Czy przełomowa technologia słoneczna ujrzy światło dzienne?

Jednostka napędowa to prostokątna płyta wielkości ekranu kinowego. Jest zamontowany na grubym stalowym słupku i wyposażony w mechanizm śledzący, który stale kieruje go w stronę słońca. Płyta składa się z ponad 100 000 małych soczewek i takiej samej liczby jeszcze mniejszych ogniw słonecznych, każde wielkości końcówki długopisu. To urządzenie jest częścią jednego z najbardziej wydajnych urządzeń wykorzystujących energię słoneczną, jakie kiedykolwiek wyprodukowano.

Sempriusz, startup z siedzibą w Durham w Karolinie Północnej, twierdzi, że następna generacja tego bloku energetycznego sprawi, że energia słoneczna będzie najtańszą opcją dla przedsiębiorstw instalujących nowe elektrownie. Przy polach zawierających ponad 1000 takich urządzeń, przedsiębiorstwa użyteczności publicznej wytwarzałyby energię elektryczną za mniej niż 5 centów za kilowatogodzinę. To nawet taniej niż dzisiejsza najtańsza opcja: nowa instalacja gazu ziemnego.

Technologia powstała w laboratorium Johna Rogersa, profesora chemii oraz inżynierii materiałowej i inżynierii na Uniwersytecie Illinois. Sempriusz zebrał 45 milionów dolarów od inwestorów, w tym firmy Siemens, i ustanowił rekordy wydajności ogniw słonecznych – co oznacza ilość energii słonecznej, która jest przekształcana w energię elektryczną. W tym roku zademonstrował, że może wykorzystać wersję swojej technologii do stworzenia nowatorskiego rodzaju ogniwa słonecznego, które według niektórych może przekształcić połowę energii słonecznej w energię elektryczną, około trzy razy lepiej niż konwencjonalne ogniwa słoneczne.

Jednak pomimo całej obietnicy technologii, Sempriusz jest w trudnej sytuacji finansowej. Aby technologia była opłacalna, Sempriusz musi znacznie zwiększyć produkcję swoich ogniw słonecznych. W tej chwili może wyprodukować wystarczającą ilość jednostek słonecznych, aby wyprodukować sześć megawatów energii rocznie, ale musi to zwiększyć do co najmniej 200 megawatów. Firma zbiera 40 milionów dolarów w nadziei, że to zrobi. Obecni inwestorzy twierdzą, że wniosą swój wkład i na razie pożyczają firmie pieniądze, aby utrzymać ją w biznesie, ale nie będą tego robić w nieskończoność. Firma wkrótce potrzebuje nowego inwestora. W przeciwnym razie może zapaść.

Kłopoty Sempriusa stały się dobrze znane firmom solarnym. Założona w 2005 roku firma Semprius była częścią fali inwestycji venture capital kilka lat później, które sfinansowały setki nowych firm fotowoltaicznych (patrz Alta Devices: Finding a Solar Solution ). To jedna z niewielu z tych firm, które wciąż istnieją. Wiele innych zawiodło lub zostało nabytych za grosze za dolara. Inwestorzy stracili ponad 1 miliard dolarów. Wynikający z tego sprzeciw utrudnił firmom fotowoltaicznym, niezależnie od ich zasług, uzyskanie inwestycji, których potrzebują, aby udowodnić swoją technologię.

W 2007 r. inwestorzy venture capital rzucali pieniędzmi na firmy fotowoltaiczne. Wszystko, co musisz mieć, to energia słoneczna w twoim imieniu. A przynajmniej zacznij od litery S, mówi Scott Burroughs, dyrektor ds. technologii Sempriusa. Teraz jest dokładnie odwrotnie, mówi. Zamiast rzucać pieniędzmi na firmy, nawet nie biorą pod uwagę jednej, jeśli jest ona związana z energią słoneczną.

Rodzi to niepokojącą możliwość – czy przełomowa technologia, która sprawi, że energia słoneczna będzie naprawdę konkurencyjna, nigdy nie ujrzy światła dziennego, nie z powodu braku wartości technicznych, ale dlatego, że inwestorzy się wystraszyli?

