Kommer en banbrytande solteknik att se dagens ljus?

Kraftenheten är en rektangulär platta ungefär lika stor som en bioduk. Den är monterad på en tjock stålstolpe och utrustad med en spårmekanism som kontinuerligt riktar den mot solen. Plattan är gjord av över 100 000 små linser och lika många ännu mindre solceller, var och en lika stor som spetsen på en kulspetspenna. Denna utrustning är en del av en av de mest effektiva solenergienheter som någonsin tillverkats.

Semprius, en startup baserad i Durham, North Carolina, hävdar att nästa generation av denna kraftenhet kommer att göra solenergi till det billigaste alternativet för elbolag som installerar nya kraftverk. Med fält på över 1 000 av dessa enheter skulle elbolag producera el för mindre än 5 cent per kilowattimme. Det är till och med billigare än dagens billigaste alternativ: en ny naturgasanläggning.

Tekniken har sitt ursprung i labbet av John Rogers, professor i kemi och materialvetenskap och ingenjörskonst vid University of Illinois. Semprius har samlat in 45 miljoner dollar från investerare inklusive Siemens, och har satt rekord för solcellseffektivitet – vilket betyder mängden energi i solljus som omvandlas till elektricitet. I år visade den att den kunde använda en version av sin teknologi för att göra en ny sorts solcell som, vissa tror, ​​kan omvandla hälften av energin i solljus till elektricitet, ungefär tre gånger bättre än konventionella solceller.

Men trots allt löfte om tekniken är Semprius i en tuff ekonomisk situation. För att sin teknik ska vara kostnadseffektiv måste Semprius skala upp produktionen av sina solceller rejält. Just nu kan den göra tillräckligt med solceller för att producera sex megawatt kraft per år, men det måste höjas till minst 200 megawatt. Företaget samlar in 40 miljoner dollar i hopp om att göra detta. Dess nuvarande investerare säger att de kommer att bidra, och för närvarande lånar de ut företaget pengar för att hålla det i affärer, men de kommer inte att göra det för alltid. Bolaget behöver snart en ny investerare. Annars kan det gå under.

Semprius situation har blivit en bekant för solenergistartuper. Semprius grundades 2005 och var en del av en våg av riskkapitalinvesteringar ett par år senare som finansierade hundratals nya solenergiföretag (se Alta Devices: Finding a Solar Solution ). Det är ett av endast ett fåtal av dessa företag som fortfarande finns kvar. Många av de andra misslyckades eller förvärvades för slantar på dollarn. Investerare förlorade mer än 1 miljard dollar. Den resulterande motreaktionen har gjort det svårt för alla solenergiföretag, oavsett deras meriter, att få de investeringar de behöver för att bevisa sin teknologi.

2007 kastade riskkapitalister pengar på solenergiföretag. Allt du behöver ha är solenergi i ditt namn. Eller åtminstone börja med bokstaven S, säger Scott Burroughs, Semprius tekniska chef. Nu är det precis tvärtom, säger han. Istället för att kasta pengar på företag överväger de inte ens en om det är förknippat med solenergi.

Det ger upphov till en oroande möjlighet – kan en banbrytande teknik som kan göra solenergi verkligt konkurrenskraftig aldrig se dagens ljus, inte på grund av bristande tekniska meriter, utan på grund av att investerare har skrämts?

Magisk stämpel

Semprius ber faktiskt inte om så mycket pengar. Under solteknikbubblans storhetstid samlade den ödesdigra startupen Solyndra in cirka 1 miljard dollar från riskkapitalister och fick ytterligare en halv miljard från den amerikanska regeringen i form av ett lån för att bygga en stor fabrik för att bevisa sin teknologi. För några år sedan skulle Semprius inte ha haft några problem att få in 40 miljoner dollar så att det kunde öka kapaciteten och sänka kostnaderna till nollpunkten. Till skillnad från många tidigare solcellsstartups som spelat på att utveckla helt ny tillverkningsutrustning, använder Semprius mestadels billig utrustning från hyllan, en del av det från LED-industrin. Den skulle kunna växa helt enkelt genom att använda överkapacitet vid befintliga LED-tillverkningsanläggningar.

Företaget skulle inte vara möjligt utan en nyckelbit av ny tillverkningsteknik, men det är också anmärkningsvärt enkelt. På Semprius pilotfabrik i Henderson, North Carolina, finns den tekniken inuti två inglasade enheter, var och en inte mycket större än en kontorskopiator. I slutet av en robotarm, och medvetet hålls utom synhåll, finns en gummistämpel präglad med ett mönster. Denna stämpel är det som gör Semprius högeffektiva och billiga solenergi möjlig.

Stämpeln, utvecklad i Rogers labb, tillåter Semprius att förbättra en typ av solenergi som kallas koncentrerad solcell, som har funnits i decennier (se Ultra-Efficient Solar). Tanken är att du kan öka mängden energi som en solcell samlar in genom att sätta linser över cellen för att fokusera ljus i den. Befintliga versioner av den här tekniken kan använda en lins med en yta på cirka 400 kvadratcentimeter och fokusera den på en encentimeters solcell, för ett koncentrationsförhållande på 400.

Semprius stämpel gör det möjligt att göra uppsättningar av solceller som är mycket mindre och tunnare än de som hade använts för att koncentrera solceller. För att koncentrationstekniken ska fungera måste solcellerna plockas upp och ordnas i en grupp så att de kan paras ihop med en rad linser – och det är där gummistämpeln kommer in. Den kan plocka upp och överföra tusentals av de små solceller på en gång utan att gå sönder dem, vilket helt förändrar ekonomin med att använda små solceller.

