211service.com
Skupiając światło na silikonowych koralikach
Firma z Japonii opracowała nowatorski sposób wytwarzania ogniw słonecznych, który obniża koszty produkcji nawet o 50 procent. Ogniwa fotowoltaiczne (PV) składają się z macierzy tysięcy maleńkich krzemowych kulek otoczonych sześciokątnymi reflektorami.
Kulki krzemowe: Wytwarzanie ogniw słonecznych z maleńkich kulek krzemu (górny obraz, czarny) może zmniejszyć ilość zużywanego materiału do zaledwie jednej piątej. Sześciokątne reflektory (obraz środkowy) zapewniają, że większość światła pada na kule. Elastyczna podstawa z folii oznacza, że ogniwa słoneczne mogą być kształtowane do różnych zastosowań (zdjęcie na dole).
Kluczową zaletą systemu jest to, że zmniejsza całkowitą ilość wymaganego krzemu, mówi Mikio Murozono, prezes Czyste przedsięwzięcie 21 (CV21), z siedzibą w Kioto w Japonii. – Używamy jednej piątej surowego materiału krzemowego w porównaniu z tradycyjnymi ogniwami fotowoltaicznymi – mówi.
To może mieć ogromny wpływ na całkowity koszt produkcji ogniw słonecznych, mówi Howard Branz , główny naukowiec w Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej 's Narodowe Centrum Fotowoltaiki , w Golden w stanie Kolorado. Około 20 do 30 procent kosztów modułu ogniw słonecznych stanowi koszt surowego krzemu, mówi.
CV21 rozpoczął produkcję swoich ogniw w październiku; pierwszy z 10-kilowatowych modułów trafi do sprzedaży w tym miesiącu. Chociaż początkowo moduły te będą kosztować mniej więcej tyle samo, co ich tradycyjna odmiana, cena ma spaść o 30 procent w 2008 r., ponieważ produkcja wzrośnie w maju z 1000 ogniw dziennie do 60 000 ogniw dziennie, mówi Murozono. Ostatecznym celem jest uczynienie ich o 50 procent tańszymi od istniejących ogniw do 2010 roku, mówi.
Sferyczne ogniwa słoneczne zostały pierwotnie zaproponowane przez Texas Instruments około 30 lat temu, mówi Branz. Ale chociaż mieli potencjał, aby zmniejszyć ilość używanego krzemu, przynieśli ze sobą wiele nowych problemów. Na przykład ich zakrzywione powierzchnie mogą powodować odbijanie większej ilości światła, co zmniejsza ich wydajność. Co więcej, tylko połowa kuli zostaje faktycznie wystawiona na działanie światła. Znaczne odstępy mają również tendencję do tworzenia się między kulami, gdy są ułożone w szyki, co może jeszcze bardziej zmniejszyć wydajność ogniwa słonecznego.
Rozwiązanie CV21 polegało na umieszczeniu każdej z krzemowych kulek o średnicy jednego milimetra we własnym sześciokątnym aluminiowym odbłyśniku. Działają one jak reflektory samochodowe, ale odwrotnie, zapewniając, że każde światło padające na odbłyśnik jest skierowane w stronę kuli. Kiedy stosuje się to podejście, wykorzystuje się nawet spód kuli. Sześciokątny kształt odbłyśników pozwala na łączenie ich ze sobą bez martwej przestrzeni między nimi. W rzeczywistości są to minikoncentratory, mówi Branz.
Same kulki składają się z dodatnio domieszkowanej (typu p) kulki krzemu. Powierzchnia piłki jest domieszkowana ujemnie (typu n) i dodawana jest również powłoka antyrefleksyjna. Te dwie warstwy zewnętrzne stanowią podstawę fotowoltaicznego materiału półprzewodnikowego. Kulki są następnie łączone z elektrodą na elastycznym podłożu foliowym przez otwór w dolnej części odbłyśnika.
Elastyczna podstawa z folii umożliwia kształtowanie modułów pod kątem różnych zastosowań. Można je zainstalować na hybrydowych samochodach elektrycznych i zakrzywionych dachówkach, mówi Murozono.
Myślę, że ta technologia działa, mówi Branz. Ale pytanie brzmi, czy firma może zwiększyć wydajność ogniw słonecznych. Mówi, że obecnie produkowane ogniwa mają sprawność tylko około 10 procent. Obecnie większość ogniw słonecznych ma sprawność od 14 do 15 procent.
Zmniejszenie kosztów o 30 procent nie pomoże, jeśli do wyprodukowania tej samej ilości energii elektrycznej potrzeba 30 procent więcej ogniw, mówi Branz.
Murozono twierdzi, że istnieją sposoby na zwiększenie wydajności komórek – na przykład poprzez poprawę czystości i jakości krzemu. Zmniejszenie rozmiaru kulek do 0,8 milimetra powinno również poprawić wydajność, jednocześnie zmniejszając koszty dzięki zużyciu o 20% mniej krzemu. Zamierzamy poprawić wydajność do 13 procent w 2008 roku i 15 procent do 2010 roku, mówi Murozono.
Mówi się, że na całym świecie brakuje wysokiej jakości krzemu Karol Cromer , naukowiec z Florida Solar Energy Center w Cocoa na Florydzie. Ten niedobór został w dużej mierze spowodowany wzrostem popytu na układy scalone i ogniwa słoneczne i przyczynił się jedynie do wzrostu cen fotowoltaiki wykorzystującej krzem. Tak więc ogniwo słoneczne, które zużywa znacznie mniej krzemu niż jego konkurenci, powinno dać CV21 prawdziwą przewagę pod względem redukcji kosztów. Ale tylko dlatego, że mogą sprawić, że będą tańsze, nie oznacza, że będą sprzedawać je konsumentom za pół ceny, mówi Cromer.