En billigere solcellekoncentrator

Nicolas Morgan holder et firkantet stykke klar, støbt akryl omkring en centimeter tykt op og skinner med en penlight direkte på dens flade overflade. En grøn bjælke kommer ind i akrylen og bøjer mod midten af ​​firkanten. Morgan gentager processen på forskellige punkter på overfladen, og hver gang piler strålen mod midten.

Vejledende lys : Morgan Solars højpræcisionsoptik – dels akryl og dels glas – er støbt, så lyset fanges og hopper mod midten. En sekundær glasoptik koncentrerer lyset til 1.000 sole og leder det til en lille, højeffektiv solcelle. Det lavprofilerede design lover at reducere omkostningerne ved fremstilling og transport.

Akrylkomponenten - kaldet en Light-Guide Solar Optic (LSO) - er en ny type solcellekoncentrator, der betydeligt kan sænke omkostningerne ved at generere elektricitet fra solen. I modsætning til eksisterende designs er der ikke behov for spejle, kompleks optik eller kemikalier til at fange og manipulere lyset. Det er ren geometrisk optik, siger Morgan, direktør for forretningsudvikling hos Toronto-baserede Morgan Solar.

Solar koncentratorer er dukket op i de senere år som en måde at intensivere mængden af ​​sollys, der rammer solceller, som er den dyreste del af solpaneler. For at gøre solenergi mere overkommelig har ingeniører søgt at bruge mindre solcellemateriale ved at koncentrere sollys til meget mindre rum.

Men denne tilgang har sine egne udfordringer. De fleste koncentratorer har tendens til at være komplekse systemer, der bruger specielle linser, buede spejle og andre optiske komponenter med en brændvidde, der ikke er nul. Det betyder, at der skal være tilstrækkelig afstand – et luftgab – mellem solcellen og optikken til at fokusere lyset korrekt. Som et resultat heraf er koncentratorbaserede systemer sædvanligvis pakket i voluminøse kabinetter med tilstrækkelig dybde til at rumme brændvidden og beskytte alle komponenter under forsendelse. Det betyder højere materiale- og montageomkostninger og dyrere forsendelse.

For et par år siden kom Nicolas' bror John Paul Morgan op med ideen om et solid-state solar-koncentratorsystem: en flad, tynd akryl-optik, der fanger lyset og leder det mod dets centrum. Indlejret i midten af ​​Morgan Solars koncentrator er en sekundær, rund optik lavet af glas. Med en flad bund og konveks, spejlet top modtager optikken den indkommende spærreild af lys i en koncentration på omkring 50 sole og forstærker den til næsten 1.000 sole, før den bøjer lyset gennem en 90-graders vinkel.

I modsætning til andre koncentratorer forlader lyset ikke optikken, før det rammer en solcelle. I stedet bindes en højeffektiv celle på størrelse med et spædbarns miniaturebillede direkte til den midterste bund af glasoptikken, hvor den absorberer det nedadbøjede lys. Der er ingen luftspalte, og der er ingen chance for, at skrøbelige komponenter bliver slået ud af justering.

Det handler om kritisk at kontrollere vinklerne, når lyset kommer ind i den første optik, forklarer Nicolas Morgan. Designet drager fordel af et fænomen kaldet total intern refleksion - den vinkel, hvorved en lysstråle inde i et optisk materiale vil reflektere tilbage i materialet i stedet for at undslippe.

Tricket er at støbe akrylen sådan, at den bøjer lyset i en bestemt retning, når det kommer ind i den første optik. Det skal sikre, at lyset bevarer denne vinkel for at forhindre det i at slippe ud og lede det til glasoptikken i midten. Præcision er afgørende - ikke kun i designet af optikken, men også i at skabe formene til at masseproducere dem.

Virksomheden forventer, at dets første kommercielle versioner af systemet vil være sammensat af akrylskiver omkring otte kvadrattommer i størrelse, der indeholder en sekundær glasoptik, der er omkring dobbelt så stor som en nikkel.

Ray LaPierre, professor i teknisk fysik ved McMaster University i Ontario, Canada, og ekspert i højeffektive solceller, så først Morgan Solars LSO-prototype i december på en canadisk solkonference og gik imponeret derfra. Deres design er bestemt nyt, er fysisk forsvarligt, kan fremstilles billigt og har en god chance for at revolutionere koncentratorteknologien, siger LaPierre.

Men ligesom andre PV-koncentratorer kræver Morgan Solars teknologi stadig et sporingssystem for at holde det vendt mod solen. Forskere ved MIT har elimineret behovet for trackere ved at udvikle specielle farvebelægninger, der kan absorbere diffust lys, men Morgan Solars teknologi er tættere på markedet. Nicolas Morgan tilføjer, at trackere i dag er præcise, pålidelige og tilføjer marginale omkostninger for 44 procent mere kraft. Nogle forretningsmæssige og tekniske beslutninger skal stadig træffes, men han forventer, at virksomheden vil være i stand til at bygge sit system for mindre end $1 per watt i 2011 – og med en vis vertikal integration, betydeligt mindre. Dette ville føre til et produkt tæt på 30 procent effektivt til omkostninger, der er konkurrencedygtige med tynd film.

Jeg synes, konceptet bør forfølges, siger ingeniørprofessor Roland Winston, ekspert i ikke-billeddannende optik ved University of California, Merced. Han stiller dog spørgsmålstegn ved brugen af ​​akryl som koncentratormateriale: Akryl er ikke bevist til langtidsbrug, især under koncentreret sollys.

John Paul Morgan siger, at det er hovedårsagen til, at virksomheden bruger både akryl og glas i sit system. Virksomheden har bevidst begrænset koncentrationerne i akryldelen til 50 sole og har den mindre glasoptik til at klare det tunge løft. Vi ønsker, at dette system skal holde i 25 år, så vi forsøger virkelig at understrege materialet, siger han. Når vi har bevist, at vi kan skubbe akrylen yderligere, vil vi krympe glasoptikken.

En række planlagte pilotprojekter i 2009 vil teste koncentratoren i marken. Virksomheden forventer, at kommerciel produktion begynder engang i 2010.

skjule