Vil en banebrydende solteknologi se dagens lys?

Strømenheden er en rektangulær plade på størrelse med en biograflærred. Den er monteret på en tyk stålstolpe og udstyret med en sporingsmekanisme, der hele tiden peger den mod solen. Pladen er lavet af over 100.000 små linser og et lige så stort antal endnu mindre solceller, hver på størrelse med spidsen af ​​en kuglepen. Denne anordning er en del af en af ​​de mest effektive solenergi-enheder, der nogensinde er lavet.

Semprius, en startup baseret i Durham, North Carolina, hævder, at den næste generation af denne kraftenhed vil gøre solenergi til den billigste løsning for forsyningsselskaber, der installerer nye kraftværker. Med felter på over 1.000 af disse enheder ville forsyningsselskaber producere elektricitet til mindre end 5 cents per kilowatt-time. Det er endnu billigere end nutidens billigste løsning: et nyt naturgasanlæg.

Teknologien opstod i laboratoriet hos John Rogers, en professor i kemi og materialevidenskab og teknik ved University of Illinois. Semprius har rejst 45 millioner dollars fra investorer, herunder Siemens, og har sat rekorder for solcelleeffektivitet - hvilket betyder mængden af ​​energi i sollys, der omdannes til elektricitet. I år demonstrerede den, at den kunne bruge en version af sin teknologi til at lave en ny slags solcelle, som nogle mener kunne omdanne halvdelen af ​​energien i sollys til elektricitet, omkring tre gange bedre end konventionelle solceller.

Alligevel er Semprius trods alt løftet om teknologien i en vanskelig økonomisk situation. For at sin teknologi skal være omkostningseffektiv, skal Semprius opskalere produktionen af ​​sine solceller markant. Lige nu kan den lave nok solenergienheder til at producere seks megawatt strøm om året, men den skal hæve det til mindst 200 megawatt. Virksomheden indsamler 40 millioner dollars i håb om at gøre dette. Dets nuværende investorer siger, at de vil bidrage, og for nu låner de virksomheden penge for at holde det i gang, men de vil ikke gøre det for evigt. Virksomheden mangler snart en ny investor. Ellers kan det gå under.

Semprius' knibe er blevet en velkendt situation for solcellestartups. Grundlagt i 2005, var Semprius en del af en bølge af venturekapitalinvesteringer et par år senere, der finansierede hundredvis af nye solcellevirksomheder (se Alta Devices: Finding a Solar Solution). Det er et af kun få af disse virksomheder, der stadig står. Mange af de andre fejlede eller blev erhvervet for øre på dollaren. Investorerne tabte mere end 1 mia. Den resulterende modreaktion har gjort det vanskeligt for nogen solcellevirksomheder, uanset deres fordele, at få de investeringer, de har brug for for at bevise deres teknologi.

I 2007 kastede venturekapitalister penge efter solcelleselskaber. Alt du skal have er solenergi i dit navn. Eller i det mindste start med bogstavet S, siger Scott Burroughs, Semprius’ teknologichef. Nu er det stik modsat, siger han. I stedet for at smide penge efter virksomheder, overvejer de ikke engang en, hvis det er forbundet med solenergi.

Det rejser en foruroligende mulighed – kan en banebrydende teknologi, der kunne gøre solenergi virkelig konkurrencedygtig, aldrig se dagens lys, ikke på grund af manglende teknisk værdi, men fordi investorer er blevet skræmt væk?

Magisk stempel

Semprius beder faktisk ikke om så mange penge. I solteknologiboblens storhedstid rejste den skæbnesvangre startup Solyndra omkring 1 milliard dollars fra venturekapitalister og fik yderligere en halv milliard fra den amerikanske regering i form af et lån til at bygge en stor fabrik for at bevise sin teknologi. For et par år siden ville Semprius ikke have haft problemer med at rejse 40 millioner dollars, så det kunne øge kapaciteten og sænke omkostningerne til break-even-punktet. I modsætning til mange tidligere solcellestartups, der satsede på at udvikle helt nyt produktionsudstyr, bruger Semprius for det meste billigt hyldeudstyr, noget af det fra LED-industrien. Det kunne vokse blot ved at bruge overskydende kapacitet på eksisterende LED-produktionsfaciliteter.

Virksomheden ville ikke være mulig uden en nøglebit af ny produktionsteknologi, men det er også bemærkelsesværdigt enkelt. På Semprius' pilotfabrik i Henderson, North Carolina, kan denne teknologi findes inde i to glasindkapslede enheder, hver ikke meget større end en kontorkopimaskine. For enden af ​​en robotarm, og holdt bevidst ude af syne, er et gummistempel præget med et mønster. Dette stempel er det, der gør Semprius' højeffektive, billige solenergi mulig.

Stemplet, der er udviklet i Rogers' laboratorium, giver Semprius mulighed for at forbedre en type solenergi kaldet koncentreret solcelle, som har eksisteret i årtier (se Ultra-Efficient Solar). Tanken er, at du kan øge mængden af ​​energi, enhver solcelle samler ved at sætte linser over cellen for at fokusere lyset ind i den. Eksisterende versioner af denne teknologi kan bruge en linse med et areal på omkring 400 kvadratcentimeter og fokusere den på en solcelle på en centimeter til et koncentrationsforhold på 400.

Semprius’ stempel gør det muligt at lave arrays af solceller, der er langt mindre og tyndere end dem, der var blevet brugt til at koncentrere solceller. For at koncentrationsteknologien skal fungere, skal solcellerne samles op og arrangeres i et array, så de kan parres med en række linser – og det er her gummistemplet kommer ind. Det kan opfange og overføre tusindvis af de bittesmå solceller på én gang uden at bryde dem, hvilket fuldstændig ændrer økonomien ved at bruge små solceller.

