Zonnepanelen die energie uit regen halen: tribo-elektrisch effect

Wat is het?

Je kent ze wel: de standaard zonnepanelen op daken die zonlicht omzetten in stroom.

Maar wat als die panelen ook energie uit regen kunnen halen? Dat is precies waar onderzoekers aan werken met zogenaamde tribo-elektrische nanogeneratoren (TENG's).

Deze technologie voegt een extra laag toe aan je zonnepaneel die elektriciteit opwekt uit de wrijving van vallende regendruppels. Het idee is simpel maar krachtig: in Nederland regent het gemiddeld zo'n 180 dagen per jaar. Traditionele zonnepanelen leveren dan nauwelijks stroom. Met deze innovatie kun je ook op bewolkte, regenachtige dagen energie produceren.

Je verhoogt dus de totale opbrengst van je installatie. Deze hybridepanelen zijn nog volop in ontwikkeling.

Toch zijn er al prototypes die aantonen dat het werkt. Het combineert de bekende fotovoltaïsche werking met een nieuwe, tribo-elektrische laag. Zo haal je het maximale uit elke weersomstandigheid.

Hoe werkt het precies?

Een regendruppel valt op een speciale coating bovenop je zonnepaneel. Die coating bestaat uit twee materialen die elektrisch worden geladen wanneer ze met elkaar in contact komen.

De druppel veroorzaakt wrijving tussen deze lagen, wat een kleine elektrische lading genereert.

Die lading wordt opgevangen en via een omvormer omgezet in bruikbare wisselstroom. Het proces lijkt een beetje op statische elektriteit: wrijving tussen materialen zorgt voor een spanningsverschil. Alleen wordt dat hier gecontroleerd en opgeslagen.

Materialen en opbouw

In de praktijk betekent dit dat je paneel op twee manieren werkt. Bij zon zet de fotovoltaïsche laag licht om in stroom. Bij regen activeert de tribo-elektrische laag en wekt extra energie op. Je systeem wordt zo een hybride energiebron.

Onderzoekers experimenteren met dunne polymeren en speciale nanomaterialen voor de bovenste laag.

Denk aan materialen zoals PDMS (polydimethylsiloxan) of gefunctionaliseerde coatings. Deze zijn transparant, zodat ze het zonlicht niet blokkeren.

De opbouw is vergelijkbaar met een normaal zonnepaneel, maar dan met een extra film aan de bovenkant. Die film is flexibel en kan op bestaande panelen worden aangebracht. Zo kun je mogelijk je huidige installatie upgraden.

De elektrische lading die ontstaat is klein per druppel, maar bij een flinke regenbui telt dat snel op.

Het systeem is ontworpen om die ladingen efficiënt te verzamelen en om te zetten.

De wetenschap erachter

Het tribo-elektrisch effect is niet nieuw. Het is hetzelfde principe als wanneer je over een tapijt wrijft en dan een schok krijgt.

Twee materialen wisselen elektronen uit, waardoor ze positief of negatief geladen raken. Bij deze zonnepanelen wordt dat effect gecontroleerd toegepast.

De regendruppel fungeert als een van de materialen, de coating als het andere. Wanneer de druppel over het oppervlak glijdt, ontstaat er een continue stroom van elektronen. Onderzoekers aan de Ocean University of China hebben al werkende prototypes gebouwd. Zij publiceerden in 2016 een studie waarin ze een rendement van enkele procenten behaalden bij regen.

Het rendement

Sindsdien is de technologie sterk verbeterd. Het rendement uit regen is lager dan uit zonlicht.

Zonnepanelen halen tegenwoordig 20% of meer, terwijl tribo-elektrische systemen nu op 5-10% zitten. Maar het gaat hier om extra energie die je anders niet zou krijgen. De combinatie van beide systemen kan de totale energieopbrengst met 10-20% verhogen in regenachtige gebieden, met de volgende generatie zonnepanelen in aantocht.

Dat maakt het financieel interessant, zeker in landen als Nederland. De technologie evolueert snel.

Nieuwe nanomaterialen en slimmere ontwerpen verhogen de efficiëntie continu. Binnen enkele jaren kunnen commerciële producten op de markt komen.

Voordelen en nadelen

Het grootste voordeel is duidelijk: je wekt energie op uit regen. Je bent niet meer volledig afhankelijk van de zon.

Dat verhoogt je onafhankelijkheid en verlaagt je energierekening. Daarnaast verlengt het de levensduur van je investering.

Je haalt meer rendement uit hetzelfde dakoppervlak. Ook in de winter, wanneer de dagen kort zijn en het vaker regent, blijft je systeem produceren. Een ander voordeel is dat de technologie relatief eenvoudig toe te passen is.

Nadelen en uitdagingen

Het kan als coating op bestaande panelen worden aangebracht. Je hoeft dus niet per se een heel nieuw systeem te kopen.

De technologie is nog niet commercieel beschikbaar voor consumenten. Het bevindt zich in de onderzoeks- en testfase. Prijzen zijn onbekend, maar zullen in het begin hoog zijn. Daarnaast is het rendement uit regen nog beperkt.

Het is een aanvulling, geen vervanging voor zonne-energie. Bij hevige regenval kan de opbrengst nog tegenvallen.

Er zijn ook vragen over de duurzaamheid, zoals bij zonnepanelen met tandemcellen. Hoe gaan de coatings om met slijtage door hagel, vuil of uv-straling? Dat moet in de praktijk nog bewezen worden.

Tot slot is er de installatie. Het integreren van twee systemen in één paneel vergt expertise. Niet elke installateur zal hier direct ervaring mee hebben.

Voor wie relevant?

Als je in Nederland woont en zonnepanelen overweegt, is deze technologie zeker interessant.

Juist in ons klimaat met veel bewolkte dagen kan het een groot verschil maken in je totale opbrengst. Ook voor bedrijven met grote daken, zoals fabrieken of kantoren, biedt het kansen. Zij kunnen hun duurzaamheidsdoelstellingen beter halen door ook regenenergie te benutten. Voor bestaande zonnepaneelbezitters is het een toekomstige upgrade-optie.

Houd de ontwikkelingen in de gaten, want over een paar jaar kun je mogelijk je huidige systeem uitbreiden. Onderzoekers werken aan nog efficiëntere materialen en integratie met andere technologieën.

De toekomst

Denk aan panelen die ook energie uit wind halen of temperatuurverschillen. Het wordt een alles-in-één energieoplossing.

De overheid stimuleert innovatie via subsidies voor duurzame energie. Houd de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) in de gaten voor eventuele toekomstige regelingen. Conclusie: tribo-elektrische zonnepanelen zijn een veelbelovende innovatie voor het Nederlandse klimaat.

Ze maken je energieproductie stabieler en efficiënter. Het is een ontwikkeling om in de gaten te houden als je serieus met duurzame energie aan de slag wilt.