211service.com
Ett skarpare fokus för solceller
Fokusera tillräckligt med solljus på ett pappersark så kan du tända en brasa. Fokusera samma solljus på en solcell så kan du generera mycket el. Den strategin för att öka effektiviteten av solenergi är, som Palo Alto, CA-baserad start SolFocus visade förra veckan, en av de hetaste trenderna inom alternativ energi. SolFocus, som har säkrat 25 miljoner dollar i riskkapitalfinansiering för att påskynda utvecklingen av sin solcellsanläggning, använder speglar för att fokusera solljus 500 gånger på högeffektiva solceller.
SolFocus andra generationens solpaneler minskar kostnaderna genom att minska mängden solcellsmaterial som behövs. De använder kvartsstora speglar som fokuserar solljus på solceller på bara en millimeters kvadrat. (Källa: SolFocus)
Koncentratorteknik för att öka produktionen av solenergi är inte ny. Men tack vare högeffektiva solceller och nya tillverkningstekniker som skapar bättre solceller, linser och speglar, levererar solcellssystem med koncentrator mer kraft till lägre kostnad.
Samtidigt överträffar den tvåsiffriga tillväxten i efterfrågan på solenergisystem tillverkarnas förmåga att hålla jämna steg, med tanke på en knapp tillgång på kisel för konventionella solceller och den höga kostnaden för den utrustning som behövs för att producera dem (se Stor- Skala, billig solel ).
Tekniken har potential att sänka kostnaderna eftersom den använder en bråkdel av de halvledande materialen som omvandlar ljus till kraft i solceller. Det mesta av kostnaden ligger i linserna eller speglarna för att fokusera ljuset och spårningsutrustningen för att hålla enheten riktad mot solen – element som är mer mottagliga för skalfördelar än kiselproduktion. Eftersom jag kom från halvledarindustrin, visste jag att vi aldrig skulle kunna skala upp mängden kisel vi skulle behöva för att göra ett materialintag i världens energiefterfrågan, säger medgrundare och vd Gary Conley.
SolFocus design använder till exempel en tusendel så mycket halvledarmaterial per producerad watt som en konventionell fotovoltaisk cell av kisel. Tekniken använder sammansatta solceller som germanium och galliumarsenid, ursprungligen designade för användning i satelliter, som kan fånga upp till 40 procent av solenergin som träffar dem – mer än dubbelt så effektivt som avancerade kiselceller.
Men huvuddelen av materialreduktionen kommer från koncentratorn, som Conley säger liknar strålkastaren i de flesta moderna bilar. Sätt cellen där glödlampan är så har du vår design, säger Conley. Speglar är nyckeln: en primär spegel som fokuserar solljus på en mindre spegel som sitter ovanför, som i sin tur fokuserar ljuset på solcellen.
SolFocus nuvarande, första generationens design formar en uppsättning av 635 kvadratcentimeter speglar till en glasplatta. Sekundära speglar fästa ovanför dem reflekterar ljus genom hål i plattan på en centimeters kvadrat högeffektiva celler nedanför.
En andra generationens design klämmer ihop processen i ett enda glasblock: ljus som strålar genom toppen av blocket reflekterar från primära speglar formade i bottenytan, upp till sekundära speglar formade i den övre ytan och tillbaka till en millimeter i kvadrat. fotovoltaiska celler dök in i mitten av de primära speglarna.
Medan solpaneler av kisel idag kostar nära 3 USD per watt att producera, säger Conley att SolFocus kommer att tillverka solcellssystem för 2 USD per watt när den öppnar sin första koncentratoranläggning nästa år; och han säger att produktion i gigawatt-skala kommer att sänka kostnaden per watt till bara 50 cent. Den andra generationen borde minska kostnaderna ytterligare, säger Conley, till så lågt som 32 cent per watt.
Trots dessa optimistiska påståenden kommer SolFocus att ha mycket konkurrens. Robert McConnell vid US Department of Energy, och en expert på koncentrerad solceller, säger att SolFocus inte bara måste bevisa sin teknik utan också överträffa ett växande fält av konkurrenter. De har minst tre dussin konkurrenter, inklusive företag som har många fler år av utveckling, säger McConnell.
Faktum är att SolFocus tuffaste konkurrens kan komma från världens största solcellstillverkare, Japan-baserade Sharp, som har utvecklat en koncentrator med Fresnel-linser – samma grundläggande teknik som används för att förstärka signalstrålen i fyrar. Sharps system använder en rad sådana linser i ett enda block av relativt billig formsprutad plast.
DOE:s McConnell säger att det mest kritiska testet för koncentratorer kommer att vara hållbarhet. Under den första utvecklingsperioden för solcellsanläggningar på 1970- och 1980-talen drabbades tekniken av en rad katastrofer, som liknar de flygande bladen och trasiga växellådor som förvirrade vindkraftens pionjärer. Svavel i luften urholkade speglar. Hagel och vind krossade känsliga linser. Damm fastnade spårningsenheterna som behövdes för att hålla systemen riktade mot solen. Och i värsta fall utgjorde skadade system allvarliga brandrisker.
SolFocus fristående enheter borde vara mindre känsliga för skador och säkrare än sina föregångare, hävdar Conley. Ändå riktar de sig mot stora fältbaserade solkraftverk för sina första utbyggnader och lämnar den mer lukrativa kommersiella takmarknaden för senare.