De thermofotovoltaïsche batterij zou een voordeliger manier zijn om overtollige energie op te slaan dan lithiumionbatterijen (afb: Joule)
Onderzoekers van het instituut voor zonne-energie van de Polytechnische Universiteit van Madrid hebben een systeem ontwikkeld waarmee grote hoeveelheden hernieuwbare elektriciteit kunnen worden opgeslagen en op aanvraag warmte en elektriciteit kunnen worden geleverd. Dat zou een oplossing kunnen zijn voor de ‘wisselvalligheid van zonne- en windenergie.
Hernieuwbare energiebronnen, zoals zon en wind hebben zoals bekend een probleem: ze produceren alleen als de zon schijnt en het waait en dat is niet noodzakelijkerwijs op het moment dat er vraag is. Het antwoord is opslag, maar dat betekent ook verlies. Volgens onderzoekers zijn de huidige opslagsystemen niet goed genoeg.
Die onderzoekers denken een beter systeem te hebben ontwikkeld dat grote hoeveelheden duurzame energie voor lange tijd zeer goedkoop kan opslaan en dat op aanvraag warmte en elektriciteit kan leveren. Het systeem gebruikt de opgewekte, hernieuwbare energie, zoals zon of wind, als er te weinig vraag is om goedkope metalen, zoals silicium of ijzersiliciumlegeringen, te smelten bij temperaturen boven 1000ºC. Gesmolten siliciumlegeringen kunnen grote hoeveelheden energie opslaan. Dit type energie wordt “latente warmte” genoemd. Een liter silicium slaat bijvoorbeeld meer dan 1 kWh energie op in de vorm van warmte, wat precies de hoeveelheid energie is in een liter waterstof onder een druk van 500 bar. In tegenstelling tot waterstof kan de energie in (gesmolten) silicium echter worden opgeslagen bij atmosferische druk, waardoor het systeem goedkoper en veiliger kan zijn.
Het bijzondere van dit systeem is de manier waarop de opgeslagen warmte wordt omgezet ins stroom. Als silicium smelt bij meer dan 1000ºC, schijnt het als de zon. Daardoor is het mogelijk om via fotovoltaïsche cellen de uitgestraalde warmte weer om te zetten in elektriciteit. Deze zogenaamde thermofotovoltaïsche generatoren zijn als miniatuur fotovoltaïsche installaties die tot 100 keer meer vermogen kunnen produceren dan een conventionele zonne-cellen. Met andere woorden: als zonnepaneel 200 W per m2 levert, levert een m2 thermofotovoltaïsch paneel 20 kW.
Hoog rendement
Niet alleen het vermogen, maar ook het conversierendement is hoger. Dat varieert tussen 30 en 40%, afhankelijk van de temperatuur van de warmtebron. Ter vergelijking: commerciële fotovoltaïsche zonnepanelen hebben een rendement van 15% tot 20%. Het gebruik van thermofotovoltaïsche generatoren, in plaats van conventionele warmtepompem (zoals Stirling-, Brayton- of Rankine-cycli), heeft dit systeem geen bewegende delen, vloeistoffen of complexe warmtewisselaars. Op deze manier kan het hele systeem zuinig, compact en stil zijn.
Volgens de studie kunnen de thermofotovoltaïsche batterijen grote hoeveelheden overtollige hernieuwbare elektriciteit opslaan. “Een groot deel van deze elektriciteit zal worden geproduceerd als er geen vraag is, dus het zal heel goedkoop op de elektriciteitsmarkt worden verkocht”, zegt projectleider Alejandro Datas. “Het is daarom essentieel om deze elektriciteit op te slaan in een heel goedkoop systeem, want het heeft geen zin om zoiets goedkoops in een heel dure doos op te slaan. Het opslaan van overtollige elektriciteit in de vorm van warmte is daarom logisch, aangezien het een van de goedkoopste manieren is om energie op te slaan.”
Silicium- en ijzersiliciumlegeringen kunnen energie opslaan voor minder dan € 4 per kWh, wat 100 keer goedkoper is dan de huidige stationaire lithiumionbatterijen. De totale kosten zullen hoger zijn na het inbouwen van smeltvat en de thermische isolatie, maar volgens de onderzoekers zou het mogelijk zijn om kosten van ongeveer € 10 per kWh te bereiken als het systeem groot genoeg is (meer dan 10 MWh), aangezien de kosten van thermische isolatie een kleine deel uitmaken van de totale kosten van het systeem.
Dat slechts een deel van de opgeslagen warmte weer wordt omgezet in elektriciteit hoeft geen probleem te zijn. Als het systeem goedkoop genoeg is, zou het voldoende zijn om slechts 30-40% van de energie terug te winnen in de vorm van elektriciteit, zodat ze de voorkeur krijgen boven andere duurdere technologieën, zoals batterijen, stellen de onderzoekers. Dat laat ik (=as) geheel voor rekening van de onderzoekers…
Bron: Alpha Galileo