211service.com
Hur man dubblar kraften hos solpaneler
I ett försök att ytterligare sänka kostnaden för solenergi, Bandgap Engineering , en startup i Woburn, Massachusetts, utvecklar en nanotrådsbaserad solcell som så småningom skulle kunna generera dubbelt så mycket kraft som konventionella solceller.
Det är ett långsiktigt projekt, men under tiden är företaget på väg att börja sälja en enklare version av tekniken, med hjälp av nanotrådar av kisel som kan förbättra prestandan och sänka kostnaderna för konventionella kiselsolceller. Bandgap säger att dess nanotrådar, som kan byggas med hjälp av befintliga tillverkningsverktyg, ökar effekten av solceller genom att öka mängden ljus som cellerna kan absorbera.
Just nu bygger de flesta solpanelstillverkare inte nya fabriker eftersom marknaden för deras produkt är överflödig. Men om marknadsförhållandena förbättras och tillverkarna börjar bygga, kommer de att kunna införa större förändringar i produktionslinjer. I så fall skulle Bandgap-tekniken kunna göra det möjligt att förändra solceller mer markant. Till exempel, genom att öka ljusabsorptionen, skulle det kunna göra det möjligt för tillverkare att använda mycket tunnare wafers av kisel, vilket minskar den största delen av en solcells kostnad. Det skulle också kunna göra det möjligt för tillverkare att använda koppartrådar istället för dyrare silvertrådar för att samla in laddning från solpanelerna.
Dessa förändringar kan leda till solpaneler som omvandlar över 20 procent av energin i solljus till elektricitet (jämfört med cirka 15 procent för de flesta solceller nu) men kostar bara $1 per watt att producera och installera, säger Richard Chleboski, Bandgaps VD. (Solinstallationer kostar nu några dollar per watt, beroende på storlek och typ.) Under systemets livslängd skulle kostnaderna komma till mellan 6 och 10 cent per kilowattimme. Det är fortfarande högre än den nuvarande kostnaden för naturgaskraft i USA, som är cirka 4 cent per kilowattimme. Men det är tillräckligt lågt för att säkra solenergi en betydande marknad i många delar av världen där energikostnaderna kan vara högre, eller på vissa nischmarknader i USA.
Samtidigt eftersträvar Bandgap teknik som en dag skulle kunna förbättra effektiviteten tillräckligt för att tillåta solenergi att konkurrera brett med fossila bränslen. Fördubbla effektiviteten för solceller utan att höja tillverkningskostnaderna avsevärt, och du sänker kostnaden per watt för solpaneler avsevärt och halverar installationskostnaden – för närvarande den största kostnaden för solenergi – genom att göra det möjligt att få ut samma mängd ström. hälften så många celler.
Både de celler som Bandgap är på väg att introducera och de celler som det hoppas kunna producera på lång sikt bygger på idén att minimera den energiförlust som vanligtvis uppstår när ljus passerar oabsorberat genom en solcell eller när vissa våglängder av ljus absorberas men inte har inte tillräckligt med energi för att lossa elektroner för att skapa elektricitet. (Den energin går till spillo som värme.) I en konventionell solcell går minst två tredjedelar av energin i solljus till spillo – vanligtvis mycket mer.
Företagets befintliga teknik använder sig av det faktum att när ljus möter nanotrådarna bryts det på ett sätt som får det att studsa runt i solcellen istället för att bara röra sig genom den eller studsa av den. Det ökar dess chanser att absorberas (se Black Silicon Solar Cells to Capture More Light).
Men vad Bandgap i slutändan vill göra är att förändra hur ljus omvandlas till elektricitet inuti cellen. Om nanotrådarna kan göras tillräckligt enhetligt, och om de kan formas på ett sådant sätt att deras atomer radas upp längs vissa plan, kan de små strukturerna förändra kiselns elektroniska egenskaper. Dessa förändringar kan tillåta solceller att generera elektricitet från lågenergiljus som normalt bara producerar värme, säger Marcie Black, företagets grundare och tekniska chef. Den gör detta delvis genom att tillhandahålla ett sätt att kombinera energi från mer än en foton av lågenergiljus.
Tekniken kan ta många år att utveckla. För det första kräver det mycket exakt kontroll över egenskaperna hos var och en av miljontals nanotrådar. Dessutom kanske de tekniker som behövs för att göra solcellerna inte är tillräckligt billiga eller tillförlitliga för att producera dem i stor skala. Men sådana solceller skulle teoretiskt kunna omvandla 60 procent av energin i solljus till elektricitet. Det kommer att bli svårt att uppnå i praktiken, så företaget siktar på en mer blygsam verkningsgrad på 38 procent, vilket fortfarande är mer än dubbelt så mycket som vanliga kiselsolceller som tillverkas nu.
Forskare tar flera andra tillvägagångssätt för att producera mycket högeffektiva solceller, som att använda kvantprickar eller att kombinera flera typer av material (se TR10: Nanocharge Solar and New Materials Make Photovoltaics Better ). Nanotrådstekniken kan dock vara enklare. I teorin har tillvägagångssättet många potentiella fördelar, men du måste få det att fungera, säger Andrew Norman, senior forskare vid National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colorado. Bandgap har ännu inte byggt solceller med det tillvägagångssätt som man hoppas kunna följa på lång sikt, men det har gjort indirekta mätningar som visar att dess nanotrådar kan förändra kiselets elektroniska egenskaper. Detta är fortfarande i forskningsfasen, säger Black. Vi är väldigt ärliga mot investerare – det finns fortfarande mycket arbete att göra.