211service.com
Holografische zonne-energie
De belangrijkste beperking van zonne-energie op dit moment zijn de kosten, omdat het kristallijne silicium dat wordt gebruikt om de meeste fotovoltaïsche zonnecellen (PV) te maken, erg duur is. Een manier om deze kostenfactor te overwinnen, is door het licht van de zon te concentreren met behulp van spiegels of lenzen, waardoor het totale siliciumoppervlak dat nodig is om een bepaalde hoeveelheid elektriciteit te produceren, wordt verkleind. Maar traditionele lichtconcentrators zijn omvangrijk en onaantrekkelijk - minder dan ideaal voor gebruik op daken in voorsteden.
In de concentrators van Prism Solar wisselen rijen siliciumzonnecellen af met rijen transparante hologrammen. (Met dank aan Prism Solar)
nutsvoorzieningen Prisma zonne-technologieën uit Stone Ridge, NY, heeft een proof-of-concept zonnemodule ontwikkeld die hologrammen gebruikt om licht te concentreren, waardoor de kosten van zonnepanelen mogelijk met wel 75 procent worden verlaagd, waardoor ze kunnen concurreren met elektriciteit die wordt opgewekt uit fossiele brandstoffen.
De nieuwe technologie vervangt lelijke concentrators door slanke platte panelen gelamineerd met hologrammen. De panelen, zegt Rick Lewandowski, de president en CEO van het bedrijf, zijn een elegantere oplossing voor traditionele concentrators en kunnen op daken worden geïnstalleerd - of zelfs worden ingebouwd in ramen en glazen deuren.
Het systeem heeft 25 tot 85 procent minder silicium nodig dan een kristallijn siliciumpaneel van vergelijkbaar wattage, zegt Lewandowski, omdat het fotovoltaïsche materiaal niet het hele oppervlak van een zonnepaneel hoeft te bedekken. In plaats daarvan is het PV-materiaal in meerdere rijen gerangschikt. Een laag hologrammen - door lasers gecreëerde patronen die licht verstrooien - stuurt licht in een laag glas waar het blijft reflecteren op het binnenoppervlak van het glas totdat het zijn weg vindt naar een van de stroken PV-silicium. Het verminderen van het benodigde PV-materiaal zou de kosten kunnen verlagen van ongeveer $ 4 per watt tot $ 1,50 voor kristallijn siliciumpanelen, zegt hij.
Het bedrijf verwacht nog eens $ 6 miljoen van geïnteresseerde durfkapitalisten binnen te halen en tegen het einde van het jaar te beginnen met de productie van zijn modules van de eerste generatie, tegen een verkoopprijs van ongeveer $ 2,40 per watt. Modules van de volgende generatie met meer geavanceerde technologie zouden de kosten verder moeten verlagen.
In hun vermogen om licht te concentreren, zijn hologrammen niet zo krachtig als conventionele concentrators. Ze kunnen de hoeveelheid licht die op de cellen valt slechts met een factor 10 vermenigvuldigen, terwijl op lenzen gebaseerde systemen het licht met een factor 100 kunnen verhogen, en sommige zelfs tot 1.000.
Maar traditionele concentratoren zijn ingewikkeld. Omdat de lenzen of spiegels die het licht bundelen, rechtstreeks naar de zon gericht moeten zijn, moeten ze de zon mechanisch volgen. Ze verwarmen ook de zonnecellen en hebben dus een koelsysteem nodig. Als gevolg hiervan zijn ze, hoewel ze het licht met meer intensiteit omleiden dan het hologramapparaat, onpraktisch... en niet zo praktisch voor huishoudelijk gebruik, zegt de woordvoerder van het National Renewable Energy Laboratory, George Douglas.
Hologrammen hebben voordelen die hun relatief zwakke concentratievermogen goedmaken. Ze kunnen bepaalde frequenties selecteren en deze focussen op zonnecellen die het beste werken op die frequenties, waarbij ze zoveel mogelijk licht omzetten in elektriciteit. Ze kunnen ook worden gemaakt om warmtegenererende frequenties weg te leiden van de cellen, zodat het systeem niet hoeft te worden gekoeld. Op deze manier gebruik je efficiënt alleen dat deel van het zonlicht dat er echt toe doet, zegt Selim Shahriar , directeur van het laboratorium voor atomaire en fotonische technologie aan de Northwestern University in Evanston, IL.
Ook kunnen verschillende hologrammen in een concentratormodule worden ontworpen om licht vanuit verschillende hoeken te focussen, zodat ze geen bewegende delen nodig hebben om de zon te volgen.
Het systeem van Prism Solar bevat deze voordelen. Desalniettemin, om te kunnen concurreren met andere zonnetechnologieën die tegenwoordig beschikbaar zijn, moet het bedrijf mogelijk zijn prijs verlagen tot onder de $ 2,40 per watt, zegt Christo Stojanoff, emeritus hoogleraar engineering aan de Technische Universiteit van Aken in Duitsland.
CEO Lewandowski zegt dat de holografische modules over een paar jaar ongeveer $ 1,50 per watt zullen kosten, met behulp van hun technologie van de tweede generatie, waarbij zonnecellen zijn ingeklemd tussen twee glazen panelen met hologrammen. Tegen die prijs zullen ze beginnen te concurreren met elektriciteit die wordt opgewekt met fossiele brandstoffen, die nu bijna drie keer minder kost dan conventionele zonne-elektriciteit, volgens het in San Francisco, CA gevestigde onderzoeks- en adviesbureau Zonne-buzz .
Het intensieve gebruik van glas van de modules zou hun kosten kunnen verhogen, zegt Douglas. Toch zou zo'n nieuw idee voor een concentrator, waarbij gebruik wordt gemaakt van hologrammen, een lucratieve investering kunnen zijn omdat het minder silicium nodig heeft dan flat-panelmodules en dus geld bespaart. De grote vraag naar zonnecellen in Duitsland en andere Europese landen is nu groter dan het aanbod, wat heeft geleid tot een tekort aan silicium en een tekort aan productie in de fotovoltaïsche wereld, zegt hij.
Hoewel het idee van holografische zonneconcentratoren al bestaat sinds het begin van de jaren tachtig, heeft niemand ze commercieel ontwikkeld, volgens professor Stojanoff, die de techniek uitgebreid heeft onderzocht. Zijn bedrijf, Holotec GmbH in Aken, Duitsland, onderzoekt en produceert holografische materialen. Ook Northeast Photosciences, een in Hollis, NH gevestigd bedrijf, kwam dicht bij de productie, voordat het ter ziele ging om redenen die niets met technologie of financiën te maken hadden, zegt hij.
Dus als alles volgens plan verloopt, zou Prism Solar het eerste bedrijf kunnen zijn dat holografische zonneconcentratormodules produceert en verkoopt.