Een venster op de zon

Een venster op de zon

Een venster op de zon

PowerWindow: coating met thulium maakt raam tot transparant zonnepaneel

Een half miljoen euro, daar was Willem Kesteloo enorm blij mee. Grijzend van oor tot oor nam de Delftse ingenieur afgelopen september als winnaar van de Postcode Loterij Green Challenge de bijbehorende cheque in ontvangst.

Kesteloo kreeg de prijs voor zijn innovatieve Power Window, die hij met zijn start-up bedrijf Physee (spreek uit: 'visie') volgend jaar op de markt brengt. Het is 's werelds eerste raam dat zonlicht omzet in elektriciteit en daarbij volledig transparant blijft. 

Waar andere 'elektriciteitsramen' zonnecellen in het glas integreren, zitten die bij de PowerWindow onzichtbaar weggestopt langs de randen. Daarom kun je er net als bij ieder ander raam gewoon doorheen kijken.

Speciale coating

Om zoveel mogelijk zonlicht van het raamoppervlak naar de zonnecellen te krijgen werkte Physee een ingenieus concept uit waarin het element thulium een cruciale rol speelt. Het is verwerkt in een speciale coating die als het ware energie uit het zonlicht filtert, zonder dat je daar iets van merkt.

Het achterliggende principe daarbij is luminescentie, dat je ook wel kent van glow-in-the-dark producten zoals sterretjes voor op het plafond. Die nemen licht op en als het donker is stralen ze weer licht uit - maar dan met een andere kleur. Waar die sterretjes een zichtbaar groenig schijnsel produceren, geeft de coating van Physee onzichtbare infraroodstraling af. Met dank aan de luminescentie-eigenschappen van thulium.

Het bijzondere van de infraroodstraling uit de coating is dat deze in het glas blijft. Gevangen door het principe van interne reflectie kan de straling er - net zoals bij een glasvezel - alleen aan de zijkant weer uit. Precies daar zitten de zonnecellen. Zo wordt het glas dankzij de coating dus een geleider voor zonne-energie.

Fundamenteel onderzoek

Zoals bij zoveel innovaties is het principe gemakkelijker uitgelegd dan gerealiseerd. Zo moet de coating van alle kleuren uit zonlicht ongeveer evenveel energie 'afsnoepen' - anders zou de PowerWindow namelijk een kleurfilter worden in plaats van een transparant venster. Verder dient de frequentie van de afgegeven straling zodanig te zijn dat deze in het glas blijft. En natuurlijk moeten de zonnecellen aan de rand er vervolgens zo efficiënt mogelijk elektriciteit van kunnen maken.

Dat thulium voor dit alles zo relevant is ontdekte Kesteloo tijdens zijn afstudeerproject bij dr. Erik van der Kolk van de onderzoeksgroep Fundamental Aspects of Materials and Energy (FAME) van de TU Delft. Samen met Ferdinand Grapperhaus, nu zijn Physee-compagnon, onderzocht hij een hele reeks elementen (de zogeheten lanthaniden) op hun luminescentie-eigenschappen. Daarbij zette het element thulium hen op het spoor van de PowerWindow. De twee studenten wisten in ruim drie jaar tijd de PowerWindow van een klein 'proof of concept' (foto) verder te ontwikkelen tot een marktrijp product.

Praktijkproef

In samenwerking met kantorenontwikkelaar OVG Real Estate loopt nu bij een bank in Eindhoven een praktijkproef met ramen die per vierkante meter 20 watt elektrisch vermogen realiseren - dat is in principe genoeg om een laptop te laten draaien. Wie genoegen neemt met iets donkerder glas komt zelfs tot 45 watt. En dat tegen alleszins acceptabele kosten: Physee rekent voor dat de terugverdientijd onder Nederlandse omstandigheden zo'n drie tot vijf jaar bedraagt.

Uiteindelijk hebben Kesteloo en Grapperhaus de ambitie elk transparant oppervlak 'elektrisch actief' te maken. Van de ruiten in auto's en treinen tot de glazen geluidschermen langs de snelweg, overal is in principe elektriciteit op te wekken. Het komt er nu op aan de productie van de PowerWindow te optimaliseren en daarbij is het half miljoen van de Postcode Loterij meer dan welkom. "De weg van het lab naar de markt is lang, maar we kunnen nu onze productiecapaciteit uitbreiden en meer kennis in huis halen”, aldus Kesteloo. 

Afbeeldingen:
Reflecterend kantoorgebouw: Victor217@Freepik.com
Kesteloo met cheque: Postcode Loterij Green Challenge
Overig beeld: Physee
 
 
Terug naar overzicht