211service.com
Sådan fordobler du effekten af solpaneler
I et forsøg på yderligere at sænke omkostningerne ved solenergi, Bandgap Engineering , en startup i Woburn, Massachusetts, udvikler en nanotråd-baseret solcelle, der i sidste ende kan generere dobbelt så meget strøm som konventionelle solceller.
Det er et langsigtet projekt, men i mellemtiden er virksomheden ved at begynde at sælge en mere simpel version af teknologien ved at bruge silicium nanotråde, der kan forbedre ydeevnen og sænke omkostningerne ved konventionelle siliciumsolceller. Bandgap siger, at dets nanotråde, som kan bygges ved hjælp af eksisterende produktionsværktøjer, øger solcellernes effekt ved at øge mængden af lys, som cellerne kan absorbere.
Lige nu bygger de fleste producenter af solpaneler ikke nye fabrikker, fordi markedet for deres produkt er overfyldt. Men hvis markedsforholdene forbedres, og producenterne begynder at bygge, vil de være i stand til at indføre større ændringer i produktionslinjer. I så fald kunne Bandgap-teknologien gøre det muligt at ændre solceller mere markant. For eksempel, ved at øge lysabsorptionen, kunne det give producenterne mulighed for at bruge langt tyndere wafers af silicium, hvilket reducerer den største del af en solcelles omkostninger. Det kunne også gøre det muligt for producenterne at bruge kobbertråde i stedet for dyrere sølvtråde til at opsamle ladning fra solpanelerne.
Disse ændringer kan føre til solpaneler, der omdanner over 20 procent af energien i sollys til elektricitet (sammenlignet med omkring 15 procent for de fleste solceller nu) og alligevel koster kun $1 per watt at producere og installere, siger Richard Chleboski, Bandgaps administrerende direktør. (Solarinstallationer koster nu et par dollars pr. watt, afhængigt af deres størrelse og type.) I løbet af systemets driftslevetid ville omkostningerne komme til mellem 6 og 10 cents pr. kilowatt-time. Det er stadig højere end de nuværende omkostninger ved naturgaskraft i USA, som er omkring 4 cents per kilowatt-time. Men det er lavt nok til at sikre solenergi et betydeligt marked i mange dele af verden, hvor energiomkostningerne kan være højere, eller i visse nichemarkeder i USA.
I mellemtiden forfølger Bandgap teknologi, der en dag kan forbedre effektiviteten nok til at tillade solenergi at konkurrere bredt med fossile brændstoffer. Fordoble solcellernes effektivitet uden at øge fremstillingsomkostningerne markant, og du sænker omkostningerne per watt af solpaneler væsentligt og halverer installationsomkostningerne - i øjeblikket den største udgift til solenergi - ved at gøre det muligt at få den samme mængde strøm ud halvt så mange celler.
Både de celler, Bandgap er ved at introducere, og de celler, det håber at producere på lang sigt, er baseret på ideen om at minimere det energitab, der typisk opstår, når lys passerer uabsorberet gennem en solcelle, eller når visse bølgelængder af lys absorberes, men ikke ikke har nok energi til at fjerne elektroner for at skabe elektricitet. (Den energi spildes som varme.) I en konventionel solcelle spildes mindst to tredjedele af energien i sollys - normalt meget mere.
Virksomhedens eksisterende teknologi gør brug af det faktum, at når lys støder på nanotrådene, brydes det på en måde, der får det til at hoppe rundt i solcellen frem for blot at bevæge sig igennem det eller prelle af det. Det øger dens chancer for at blive absorberet (se sorte siliciumsolceller for at fange mere lys).
Men hvad Bandgap i sidste ende ønsker at gøre, er at ændre den måde, lys omdannes til elektricitet inde i cellen. Hvis nanotrådene kan laves ensartet nok, og hvis de kan dannes på en sådan måde, at deres atomer ligger på linje langs bestemte planer, kan de bittesmå strukturer ændre siliciums elektroniske egenskaber. Disse ændringer kan gøre det muligt for solceller at generere elektricitet fra lavenergilys, der normalt kun producerer varme, siger Marcie Black, virksomhedens grundlægger og teknologichef. Det gør den til dels ved at give en måde at kombinere energi fra mere end én foton af lavenergilys.
Teknologien kan tage mange år at udvikle. For det første kræver det meget præcis kontrol over egenskaberne af hver af millioner af nanotråde. Desuden er de nødvendige teknikker til at fremstille solcellerne måske ikke billige eller pålidelige nok til at producere dem i stor skala. Men sådanne solceller kunne teoretisk set omdanne 60 procent af energien i sollys til elektricitet. Det bliver svært at opnå i praksis, så virksomheden sigter mod en mere beskeden effektivitet på 38 procent, hvilket stadig er mere end det dobbelte af typiske siliciumsolceller, der fremstilles nu.
Forskere tager flere andre tilgange til at producere meget højeffektive solceller, såsom at bruge kvanteprikker eller at kombinere flere slags materialer (se TR10: Nanocharge Solar and New Materials Make Photovoltaics Better). Nanotrådsteknologien kunne dog være enklere. I teorien har tilgangen mange potentielle fordele, men du er nødt til at få den til at fungere, siger Andrew Norman, en seniorforsker ved National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colorado. Bandgap har endnu ikke bygget solceller ved at bruge den tilgang, det håber at forfølge på lang sigt, men det har foretaget indirekte målinger, der viser, at dets nanotråde kan ændre siliciums elektroniske egenskaber. Dette er stadig i forskningsfasen, siger Black. Vi er meget ærlige over for investorer - der er stadig meget arbejde at gøre.