211service.com
Jak podwoić moc paneli słonecznych?
Próbując jeszcze bardziej obniżyć koszty energii słonecznej, Inżynieria Bandgap , start-up w Woburn w stanie Massachusetts opracowuje ogniwo słoneczne oparte na nanoprzewodach, które może ostatecznie generować dwa razy więcej energii niż konwencjonalne ogniwa słoneczne.
To długoterminowy projekt, ale w międzyczasie firma zamierza rozpocząć sprzedaż prostszej wersji technologii, wykorzystującej krzemowe nanodruty, które mogą poprawić wydajność i obniżyć koszty konwencjonalnych krzemowych ogniw słonecznych. Bandgap twierdzi, że jego nanoprzewody, które można zbudować przy użyciu istniejących narzędzi produkcyjnych, zwiększają moc wyjściową ogniw słonecznych poprzez zwiększenie ilości światła, które mogą pochłaniać ogniwa.
Obecnie większość producentów paneli słonecznych nie buduje nowych fabryk, ponieważ rynek ich produktów jest przepełniony. Ale jeśli warunki rynkowe się poprawią i producenci zaczną budować, będą mogli wprowadzić większe zmiany na liniach produkcyjnych. W takim przypadku technologia Bandgap mogłaby umożliwić bardziej znaczącą zmianę ogniw słonecznych. Na przykład, zwiększając absorpcję światła, może umożliwić producentom stosowanie znacznie cieńszych płytek krzemowych, zmniejszając największą część kosztów ogniwa słonecznego. Mogłoby to również umożliwić producentom stosowanie przewodów miedzianych zamiast droższych przewodów srebrnych do zbierania ładunku z paneli słonecznych.
Zmiany te mogą doprowadzić do tego, że panele słoneczne przekształcają ponad 20 procent energii słonecznej w energię elektryczną (w porównaniu z około 15 procentami w przypadku większości obecnie ogniw słonecznych), a ich produkcja i instalacja kosztują tylko 1 dolara za wat, mówi Richard Chleboski, dyrektor generalny Bandgap. (Instalacje słoneczne kosztują teraz kilka dolarów za wat, w zależności od ich wielkości i typu.) W okresie eksploatacji systemu koszty wyniosłyby od 6 do 10 centów za kilowatogodzinę. To wciąż więcej niż obecny koszt energii z gazu ziemnego w Stanach Zjednoczonych, który wynosi około 4 centy za kilowatogodzinę. Jest jednak wystarczająco niski, aby zapewnić energii słonecznej znaczny rynek w wielu częściach świata, gdzie koszty energii mogą być wyższe, lub na niektórych rynkach niszowych w Stanach Zjednoczonych.
Tymczasem Bandgap poszukuje technologii, która pewnego dnia może poprawić wydajność na tyle, aby energia słoneczna mogła konkurować z paliwami kopalnymi. Podwój wydajność ogniw słonecznych bez znacznego zwiększania kosztów produkcji, a znacznie obniżysz koszt w przeliczeniu na wat paneli słonecznych i zmniejszysz o połowę koszt instalacji — obecnie największy koszt energii słonecznej — dzięki umożliwieniu uzyskania takiej samej ilości energii o połowę mniej komórek.
Oba ogniwa Bandgap ma zamiar wprowadzić i ogniwa, które ma nadzieję wyprodukować w dłuższej perspektywie, opierają się na idei minimalizowania strat energii, które zwykle występują, gdy światło przechodzi przez ogniwo słoneczne w stanie niezaabsorbowanym lub gdy pewne długości fal światła są pochłaniane, ale nie nie ma wystarczająco dużo energii, aby usunąć elektrony i wytworzyć elektryczność. (Ta energia jest marnowana jako ciepło). W konwencjonalnym ogniwie słonecznym marnuje się co najmniej dwie trzecie energii słonecznej – zwykle znacznie więcej.
Istniejąca technologia firmy wykorzystuje fakt, że gdy światło napotyka nanoprzewody, załamuje się w sposób, który powoduje, że odbija się w ogniwie słonecznym, a nie po prostu przechodzi przez nie lub odbija się od niego. Zwiększa to jego szanse na wchłonięcie (patrz Ogniwa słoneczne z czarnego krzemu, aby przechwycić więcej światła ).
Ale ostatecznie Bandgap chce zmienić sposób, w jaki światło jest przekształcane w energię elektryczną wewnątrz komórki. Jeśli nanodruty można wykonać wystarczająco jednolicie i jeśli da się je uformować w taki sposób, że ich atomy ułożą się w określonych płaszczyznach, maleńkie struktury mogą zmienić właściwości elektronowe krzemu. Zmiany te mogą umożliwić ogniwom słonecznym generowanie energii elektrycznej ze światła o niskiej energii, które normalnie wytwarza tylko ciepło, mówi Marcie Black, założycielka firmy i dyrektor ds. technologii. Dzieje się to po części poprzez zapewnienie sposobu łączenia energii z więcej niż jednego fotonu światła o niskiej energii.
Rozwój technologii może zająć wiele lat. Po pierwsze, wymaga bardzo precyzyjnej kontroli właściwości każdego z milionów nanodrutów. Ponadto techniki potrzebne do produkcji ogniw słonecznych mogą nie być wystarczająco tanie lub niezawodne, aby produkować je na dużą skalę. Ale takie ogniwa słoneczne mogą teoretycznie przekształcić 60 procent energii słonecznej w energię elektryczną. W praktyce będzie to trudne do osiągnięcia, więc firma dąży do skromniejszej wydajności 38%, która wciąż jest ponad dwukrotnie większa niż w przypadku typowych krzemowych ogniw słonecznych produkowanych obecnie.
Naukowcy przyjmują kilka innych podejść do produkcji bardzo wydajnych ogniw słonecznych, takich jak wykorzystanie kropek kwantowych lub łączenie kilku rodzajów materiałów (patrz TR10: Nanoładowanie energii słonecznej i nowe materiały sprawiają, że fotowoltaika jest lepsza). Technologia nanoprzewodów mogłaby być jednak prostsza. Teoretycznie podejście to ma wiele potencjalnych zalet, ale musisz je uruchomić, mówi Andrew Norman, starszy badacz w National Renewable Energy Laboratory w Golden w Kolorado. Bandgap nie zbudował jeszcze ogniw słonecznych przy użyciu podejścia, które ma nadzieję realizować w dłuższej perspektywie, ale wykonał pośrednie pomiary pokazujące, że nanodruty mogą zmieniać właściwości elektroniczne krzemu. To wciąż jest w fazie badań, mówi Black. Jesteśmy bardzo uczciwi wobec inwestorów – wciąż jest dużo pracy do wykonania.