Magiczna pieczątka

Sempriusz tak naprawdę nie prosi o tyle pieniędzy. W okresie rozkwitu bańki technologii słonecznych nieszczęsny startup Solyndra zebrał około 1 miliarda dolarów od inwestorów venture capital, a kolejne pół miliarda otrzymał od rządu USA w formie pożyczki na budowę dużej fabryki, aby udowodnić swoją technologię. Kilka lat temu Sempriusz nie miałby problemów z zebraniem 40 milionów dolarów, aby zwiększyć wydajność i obniżyć koszty do progu rentowności. W przeciwieństwie do wielu wcześniejszych firm zajmujących się energią słoneczną, które postawiły na rozwój całkowicie nowego sprzętu produkcyjnego, Sempriusz używa głównie niedrogiego, gotowego sprzętu, częściowo z branży LED. Może po prostu rosnąć, wykorzystując nadwyżkę mocy w istniejących zakładach produkcyjnych LED.

Firma nie byłaby możliwa bez jednego kluczowego fragmentu nowej technologii produkcji, ale to również jest niezwykle proste. W pilotażowej fabryce Sempriusa w Henderson w Północnej Karolinie tę technologię można znaleźć w dwóch oszklonych urządzeniach, z których każde jest niewiele większe niż kopiarka biurowa. Na końcu ramienia robota, celowo niewidocznego, znajduje się pieczątka z wytłoczonym wzorem. Ta pieczęć jest tym, co umożliwia wysokowydajną i tanią energię słoneczną Sempriusa.

Znaczek, opracowany w laboratorium Rogersa, pozwala Sempriuszowi ulepszyć rodzaj energii słonecznej zwanej skoncentrowaną fotowoltaiką, która istnieje od dziesięcioleci (patrz Ultra-wydajna energia słoneczna). Pomysł polega na tym, że możesz zwiększyć ilość energii gromadzonej przez każde ogniwo słoneczne, umieszczając soczewki nad ogniwem, aby skupić w nim światło. Istniejące wersje tej technologii mogą wykorzystywać soczewkę o powierzchni około 400 centymetrów kwadratowych i skupiać ją na jednocentymetrowym ogniwie słonecznym, przy współczynniku koncentracji 400.

Pieczęć Sempriusa umożliwia wykonanie szeregu ogniw słonecznych, które są znacznie mniejsze i cieńsze niż te, które były używane do koncentracji fotowoltaiki. Aby technologia koncentracji działała, ogniwa słoneczne muszą być zebrane i ułożone w szyk, aby można je było sparować z szeregiem soczewek – i tu właśnie pojawia się gumowa pieczątka. Może zbierać i przenosić tysiące maleńkich ogniwa słoneczne od razu bez ich łamania, całkowicie zmieniając ekonomię korzystania z małych ogniw słonecznych.

Małe komórki mają wiele zalet; ponieważ wymagają niewielkiej ilości materiału, mogą być wykonane z drogich rodzajów półprzewodników, które są znacznie wydajniejsze niż krzem. Co więcej, dobrze odprowadzają ciepło i mogą działać w bardzo skoncentrowanym świetle słonecznym. Dzięki temu możliwy jest stosunek stężenia 1600 do 1, a nie 400 do 1. Potrzebujesz znacznie mniej materiałów i nieruchomości, aby wytworzyć taką samą ilość energii, jak typowe ogniwo słoneczne.

Te zalety i kilka sprytnych konstrukcji soczewek pozwoliły Sempriuszowi pobić rekord wydajności energii słonecznej w 2012 roku. Burroughs twierdzi jednak, że kolejny postęp, dokonany w tym roku, pozwoliłby firmie pójść jeszcze dalej. Sempriusz zademonstrował kolejną zaletę stempli gumowych — ich zdolność do szybkiego i bardzo dokładnego układania na sobie ogniw wykonanych z różnych półprzewodników. Naukowcy od jakiegoś czasu chcieli to zrobić, ponieważ pozwoliłoby im to dopasować materiały półprzewodnikowe do każdej części widma słonecznego. Niektóre długości fal światła byłyby pochłaniane przez jeden materiał, a reszta przechodziłaby do półprzewodników poniżej i tak dalej.

Fizyczne układanie ogniw nie było praktyczne w przypadku konwencjonalnego sprzętu produkcyjnego. Gumowa pieczątka Sempriusa i niezwykle cienkie warstwy półprzewodnika sprawiają, że stosunkowo łatwo można wyrównać ogniwa i połączyć je elektrycznie.

Burroughs przewiduje, że w przyszłym roku Sempriusz pobije obecny rekord, a następnie szybko pobije nowy, optymalizując technologię. To znaczy, jeśli firma może przetrwać do przyszłego roku.

Dolina Ciemności

Siemens nabył udziały w firmie Sempriusz w czerwcu 2011 roku. Po szczegółowym zbadaniu swojej technologii, mówi Thomas Mart, globalny dyrektor ds. działalności słonecznej w firmie Siemens, to, co zobaczyliśmy, to sposób na uzyskanie bardzo niskich kosztów energii elektrycznej.

