit artikel stond dat het rendement van zonnepanelen kan teruglopen van 25 procent naar 6 procent als het paneel opwarmt. Dit klopt niet. Het ‘startrendement’ van verschillende typen zonnepanelen ligt tussen de 6 en 25 procent. Dit is hierboven aangepast.