(Phys.org) —Zonnepanelen die bij EPFL zijn ontwikkeld, zijn bekleed met unieke en gepatenteerde nieuwe materialen. Onderzoekers creëerden een sterkere zwarte coating die zijn oorspronkelijke kleur en daardoor zijn absorberende eigenschappen veel langer behoudt dan traditionele panelen.

Zoals de meeste elementen van een gebouw, de levensduur van een thermisch zonnepaneel ligt tussen de 25 en 30 jaar. Om het verouderingsproces te vertragen en hun prestaties te behouden, een team van onderzoekers van EPFL heeft, snel achter elkaar, verbeterde de zwarte coating die wordt gebruikt voor thermische sensoren en ontwikkelde een originele en gepatenteerde methode voor het afzetten van de coating.

De kleur zwart is het belangrijkste element van thermische panelen omdat het tot 90% van de ontvangen energie kan absorberen. Echter, overuren, de effecten van licht en warmte verslechteren het zwart, en het paneel wordt minder efficiënt. Ingenieurs hebben een innovatief proces ontwikkeld dat dunne lagen van 3 verschillende materialen afzet die resistenter zijn, selectiever en minder toxisch dan het tot nu toe gebruikte chroom. Als zodanig biedt dit nieuwe materiaal een hoge duurzaamheid in de open lucht bij temperaturen van 300° C tot 400° C, waardoor het gebruik van glazen vacuümbuizen wordt vermeden, die duur zijn.

Een nieuwe zwarte coating

Maarten Joli, van het Laboratorium voor Zonne-energie en Bouwfysica, onderzocht een nieuw proces voor de omzetting van thermische zonne-energie. Hij ontwikkelde een nanokristallijne coating die uitzonderlijk goed bestand is tegen hoge temperaturen. Het verlaat het zwarte chroom dat werd gebruikt voor panelen die momenteel op de markt zijn, ten gunste van een meerlaags composiet van kobalt - vanwege de corrosieweerstand, mangaan - voor zwart, en koper - vanwege zijn thermische geleidbaarheid.

"We wilden selectieve lagen ontwikkelen die licht goed absorberen en minder giftig zijn dan chroom. Daarom zijn we het spoor van deze materialen gevolgd." Lagen die door een chemisch proces zijn afgezet, hebben een uitzonderlijke hittebestendigheid die nooit werd bereikt met traditionele chroomcoatings. In feite, ze zijn bestand tegen temperaturen van 360 graden Celsius zonder te verslechteren in contact met lucht.

Voor een platte sensor, de werkelijke gemiddelde temperatuur is ongeveer 80 ° C, en in de zomer kan de temperatuur oplopen tot 200° C. Regelmatig blootgesteld aan lucht en vocht, de sensor moet 25 jaar meegaan op een gebouw, wat niet zo gemakkelijk is.

"De duurzaamheid van onze materialen bij temperaturen van meer dan 360° C kan ook interessant zijn voor thermische energiecentrales, " zegt Andreas Schüler, die het onderzoeksteam leidt.

Van nanodeeltjes tot prototypes op ware grootte

Om de 3 verschillende elementen in dunne en homogene lagen te gieten, de onderzoekers aarzelden niet om op ware grootte te werken:"Bij het onderzoeken van nanodeeltjes, je gebruikt normaal gesproken monsters. Voor ons, we gingen de uitdaging aan om 2 meter lange roestvrijstalen buizen te coaten, " legt de onderzoeker uit. Om dit te bereiken, de wetenschappers moesten geschikte machines bouwen voor hun project.

Materialen worden afgezet door opeenvolgende onderdompeling, en elke laag wordt verwarmd door inductie die de koolstof verdampt en de elementen fixeert. "We begonnen met het kopen van eenvoudige weerstanden, probeerden vervolgens inductie en kregen resultaten die onze verwachtingen ver overtroffen, ", zegt de onderzoeker.

Deze methode heeft het voordeel dat ze snel, met indrukwekkende energie-efficiëntie en een verbeterde kwaliteit in de resultaten. En de lagen zijn perfect afgezet en homogeen. Bovendien, op deze nieuwe methode is patent aangevraagd. Het werk van Martin Joly heeft geleid tot twee publicaties. Een in Zonne energie , over de zwarte chroomvrije componenten en hun optische eigenschappen, won de prijs voor het beste papier van 2012-2013.