211service.com
Hoe de kracht van zonnepanelen te verdubbelen
In een poging om de kosten van zonne-energie verder te verlagen, Bandgap-techniek , een startup in Woburn, Massachusetts, ontwikkelt een op nanodraad gebaseerde zonnecel die uiteindelijk twee keer zoveel stroom kan opwekken als conventionele zonnecellen.
Dat is een langetermijnproject, maar ondertussen staat het bedrijf op het punt een eenvoudigere versie van de technologie te gaan verkopen, met silicium nanodraden die de prestaties kunnen verbeteren en de kosten van conventionele siliciumzonnecellen kunnen verlagen. Bandgap zegt dat zijn nanodraden, die kunnen worden gebouwd met behulp van bestaande productietools, het vermogen van zonnecellen verhogen door de hoeveelheid licht die de cellen kunnen absorberen te vergroten.
Op dit moment bouwen de meeste fabrikanten van zonnepanelen geen nieuwe fabrieken omdat de markt voor hun product overvol is. Maar als de marktomstandigheden verbeteren en fabrikanten gaan bouwen, kunnen ze grotere veranderingen in productielijnen doorvoeren. In dat geval zou de Bandgap-technologie het mogelijk kunnen maken om zonnecellen ingrijpender te veranderen. Door bijvoorbeeld de lichtabsorptie te vergroten, kunnen fabrikanten veel dunnere siliciumwafels gebruiken, waardoor het grootste deel van de kosten van een zonnecel wordt verlaagd. Het zou fabrikanten ook in staat kunnen stellen koperdraden te gebruiken in plaats van duurdere zilverdraden om lading van de zonnepanelen te verzamelen.
Deze veranderingen kunnen leiden tot zonnepanelen die meer dan 20 procent van de energie in zonlicht omzetten in elektriciteit (vergeleken met ongeveer 15 procent voor de meeste zonnecellen nu), maar die slechts $ 1 per watt kosten om te produceren en te installeren, zegt Richard Chleboski, CEO van Bandgap. (Zonne-installaties kosten nu een paar dollar per watt, afhankelijk van hun grootte en type.) Over de levensduur van het systeem zouden de kosten tussen de 6 en 10 cent per kilowattuur bedragen. Dat is nog steeds hoger dan de huidige kosten van aardgas in de Verenigde Staten, die ongeveer 4 cent per kilowattuur bedragen. Maar het is laag genoeg om zonne-energie een substantiële markt te verzekeren in veel delen van de wereld waar de energiekosten hoger kunnen zijn, of in bepaalde nichemarkten in de Verenigde Staten.
Ondertussen streeft Bandgap naar technologie die op een dag de efficiëntie voldoende zou kunnen verbeteren om zonne-energie op grote schaal te laten concurreren met fossiele brandstoffen. Verdubbel de efficiëntie van zonnecellen zonder de productiekosten sterk te verhogen, en u verlaagt de kosten per watt van zonnepanelen aanzienlijk en halveert de installatiekosten - momenteel de grootste kostenpost in zonne-energie - door het mogelijk te maken dezelfde hoeveelheid stroom uit te halen van half zoveel cellen.
Zowel de cellen die Bandgap op het punt staat te introduceren als de cellen die het op de lange termijn hoopt te produceren, zijn gebaseerd op het idee om het energieverlies dat typisch optreedt wanneer licht door een zonnecel niet wordt geabsorbeerd of wanneer bepaalde golflengten van licht worden geabsorbeerd, tot een minimum te beperken. niet genoeg energie hebben om elektronen los te maken om elektriciteit te creëren. (Die energie wordt verspild als warmte.) In een conventionele zonnecel wordt ten minste twee derde van de energie in zonlicht verspild - meestal veel meer.
De bestaande technologie van het bedrijf maakt gebruik van het feit dat wanneer licht de nanodraden ontmoet, het wordt gebroken op een manier die ervoor zorgt dat het rondkaatst in de zonnecel in plaats van er gewoon doorheen te bewegen of er vanaf te stuiteren. Dat vergroot de kans om geabsorbeerd te worden (zie Black Silicon Solar Cells to Capture More Light).
Maar wat Bandgap uiteindelijk wil doen, is de manier veranderen waarop licht in de cel wordt omgezet in elektriciteit. Als de nanodraden uniform genoeg kunnen worden gemaakt, en als ze zo kunnen worden gevormd dat hun atomen langs bepaalde vlakken op één lijn liggen, kunnen de kleine structuren de elektronische eigenschappen van silicium veranderen. Door deze veranderingen kunnen zonnecellen elektriciteit opwekken uit energiezuinig licht dat normaal gesproken alleen warmte produceert, zegt Marcie Black, de oprichter en chief technology officer van het bedrijf. Het doet dit gedeeltelijk door een manier te bieden om energie van meer dan één foton van energiezuinig licht te combineren.
De ontwikkeling van de technologie kan vele jaren duren. Om te beginnen vereist het een zeer nauwkeurige controle over de eigenschappen van elk van de miljoenen nanodraden. Ook zijn de technieken die nodig zijn om de zonnecellen te maken misschien niet goedkoop of betrouwbaar genoeg om ze op grote schaal te produceren. Maar zulke zonnecellen zouden in theorie 60 procent van de energie in zonlicht kunnen omzetten in elektriciteit. Dat zal in de praktijk moeilijk te realiseren zijn, dus het bedrijf streeft naar een meer bescheiden 38 procent efficiëntie, wat nog steeds meer dan het dubbele is van de typische siliciumzonnecellen die nu worden gemaakt.
Onderzoekers gebruiken verschillende andere benaderingen om zeer efficiënte zonnecellen te produceren, zoals het gebruik van kwantumdots of het combineren van verschillende soorten materialen (zie TR10: Nanocharging Solar and New Materials Make Photovoltaics Better ). De nanodraadtechnologie zou echter eenvoudiger kunnen. In theorie heeft de aanpak veel potentiële voordelen, maar je moet het werkend krijgen, zegt Andrew Norman, senior onderzoeker bij het National Renewable Energy Laboratory in Golden, Colorado. Bandgap heeft nog geen zonnecellen gebouwd met de aanpak die het op de lange termijn hoopt na te streven, maar het heeft indirecte metingen gedaan die aantonen dat zijn nanodraden de elektronische eigenschappen van silicium kunnen veranderen. Dat zit nog in de onderzoeksfase, zegt Black. We zijn heel eerlijk tegen investeerders - er is nog veel werk te doen.