211service.com
Holografisk sol
Den huvudsakliga begränsningen för solenergi just nu är kostnaden, eftersom det kristallina kisel som används för att tillverka de flesta solceller (PV) är mycket dyrt. Ett sätt att övervinna denna kostnadsfaktor är att koncentrera ljuset från solen med hjälp av speglar eller linser, och därigenom minska den totala arean av kisel som behövs för att producera en given mängd elektricitet. Men traditionella ljuskoncentratorer är skrymmande och oattraktiva – mindre än idealiska för användning på förortstak.
Rader av kiselsolceller växlar med rader av transparenta hologram i Prism Solars koncentratorer. (Med tillstånd av Prism Solar)
Nu Prism Solar Technologies of Stone Ridge, NY, har utvecklat en proof-of-concept solcellsmodul som använder hologram för att koncentrera ljus, vilket möjligen minskar kostnaden för solcellsmoduler med så mycket som 75 procent, vilket gör dem konkurrenskraftiga med el som genereras från fossila bränslen.
Den nya tekniken ersätter fula koncentratorer med snygga platta paneler laminerade med hologram. Panelerna, säger Rick Lewandowski, företagets VD och koncernchef, är en mer elegant lösning på traditionella koncentratorer och kan installeras på hustak – eller till och med integreras i fönster och glasdörrar.
Systemet behöver 25 till 85 procent mindre kisel än en kristallin kiselpanel med jämförbar effekt, säger Lewandowski, eftersom solcellsmaterialet inte behöver täcka hela ytan på en solpanel. Istället är PV-materialet ordnat i flera rader. Ett lager av hologram – laserskapade mönster som diffrakterar ljus – riktar ljus in i ett lager av glas där det fortsätter att reflekteras från insidan av glaset tills det hittar vägen till en av remsorna av PV-kisel. Att minska det PV-material som behövs kan sänka kostnaderna från cirka $4 per watt till $1,50 för kristallina kiselpaneler, säger han.
Företaget räknar med att dra in ytterligare 6 miljoner dollar från intresserade riskkapitalister och börja tillverka sina första generationens moduler i slutet av året, och sälja dem för cirka 2,40 dollar per watt. Nästa generations moduler med mer avancerad teknik borde sänka kostnaderna ytterligare.
I sin förmåga att koncentrera ljus är hologram inte lika kraftfulla som konventionella koncentratorer. De kan bara multiplicera mängden ljus som faller på cellerna med så mycket som en faktor 10, medan linsbaserade system kan öka ljuset med en faktor på 100, och vissa till och med upp till 1 000.
Men traditionella koncentratorer är komplicerade. Eftersom linserna eller speglarna som fokuserar ljus måste vända sig direkt mot solen, måste de mekaniskt spåra solen. De värmer även upp solcellerna och kräver därför ett kylsystem. Som ett resultat, även om de omdirigerar ljus med mer intensitet än hologramenheten, är de svårhanterliga ... och inte lika praktiska för bostadsbruk, säger National Renewable Energy Laboratory talesman George Douglas.
Hologram har fördelar som kompenserar för deras relativt svaga koncentrationsförmåga. De kan välja vissa frekvenser och fokusera dem på solceller som fungerar bäst vid dessa frekvenser, och omvandla maximalt möjligt ljus till elektricitet. De kan också göras för att rikta värmealstrande frekvenser bort från cellerna, så att systemet inte behöver kylas. På så sätt använder du effektivt bara den del av solljuset som verkligen betyder något, säger Selim Shahriar , chef för atom- och fototekniklaboratoriet vid Northwestern University i Evanston, IL.
Dessutom kan olika hologram i en koncentratormodul designas för att fokusera ljus från olika vinklar – så att de inte behöver rörliga delar för att spåra solen.
Prism Solars system innehåller dessa fördelar. Ändå, för att vara konkurrenskraftigt med andra solenergiteknologier som finns tillgängliga idag, kan företaget behöva sänka sitt pris under 2,40 USD per watt, säger Christo Stojanoff, professor emeritus i teknik vid Aachen University of Technology i Tyskland.
VD Lewandowski säger att de holografiska modulerna kommer att kosta cirka 1,50 dollar per watt om några år, med hjälp av deras andra generationens teknologi, som kommer att ha solceller inklämda mellan två glaspaneler som innehåller hologram. Till det priset kommer de att börja konkurrera med fossilbränslegenererad el, som nu kostar nästan tre gånger mindre än konventionell solel, enligt San Francisco, CA-baserat forsknings- och konsultföretag Solenergi .
Modulernas intensiva användning av glas kan öka deras kostnad, säger Douglas. Ändå kan en sådan ny idé för en koncentrator, med hjälp av hologram, vara en lukrativ investering eftersom den behöver mindre kisel än platta moduler och därför sparar pengar. Den höga efterfrågan på solceller i Tyskland och andra europeiska länder har nu överträffat utbudet, vilket har lett till en kiselbrist och en brist på tillverkning i solcellsvärlden, säger han.
Även om idén med holografiska solkoncentratorer har funnits sedan början av 1980-talet, har ingen utvecklat dem kommersiellt ännu, enligt professor Stojanoff, som har undersökt tekniken mycket. Hans företag, Holotec GmbH i Aachen, Tyskland, forskar och tillverkar holografiska material. Northeast Photosciences, ett Hollis, NH-baserat företag, kom också nära tillverkningen, innan det lades ner av skäl som inte var relaterade till tekniken eller finansiering, säger han.
Så, om allt går enligt planerna, kan Prism Solar vara det första företaget att tillverka och sälja holografiska solkoncentratormoduler.