211service.com
Een scherpere focus voor fotovoltaïsche energie
Richt voldoende zonlicht op een vel papier en je kunt een vuurtje maken. Richt hetzelfde zonlicht op een zonnecel en je kunt veel elektriciteit opwekken. Die strategie voor het verhogen van de efficiëntie van zonne-energie is, zoals Palo Alto, CA-gebaseerde startup SolFocus vorige week gedemonstreerd, een van de populairste trends in alternatieve energie. SolFocus, dat $ 25 miljoen aan durfkapitaalfinanciering heeft binnengehaald om de ontwikkeling van zijn concentrator fotovoltaïsche cellen te versnellen, gebruikt spiegels om zonlicht 500-voudig te focussen op hoogrenderende zonnecellen.
De zonnepanelen van de tweede generatie van SolFocus verlagen de kosten door de benodigde hoeveelheid fotovoltaïsch materiaal te verminderen. Ze gebruiken spiegels ter grootte van een kwart, die het zonlicht op fotovoltaïsche stippen van slechts één millimeter in het vierkant richten. (Bron: SolFocus)
Concentratortechnologie om de output van zonne-energie te verhogen is niet nieuw. Maar dankzij zeer efficiënte fotovoltaïsche energie en nieuwe productietechnieken die betere zonnecellen, lenzen en spiegels creëren, leveren concentrator fotovoltaïsche systemen meer vermogen tegen lagere kosten.
Tegelijkertijd overtreft de tweecijferige groei van de vraag naar zonne-energiesystemen het vermogen van fabrikanten om gelijke tred te houden, gezien het krappe aanbod van silicium voor conventionele zonnecellen en de hoge kosten van de apparatuur die nodig is om ze te produceren (zie Large- Schaal, goedkope zonne-elektriciteit).
De technologie heeft het potentieel om de kosten te verlagen omdat het een fractie van de halfgeleidende materialen gebruikt die licht omzetten in stroom in fotovoltaïsche energie. Het grootste deel van de kosten zit in de lenzen of spiegels om het licht te focussen en volgapparatuur om het apparaat op de zon gericht te houden - elementen die vatbaarder zijn voor schaalvoordelen dan siliciumproductie. Ik kom uit de halfgeleiderindustrie en ik wist dat we nooit de hoeveelheid silicium zouden kunnen opschalen die we nodig zouden hebben om een materiële deuk in de wereldenergievraag te maken, zegt medeoprichter en CEO Gary Conley.
Het ontwerp van SolFocus gebruikt bijvoorbeeld een duizendste zoveel halfgeleidermateriaal per geproduceerde watt als een conventionele silicium fotovoltaïsche cel. De technologie maakt gebruik van samengestelde fotovoltaïsche cellen zoals germanium en galliumarsenide, oorspronkelijk ontworpen voor gebruik in satellieten, die tot 40 procent van de zonne-energie kunnen opvangen die hen raakt - meer dan het dubbele van de efficiëntie van hoogwaardige siliciumcellen.
Maar het grootste deel van de materiaalreductie komt van de concentrator, die volgens Conley lijkt op de koplamp in de meeste moderne auto's. Zet de cel waar de gloeilamp zit en je hebt ons ontwerp, zegt Conley. Spiegels zijn de sleutel: een primaire spiegel die zonlicht richt op een kleinere spiegel erboven, die op zijn beurt het licht op de zonnecel focust.
Het huidige ontwerp van de eerste generatie van SolFocus vormt een reeks spiegels van 635 vierkante centimeter in een glasplaat. Secundaire spiegels die erboven zijn bevestigd, reflecteren het licht door gaten in de plaat op één vierkante centimeter grote hoogrendementscellen eronder.
Een ontwerp van de tweede generatie perst het proces in een enkel glazen blok: licht dat door de bovenkant van het blok straalt, weerkaatst van primaire spiegels gevormd in het ondervlak, tot secundaire spiegels gevormd in het bovenvlak, en terug naar een vierkante millimeter fotovoltaïsche cellen sprongen in het midden van de primaire spiegels.
Terwijl siliciumzonnepanelen tegenwoordig bijna $ 3 per watt kosten om te produceren, zegt Conley dat SolFocus zonnesystemen zal produceren voor $ 2 per watt wanneer het volgend jaar zijn eerste concentratorfabriek opent; en hij zegt dat de productie op gigawattschaal de kosten per watt zal verlagen tot slechts 50 cent. De tweede generatie zou de kosten verder moeten verlagen, zegt Conley, tot 32 cent per watt.
Ondanks deze optimistische beweringen zal SolFocus echter genoeg concurrentie hebben. Robert McConnell van het Amerikaanse ministerie van Energie en een expert op het gebied van geconcentreerde fotovoltaïsche energie, zegt dat SolFocus niet alleen zijn technologie moet bewijzen, maar ook beter moet presteren dan een groeiend aantal concurrenten. Ze hebben minstens drie dozijn concurrenten, waaronder bedrijven die nog veel meer jaren van ontwikkeling hebben, zegt McConnell.
De zwaarste concurrentie van SolFocus zou inderdaad kunnen komen van 's werelds grootste fotovoltaïsche fabrikant, het in Japan gevestigde Sharp, die een concentrator heeft ontwikkeld met Fresnel-lenzen - dezelfde basistechnologie die wordt gebruikt om de signaalbundel in vuurtorens te versterken. Het systeem van Sharp maakt gebruik van een reeks van dergelijke lenzen in een enkel blok relatief goedkoop spuitgegoten plastic.
De McConnell van de DOE zegt dat de meest kritische test voor concentrators de duurzaamheid zal zijn. In de eerste ontwikkelingsperiode van fotovoltaïsche concentratoren in de jaren 70 en 80 had de technologie te lijden onder een reeks rampen, vergelijkbaar met de vliegende bladen en kapotte versnellingsbakken die de pioniers van windenergie teisterden. Zwavel in de lucht heeft spiegels aangetast. Hagel en wind sloegen tere lenzen kapot. Stof blokkeerde de volgapparatuur die nodig was om de systemen op de zon gericht te houden. En in het ergste geval vormden beschadigde systemen ernstig brandgevaar.
De zelfstandige apparaten van SolFocus zouden minder schadegevoelig en veiliger moeten zijn dan hun voorgangers, stelt Conley. Desalniettemin richten ze zich voor hun eerste uitrol op grote veldgebaseerde zonne-energiecentrales en verlaten ze de meer lucratieve commerciële dakenmarkt voor later.