211service.com
Mikroogniwa słoneczne obsługują więcej intensywnego światła słonecznego
Firma rozpoczynająca działalność ma nadzieję obniżyć koszty wytwarzania energii za pomocą skoncentrowanego światła słonecznego, stosując mikroskalowe ogniwa słoneczne, które mogą wykorzystywać dwa razy więcej światła niż inne panele, bez potrzeby stosowania drogiej optyki lub systemów chłodzenia. Panele wykonane z maleńkich ogniw, które firma Durham z siedzibą w NC Zawsze opracowane przy użyciu nowatorskiej technologii mikrodruku, zapewniają również znaczne oszczędności kosztów materiałów. Pod koniec stycznia firma ogłosiła wspólne porozumienie z Siemensem w celu opracowania systemów demonstracyjnych opartych na jego technologii. Sempriusz planuje rozpocząć masową produkcję modułów w 2013 roku.
Mikrokomórka: Ogniwa słoneczne firmy Sempriusz mają 600 mikrometrów z każdej strony i można je łączyć z optyką o dużej mocy. Samo ogniwo (czarny kwadrat pośrodku) jest zamontowane na ceramicznej podstawie ze stykami elektrycznymi po każdej stronie.
Dodanie soczewek skupiających do paneli słonecznych zwiększa ilość wytwarzanej przez nie energii elektrycznej. Koncentratory fotowoltaiczne powodują jednak znaczne zwiększenie kosztów instalacji fotowoltaicznej. Same układy optyczne są drogie i nieporęczne – im większa komórka, tym większa musi być jej sparowana soczewka. Bardziej intensywne światło oznacza również, że za pomocą radiatorów lub wentylatorów trzeba rozpraszać więcej ciepła obniżającego wydajność. Chociaż koszt jest częściowo rekompensowany przez wydajność fotowoltaiki o wysokim stężeniu, ogranicza on potencjalną moc takich systemów koncentratorów. Dwóch głównych dostawców skoncentrowanych modułów fotowoltaicznych, Amonix oraz emcore , obaj sprzedają systemy oparte na ogniwach o konwencjonalnych rozmiarach, które działają przy 500-krotnym stężeniu światła słonecznego z kosztownymi systemami chłodzenia.
Moduły słoneczne Sempriusa zawierają szereg kwadratowych ogniw, które mierzą zaledwie 600 mikrometrów z każdej strony. Ogniwa te mają trzy warstwy półprzewodnikowe — z których każda jest oparta na arsenku galu i pochłania inny zakres światła słonecznego — i są wytwarzane przy użyciu kombinacji trawienia chemicznego i drukowania, co oznacza, że marnuje się mniej surowców. Mogą pracować w promieniach słonecznych skoncentrowanych 1000 razy przy użyciu tanich układów optycznych. Według National Renewable Energy Laboratories sprawność powstałych modułów waha się od 25 do 35 procent i mogą one dostarczać energię elektryczną za około 10 centów za kilowatogodzinę. Firma spodziewa się, że ostateczne koszty, w tym instalacja, wyniosą od 2 do 3 USD za wat.
W zeszłym roku badanie przeprowadzone przez naukowców z Sandia National Laboratories w Albuquerque w stanie Nowy Meksyk zasugerował, że ogniwa słoneczne w mikroskali mogą oferować różne korzyści pod względem kosztów i konstrukcji. Zmniejszasz ilość potrzebnego półprzewodnika, dzięki czemu można uzyskać duże oszczędności kosztów, mówi Gregory Nielson, główny naukowiec projektu Sandia. I możesz robić rzeczy z optyką, których nie możesz zrobić z większymi ogniwami.
Mniejsze ogniwa słoneczne są bardziej wydajne w rozpraszaniu ciepła. Kiedy ogniwa są poniżej milimetra, oddają ciepło tak wydajnie, że będą tak samo chłodne jak panel z jednym słońcem, bez potrzeby stosowania jakichkolwiek systemów chłodzenia, mówi Nielson. Dzieje się tak, ponieważ maleńkie komórki mają znacznie większy procent całkowitej powierzchni przeznaczonej na krawędzie rozpraszające ciepło.
Koncentrat solarny: Ta matryca soczewek słonecznych koncentruje światło na wewnętrznych ogniwach słonecznych w mikroskali.
Kluczem do stworzenia komórek Sempriusa jest proces drukowania opracowany przez naukowców kierowanych przez John Rogers , profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign.
Ogniwa słoneczne są zwykle wytwarzane przez tworzenie aktywnych warstw na powierzchni płytki półprzewodnikowej, a następnie cięcie płytki na kawałki. Proces drukowania Sempriusa zaczyna się od obróbki wafli w podobny sposób. Ale zamiast piłowania, firma wykorzystuje trawienie chemiczne, aby podzielić powierzchnię wafla na komórki w mikroskali, pozostawiając je przymocowane do powierzchni wafla za pomocą małej zakładki. Kluczem do etapu trawienia jest dodanie warstwy protektorowej podczas obróbki wafli. Wytrawiacz chemiczny zjada właśnie tę warstwę, odcinając komórki od powierzchni. Robot z polimerowym stemplem przesuwa się następnie nad płytką, podnosząc komórki i umieszczając je na szeregu ceramicznych podkładów z nadrukowanymi stykami elektrycznymi. W procesie wykorzystuje się tylko cienką warstwę powierzchni wafla, którą można odesłać z powrotem do odlewni w celu ponownego wykorzystania. Z każdego czterocalowego wafla można wyprodukować 36 000 ogniw.
Każda komórka jest następnie zwieńczona maleńką sferyczną soczewką kulkową. Zwykle w środku komórki znajduje się ogromny gorący punkt, ale soczewka kulkowa równomiernie rozprowadza światło, mówi Joseph Carr, dyrektor generalny Sempriusa. Soczewki te wychwytują światło słoneczne pod szerokim kątem. Na koniec, ogniwa z soczewkami są pogrupowane w 14-calowe matryce, które są zwieńczone silikonowymi soczewkami, które kierują światło słoneczne na mniejsze soczewki kulkowe. Razem układ optyczny skupia światło słoneczne 1000 razy. Te macierze są ułożone w stos na trackerze światła, aby stworzyć moduł słoneczny o wymiarach 18 na 8 stóp.
Sempriusz planuje licencjonować swoją technologię drukowania, aby umożliwić masową produkcję modułów do 2013 roku. Firma planuje rozwijać systemy sterowania śledzeniem słońca we współpracy z firmą Siemens oraz dalej rozwijać technologię mikrodruku, która jest kompatybilna z szeregiem materiałów półprzewodnikowych, w tym krzemem. .