SLIMME ENERGIE

De aarde warmt op, en de rol van ons ener­gieverbruik daarin is onmiskenbaar. We hebben te lang te veel fossiele brandstoffen gebruikt. Snel omschakelen naar hernieuw­bare energie is cruciaal om ons klimaat te stabiliseren en onze energienoden ook in de toekomst te kunnen voldoen.

Maar switchen naar zon en wind is echter een pak complexer dan het bouwen van wat turbines en het plaatsen van zonne­cellen op onze daken. Fotovoltaïsche cel­len moeten efficiënter werken. Het hele elektriciteitsnet moet slimmer worden om pieken en dalen in capaciteit te kunnen opvangen. Onze toestellen moeten dienst kunnen doen als batterij. En iedereen die energie opwekt moet in staat zijn om die te delen met zijn buren als hij overschot heeft.

Precies in die transitie draaien imec en EnergyVille mee met de wereldwijde on­derzoekselite.

Zonnepanelen zijn op korte termijn erg in­geburgerd geraakt in het Vlaamse straat­beeld. Maar om een aanzienlijke hap te kunnen nemen uit het fossiele brandstofge­bruik, moeten we nog meer oppervlakken van zonnecellen voorzien. Die cellen moe­ten bovendien een pak efficiënter worden.

Voor het tackelen van die eerste uitdaging werkt imec onder meer aan perovskiet zon­necellen. Omdat zonnecellen in perovskie­ten soepel en semitransparant zijn, kunnen ze worden verwerkt in gebogen bouwele­menten of in ramen en voegen zo met de klap heel wat extra beschikbare vierkante kilometers oppervlakte toe aan het be­staande zonnepanelenpark. Denk maar aan de grotendeels glazen gevels van veel kan­toorgebouwen. Maar omdat ze doorzichtig zijn, kunnen ze ook gewoon op de traditio­nele silicium zonnecellen gekleefd worden en de energie-captatie op die (doorgaans erg geschikte) plaatsen vergroten. Samen met Solliance, een samenwerkingsverband van ECN, TNO, Holst Centre, imec en For­schungszentrum Jülich voor de ontwikke­ling van dunne-film zonnecellen, slaagde imec erin om dit soort tandemmodules zo­danig te optimaliseren dat ze beter preste­ren dan hoogefficiënte zonnecellen in silici­um alleen.

Perovskieten zonnecellen

Zonnecellen efficiënter maken, kan trou­wens op heel wat verschillende manieren. De technologie voor energieopvang zelf evolueert nog elke dag. Maar soms schuilt de slimste oplossing letterlijk in het donker­ste hoekje: de achterkant van zonnepane­len. Die ligt weliswaar in de schaduw, maar er valt toch best nog wat energie te rapen. Daarom ontwikkelt imec vandaag dubbelzij­dige zonnecellen. Zeker in combinatie met reflecterende dakbedekking, of in woestijn­gebieden waar vaak zand op de bovenkant van de panelen ligt, is de winst verbluffend. In 2017 slaagde imec erin om onze tweezij­dige zonnecellen zodanig te verbeteren dat ze een gemiddelde omzettingsefficiëntie van 22,4% haalden en de beste cellen zelfs 22,8%, een record is voor dit type zonne­cellen.

De energie van de zon opvangen wordt steeds betaalbaarder en efficiënter. Maar de eeuwige paradox blijft natuurlijk: wat ben je met al die gewonnen energie als het buiten zo zonnig en warm is dat je ze nau­welijks nodig hebt op dat moment? En waar haal je de energie vandaan die je nodig hebt op koude winternachten?

Dubbelzijdige zonnecellen

Batterijen moeten op zo’n moment soelaas bieden. De huidige lithium-ion batterijen met vloeibaar elektrolyt die hier in principe voor gebruikt kunnen worden, zijn niet 100% veilig (omdat ze oververhit kunnen raken en moeilijk te blussen zijn als ze branden). Bo­vendien is hun levensduur beperkt. Daarom ontwikkelt imec vastestofelektrolyten voor de toekomstige generatie lithium-ion bat­terijen.

En er is nog een andere creatieve manier om energie te gebruiken wanneer ze beschik­baar is: door toestellen uit te rusten met slimme chips die communiceren met het energienet, en zichzelf alleen inschakelen als er een overschot is. Dankzij zo’n chip kan je wasmachine zélf beslissen wanneer het ideale moment is om de was te doen.

Al die nieuwigheden op vlak van ener­gie-opwekking en opslag hebben één bot­tle-neck: ons elektriciteitsnetwerk is er nog niet helemaal op voorzien. EnergyVille ver­diept zich daarom expliciet in de ontwik­keling van de technologie die nodig is om het transformeren van ons netwerk tot een smart grid mogelijk te maken. Op zo’n grid kunnen bedrijven en gezinnen straks niet alleen elektriciteit aankopen en gebruiken (zoals vandaag), maar ook opwekken en ver­kopen. En batterijen kunnen ermee opge­laden en weer afgeladen worden. Allemaal aan marktconforme prijzen, met de nodige privacy en betrouwbaarheid.

Opvolgen efficiëntie zonnpanelen

EnergyVille is daar overigens het perfecte labo voor. Onderzoekers van KU Leuven, VITO, UHasselt en imec experimenteren er met zonnepanelen, batterijen, energieop­wekkende fietspaden, thermische en elek­trische energielaboratoria, energienetwer­ken tussen de gebouwen, …