Små celler har mange fordele; fordi de kræver lidt materiale, kan de være lavet af dyre typer halvledere, der er langt mere effektive end silicium. Desuden afleder de varmen godt og kan fungere under meget koncentreret sollys. Det gør et koncentrationsforhold på 1.600 til 1 muligt i stedet for 400 til 1. Du har brug for langt mindre materiale og fast ejendom for at generere den samme mængde strøm som en typisk solcelle.

Disse fordele og nogle smarte linsedesign gjorde det muligt for Semprius at slå en solenergieffektivitetsrekord i 2012. Men Burroughs siger, at endnu et fremskridt, gjort i år, ville give virksomheden mulighed for at gå endnu længere. Semprius demonstrerede en anden fordel ved gummistemplerne - deres evne til hurtigt og meget præcist at stable celler lavet af forskellige halvledere oven på hinanden. Forskere har ønsket at gøre dette i nogen tid, da det ville give dem mulighed for at matche halvledermaterialer til hver del af solspektret. Nogle bølgelængder af lys ville blive absorberet af ét materiale, og resten ville passere til halvlederne nedenfor, og så videre.

Fysisk stabling af celler var ikke praktisk med konventionelt produktionsudstyr. Semprius’ gummistempel og ekstremt tynde lag af halvleder gør det relativt nemt at justere cellerne og forbinde dem elektrisk.

Burroughs forudser, at Semprius næste år vil slå den nuværende rekord og derefter hurtigt slå den nye, da det optimerer teknologien. Hvis virksomheden kan overleve til næste år, dvs.

Mørkets dal

Siemens erhvervede sin andel i Semprius i juni 2011. Efter en detaljeret undersøgelse af sin teknologi, siger Thomas Mart, den globale chef for solenergiaktiviteter hos Siemens, det, vi så, er en måde at komme til meget lave omkostninger til el.

Planen havde været, at Siemens og Semprius skulle arbejde sammen, hvor Semprius producerede sine koncentrerede solcelleanlæg, og Siemens trak på sin ekspertise i at bygge solenergianlæg. Men 15 måneder efter, at Siemens investerede i Semprius, faldt alt fra hinanden.

I betragtning af alle de ting, der er sket i solenergiindustrien i løbet af de sidste to til tre år, inklusive implosioner af andre små startups, har vores investorer al mulig grund til at tage mod bakkerne.

Kæmpe investeringer i konventionel siliciumsolenergi, især i Kina, havde sænket produktionsomkostningerne, men også oversvømmet markedet med billige solpaneler. I lyset af udbuddet af billige solpaneler blev det næsten umuligt for virksomheder med alternative teknologier – såsom tyndfilmsolceller eller koncentreret solcelleanlæg – at konkurrere. Snesevis af lovende solcellestartups slog fejl, og det forventede marked for koncentreret solcelleanlæg skrumpede, hvilket overbeviste Siemens om at komme ud af branchen, afsluttede partnerskabet og markerede begyndelsen på hårde tider for Semprius.

Semprius’ solcelleanlæg er bedst egnet til brug i solenergianlæg. At have opbakning fra Siemens ville have hjulpet med at overbevise forsyningsselskaber om at tage en chance med ny teknologi. Uden sådan en partner er det job meget sværere.

For at gøre ondt værre for Semprius har konventionelle siliciumsolpaneler stadig plads til at blive væsentligt billigere og mere effektive. Nye måder at fremstille siliciumwafere på, den dyreste del af en solcelle, kunne reducere waferomkostningerne til det halve eller mere (se Praying for an Energy Miracle). Nye solcelledesign øger deres effektivitet. Sådanne fremskridt kan i sidste ende gøre solenergi billigere end fossile brændstoffer, selv uden Semprius teknologi.

Men siliciumbaseret solenergi er der endnu ikke, og det er muligheden for Semprius. U.S. Energy Information Administration anslår, at nye solenergianlæg vil producere strøm til lige under 15 cents per kilowatt-time - langt højere end de 6,5 cent per kilowatt-time for naturgaskraft. Så hvis Semprius har ret i, at det snart vil have teknologi til at lave solpaneler, der er i stand til at producere elektricitet til omkring 5 cents per kilowatt-time, kan dets teknologi være attraktiv for dem, der planlægger nye kraftværker. Ingen opfindelse er påkrævet, bare god, solid teknik, siger Burroughs.

Så Semprius fortsætter sin søgen efter en ny investor til at opskalere sin teknologi. Det har ledere på solrige steder, hvor dets systemer fungerer bedst, som Saudi-Arabien og dele af Mexico. Mindst én potentiel investor i Kina er interesseret, siger Burroughs.

I betragtning af alle de ting, der er sket i solcelleindustrien i løbet af de sidste to til tre år, inklusive implosioner af andre små startups, har vores investorer al mulig grund til at gå mod bakkerne, siger Semprius CEO Joseph Carr . Men vores kunder og partnere – alle siger, at vi lever op til det, vi siger, vi vil gøre. Det overbeviser vores nuværende investorer om, at hvis vi kan komme gennem denne mørkedal, er der en mulighed i slutningen.

Disse investorer håber på, at en strategisk investor snart kan underskrives. De har holdt virksomheden finansieret, mens den rejser flere penge, ikke fordi vi er til at give velgørende gaver, siger Semprius-investor Clinton Bybee, en venturekapitalist hos ARCH Venture Partners. Vi tror, ​​det kan blive meget stort.

skjule