211service.com
Een Xerox-apparaat voor Super Zonnepanelen
De technologiegigant die synoniem staat voor gefotokopieerde documenten heeft zijn zinnen gezet op zeer efficiënte zonnepanelen.
Onderzoekers van PARC, een op R&D gerichte dochteronderneming van Xerox, zeggen dat ze een nieuw digitaal printproces ontwikkelen dat het veel goedkoper zou kunnen maken om geconcentreerde fotovoltaïsche zonne-energiesystemen in massa te produceren. Dergelijke systemen kunnen de efficiëntie van zonnecellen drastisch verhogen door lenzen te gebruiken om het zonlicht op kleine cellen te concentreren en te focussen.
Het verhogen van de efficiëntie kan een effectieve manier zijn om de kosten van zonnepanelen te verlagen, waarvan de prijs de afgelopen jaren al dramatisch is gedaald. Veel van de kosten van conventionele siliciumsystemen zijn nu te wijten aan zaken als bedrading, installatie en vergunningen. Efficiëntere panelen zouden betekenen dat we er minder nodig hebben om dezelfde hoeveelheid stroom te produceren, wat op zijn beurt de kosten van hardware en installatie verlaagt. Maar geconcentreerde fotovoltaïsche technologie heeft tot nu toe geen grip gekregen omdat het nog steeds te duur en omvangrijk is om te concurreren met conventionele siliciumzonnepanelen.
PARC hoopt de technologie concurrerender te maken door de componenten te verkleinen en een nieuwe flatpanel-vormfactor te ontwerpen, en door een relatief goedkoop productieproces te ontwikkelen. Het nieuwe proces zal voortbouwen op een grotere inspanning van PARC-onderzoekers om een nieuw soort printer uit te vinden die nauwkeurig inkt kan afzetten die is gemaakt van kleine halfgeleiderchips, chiplets genaamd, door gebruik te maken van assemblageprincipes die vergelijkbaar zijn met die achter Xerox-fotokopieerapparaten.
Tot nu toe hebben ze alleen het vermogen aangetoond om kleinschalige apparaten te maken door een paar geprinte chiplets aan elkaar te bedraden. Maar uiteindelijk zou de techniek mensen in staat kunnen stellen zeer grote opstellingen van kleine elektrische en optische componenten te ontwerpen en af te drukken, vergelijkbaar met de manier waarop ze een document zouden ontwerpen en afdrukken met een Xerox-printer, zeggen de PARC-onderzoekers. Ze zeggen dat dit het mogelijk moet maken om een nieuwe klasse elektronische apparaten te ontwikkelen die zijn gemaakt van gedrukte arrangementen van verschillende soorten chiplets.
De eerste echte toepassing zou een nieuw soort zonne-energiesysteem kunnen zijn. In augustus won de PARC-groep, samen met medewerkers van Sandia National Laboratories, een subsidie van ARPA-E om het innovatieve printproces toe te passen om microschaalreeksen van fotovoltaïsche cellen op een flatpanel te bouwen, en de groep heeft drie jaar om het te doen ( zie DOE Pogingen om Concentrated Solar snel te starten).
In de afgelopen jaren hebben ingenieurs manieren ontwikkeld om de componenten die nodig zijn voor het concentreren en focussen van zonlicht te verkleinen tot op de millimeterschaal. Onderzoekers van Sandia National Laboratories hebben zonnecellen op microschaal ontwikkeld die kunnen worden gecombineerd met die concentrerende elementen in een plat-paneelontwerp. Maar hoe kleiner de componenten, hoe meer afzonderlijke onderdelen er moeten worden geassembleerd voor een bepaald gebied, en ze moeten met uiterste precisie worden gerangschikt, zegt Patrick Maeda , hoofdingenieur bij PARC.
De bestaande methode om dit te doen, waarbij gebruik wordt gemaakt van een geautomatiseerd systeem dat afzonderlijke componenten oppikt en op doelplekken plaatst, is veel te duur om de ambitieuze kostendoelstelling van ARPA-E te halen, zegt Maeda. De PARC-onderzoekers zeggen dat de nieuwe printaanpak zou kunnen leiden tot een productieproces met hoge snelheid dat orden van grootte goedkoper is voor het bouwen van deze microschaalsystemen over grote gebieden.
De grote uitdaging is nu om een systeem te ontwerpen en te bouwen met honderden aan elkaar bekabelde chiplets, zegt Eugene Chow , een PARC-hoofdwetenschapper. Over drie jaar moet de groep een elektrisch functionele reeks zonnecelchiplets leveren. Een dergelijke backplane zou dan kunnen worden gecombineerd met optische miniatuurcomponenten die kunnen worden gemaakt met behulp van methoden die gewoonlijk worden gebruikt voor het vervaardigen van optische films met een groot oppervlak die worden gebruikt in platte beeldschermen.
De ARPA-E-financiering heeft de groep ertoe aangezet om serieuzer te worden over industriële toepassingen voor het chiplet-afdrukproces, zegt Chow. Maar we hebben nog een lange weg te gaan.