Plan zakładał współpracę Siemensa i Sempriusa, przy czym Sempriusz produkował swoje skoncentrowane urządzenia fotowoltaiczne, a Siemens korzystał ze swojego doświadczenia w budowie elektrowni słonecznych. Ale 15 miesięcy po tym, jak Siemens zainwestował w Sempriusa, wszystko się rozpadło.

Biorąc pod uwagę wszystkie rzeczy, które wydarzyły się w branży fotowoltaicznej w ciągu ostatnich dwóch do trzech lat, w tym implozje innych małych start-upów, nasi inwestorzy mają wszelkie powody, by iść na wzgórza.

Ogromne inwestycje w konwencjonalną krzemową energię słoneczną, zwłaszcza w Chinach, obniżyły koszty produkcji, ale także zalały rynek tanimi panelami słonecznymi. Biorąc pod uwagę podaż tanich paneli słonecznych, konkurowanie firm z alternatywnymi technologiami — takimi jak cienkowarstwowa energia słoneczna lub skoncentrowana fotowoltaika — stało się prawie niemożliwe. Dziesiątki obiecujących startupów fotowoltaicznych zawiodły, a przewidywany rynek skoncentrowanej fotowoltaiki skurczył się, przekonując Siemensa do wycofania się z biznesu, kończąc współpracę i wyznaczając początek trudnych czasów dla Sempriusa.

Urządzenia słoneczne Sempriusa najlepiej nadają się do zastosowania w elektrowniach słonecznych. Posiadanie wsparcia Siemensa pomogłoby przekonać przedsiębiorstwa użyteczności publicznej do skorzystania z nowatorskiej technologii. Bez takiego partnera ta praca jest znacznie trudniejsza.

Co gorsza dla Sempriusa, konwencjonalne krzemowe panele słoneczne wciąż mogą stać się znacznie tańsze i wydajniejsze. Nowe sposoby wytwarzania płytek krzemowych, najdroższej części ogniwa słonecznego, mogą obniżyć koszty płytek o połowę lub więcej (patrz Modlitwa o cud energetyczny ). Nowe projekty ogniw słonecznych zwiększają swoją wydajność. Takie postępy mogą ostatecznie sprawić, że energia słoneczna będzie tańsza niż paliwa kopalne, nawet bez technologii Sempriusa.

Ale energia słoneczna na bazie krzemu jeszcze nie istnieje, a to jest szansa dla Sempriusa. Amerykańska Administracja Informacji Energetycznej szacuje, że nowe elektrownie słoneczne będą wytwarzać energię na poziomie nieco poniżej 15 centów na kilowatogodzinę – znacznie więcej niż 6,5 centa na kilowatogodzinę energii na gaz ziemny. Tak więc, jeśli Sempriusz ma rację, że wkrótce będzie miał technologię wytwarzania paneli słonecznych zdolnych do wytwarzania energii elektrycznej na poziomie około 5 centów za kilowatogodzinę, jego technologia może być atrakcyjna dla tych, którzy planują nowe elektrownie. Nie jest wymagany żaden wynalazek, tylko dobra, solidna inżynieria, mówi Burroughs.

Dlatego Sempriusz kontynuuje poszukiwania nowego inwestora, który mógłby zwiększyć skalę swojej technologii. Prowadzi w miejscach nasłonecznionych, gdzie jej systemy działają najlepiej, takich jak Arabia Saudyjska i część Meksyku. Co najmniej jeden potencjalny inwestor w Chinach jest zainteresowany, mówi Burroughs.

Biorąc pod uwagę wszystkie rzeczy, które wydarzyły się w branży fotowoltaicznej w ciągu ostatnich dwóch do trzech lat, w tym implozje innych małych start-upów, nasi inwestorzy mają wszelkie powody, by iść na wzgórza, mówi CEO Sempriusa. Józef Carr . Ale nasi klienci i partnerzy — wszyscy mówią, że spełniamy to, co mówimy, że zamierzamy zrobić. To przekonuje naszych obecnych inwestorów, że jeśli uda nam się przedostać przez tę dolinę ciemności, na końcu jest szansa.

Inwestorzy ci mają nadzieję, że wkrótce zostanie podpisany inwestor strategiczny. Utrzymują finansowanie firmy, podczas gdy ona zbiera więcej pieniędzy, nie dlatego, że chcemy dawać dary na cele charytatywne, mówi inwestor Sempriusa Clinton Bybee, inwestor venture capital w ARCH Venture Partners. Wierzymy, że to może być bardzo duże.

ukryć