Små celler har många fördelar; eftersom de kräver lite material kan de tillverkas av dyra typer av halvledare som är mycket effektivare än kisel. Dessutom avleder de värme bra och kan fungera under mycket koncentrerat solljus. Det gör ett koncentrationsförhållande på 1 600 till 1 möjligt snarare än 400 till 1. Du skulle behöva mycket mindre material och fastigheter för att generera samma mängd ström som en vanlig solcell.

Dessa fördelar, och några smarta linsdesigner, gjorde att Semprius slog ett rekord för solenergieffektivitet 2012. Men Burroughs säger att ytterligare ett framsteg, som gjordes i år, skulle göra det möjligt för företaget att gå ännu längre. Semprius visade en annan fördel med gummistämplarna - deras förmåga att snabbt och mycket exakt stapla celler gjorda av olika halvledare ovanpå varandra. Forskare har velat göra detta under en tid, eftersom det skulle göra det möjligt för dem att matcha halvledarmaterial till varje del av solspektrumet. Vissa våglängder av ljus skulle absorberas av ett material, och resten skulle passera till halvledarna nedan, och så vidare.

Att fysiskt stapla celler var inte praktiskt med konventionell tillverkningsutrustning. Semprius gummistämpel och extremt tunna lager av halvledare gör det relativt enkelt att rikta in cellerna och elektriskt ansluta dem.

Burroughs förutspår att Semprius nästa år kommer att slå det nuvarande rekordet och sedan snabbt slå det nya eftersom det optimerar tekniken. Om företaget kan överleva till nästa år vill säga.

Mörkrets dal

Siemens förvärvade sin andel i Semprius i juni 2011. Efter en detaljerad granskning av dess teknologi, säger Thomas Mart, global chef för solenergiaktiviteter på Siemens, vad vi såg är ett sätt att komma till mycket låga elkostnader.

Planen hade varit att Siemens och Semprius skulle arbeta tillsammans, där Semprius producerade sina koncentrerade solcellsapparater och Siemens utnyttjade sin expertis inom att bygga solkraftverk. Men 15 månader efter att Siemens investerade i Semprius föll allt sönder.

Med tanke på allt som har hänt i solenergiindustrin under de senaste två till tre åren, inklusive implosioner av andra små startups, har våra investerare all anledning att bege sig mot kullarna.

Enorma investeringar i konventionell kiselsolenergi, särskilt i Kina, hade sänkt produktionskostnaderna men också översvämmat marknaden med billiga solpaneler. Med tanke på utbudet av billiga solpaneler blev det nästan omöjligt för företag med alternativ teknik – som tunnfilmssolenergi eller koncentrerad solcellsanläggning – att konkurrera. Dussintals lovande solcellsstartuper misslyckades och den förväntade marknaden för koncentrerad solcellsanläggning krympte, vilket övertygade Siemens att ta sig ur verksamheten, avslutade partnerskapet och markerade början på svåra tider för Semprius.

Semprius solenergiapparater är bäst lämpade för användning i solkraftverk. Att ha stöd från Siemens skulle ha hjälpt till att övertyga företag att ta en chans på ny teknik. Utan en sådan partner är det jobbet mycket svårare.

För att göra saken värre för Semprius har konventionella kiselsolpaneler fortfarande utrymme att bli betydligt billigare och effektivare. Nya sätt att tillverka kiselwafers, den dyraste delen av en solcell, skulle kunna sänka waferkostnaderna med hälften eller mer (se Praying for an Energy Miracle ). Nya solcellsdesigner ökar effektiviteten. Sådana framsteg kan så småningom göra solenergi billigare än fossila bränslen, även utan Semprius teknologi.

Men kiselbaserad solenergi finns inte där ännu, och det är möjligheten för Semprius. U.S. Energy Information Administration uppskattar att nya solkraftverk kommer att producera kraft till knappt 15 cent per kilowattimme - mycket högre än 6,5 cent per kilowattimme för naturgaskraft. Således, om Semprius har rätt i att det snart kommer att ha teknologi för att göra solpaneler som kan producera elektricitet till cirka 5 cent per kilowattimme, kan dess teknik vara attraktiv för dem som planerar nya kraftverk. Ingen uppfinning krävs, bara bra, gedigen ingenjörskonst, säger Burroughs.

Så Semprius fortsätter sitt sökande efter en ny investerare för att skala upp sin teknologi. Det har leder på soliga platser, där dess system fungerar bäst, som Saudiarabien och delar av Mexiko. Minst en potentiell investerare i Kina är intresserad, säger Burroughs.

Med tanke på allt som har hänt inom solenergiindustrin under de senaste två till tre åren, inklusive implosioner av andra små startups, har våra investerare all anledning att bege sig mot kullarna, säger Semprius VD Joseph Carr . Men våra kunder och partners – alla säger att vi lever upp till det vi säger att vi ska göra. Det övertygar våra nuvarande investerare att om vi kan ta oss igenom den här mörkrets dal så finns det en möjlighet i slutet.

Dessa investerare är hoppfulla om att en strategisk investerare kan tecknas snart. De har hållit företaget finansierat medan det samlar in mer pengar, inte för att vi vill ge välgörenhetsgåvor, säger Semprius-investeraren Clinton Bybee, en riskkapitalist på ARCH Venture Partners. Vi tror att detta kan bli mycket stort.

Dölj