Hybrid Solar Cells Shine


Etter hvert som rase for å skape ren, fornybar kraft, blir solenergiindustrien fokusert på en teknologi i håp om å produsere nyttekraftig energi. Konsentrering av solenergi (PVV) som bruker tradisjonell solcellefotovoltaisk teknologi til storskala konsentrert solkraftverk - kunne rampe opp solcelleproduksjon, sier advokater, spesielt i nisjemarkeder. Me

Etter hvert som rase for å skape ren, fornybar kraft, blir solenergiindustrien fokusert på en teknologi i håp om å produsere nyttekraftig energi.

Konsentrering av solenergi (PVV) som bruker tradisjonell solcellefotovoltaisk teknologi til storskala konsentrert solkraftverk - kunne rampe opp solcelleproduksjon, sier advokater, spesielt i nisjemarkeder. Men som med alle utviklende teknologier står innsatsen for betydelige hindringer.

CPV-teknologi innebærer å forsterke solens energi hundrevis av ganger via linser eller speil og fokusere på små, ekstremt effektive fotovoltaiske celler. Ved å forstørre solenergien kan teknologien redusere mengden halvledermateriale som trengs for fotovoltaisk cellen.

"På mange måter slås sammen fordelene med fotovoltaisk teknologi med effektiviteten og evnen til å fange mer sollys som du får med konsentrert, " sa Nancy Hartsoch, markedsdirektør for SolFocus, et California-selskap. "Du fokuserer i utgangspunktet 650 soler på den cellen, slik at du kan bruke en svært liten mengde fotovoltaisk materiale for å fange en enorm mengde sollys og deretter konvertere den til svært høy effektivitet."

SolFocus er blant en håndfull selskaper som jobber med CPV-teknologi. Modellen innebærer et to-speil system som styrer sollys ned en optisk stang på en liten fotovoltaisk celle (1 kvadratcentimeter). Flere speilte enheter er plassert sammen på et panel som er montert på et sporingsapparat for å følge solen hele dagen.

Andre selskaper prøver det samme konseptet, om enn med litt annen teknologi.

New Mexico-baserte Emcore Corp, for en, bruker optiske linser for å fokusere energien på 500 soler på en liten, super-effektiv fotovoltaisk celle. Og andre selskaper bruker ulike inkarnasjoner av speil eller linser på piedestaler, retter, troughs eller karuseller for å forstørre solenergi på små, høyeffektive fotovoltaiske celler.

Et dusin eller så oppstartsselskaper vaser inn i feltet, og tilpasser design som de hevder vil gi best mulig ytelse, koste minst og være den mest pålitelige. Selv etablerte selskaper som Sharp Corp., som har vært i solbransjen i nesten 50 år, kommer inn i feltet.

"Jeg tror det er en stor plass [for CPV-teknologi], " sa Brad Collins, direktør for det amerikanske solenergiforeningen. "Solar-distribusjon på en bruksskala vil eksplodere i de neste fem årene."

CPVs fordeler

CPV-teknologi reduserer behovet for store mengder fotovoltaisk materiale, som ofte er den dyreste delen av en soloperasjon. Men tradisjonelle fotovoltaiske selskaper som installerer paneler på hustak eller i små arrays trenger ikke å bekymre seg om det nye barnet i byen. CPV er, ved design, bedre egnet for store verktøyoppsett.

"Det konkurrerer ikke med tradisjonell PV. Programmene er forskjellige, " sa Collins. "Man skal være et kraftverk, og en er en distribuert ressurs. Det sammenligner ikke epler med epler."

Teknologien vil imidlertid konkurrere med store konsentrere solkraftverk, sa Collins.

Konsentrere solkraft, eller solvarme, innebærer å bruke solens energi til å skape varme som kan forvandles til elektrisitet.

Konsentrering av solenergi og CPV er lik på mange fronter. Begge innebærer speil eller linser for å forstørre solens energi. Begge har muligheten til å produsere solcellekraft, og begge fungerer best i solfylte områder som sørvestlige USA.

Den primære forskjellen er metoden som brukes til å konvertere solens energi til elektrisitet.

"Det er de store konsentrerende solenergianleggene - de solvarmeproduktene som har eksistert lenge - og de bruker speil som vi gjør på en annen måte, " sa Hartsoch, som også er direktør for den nye handelsgruppen, CPV Consortium.
Og da CPV krever mindre fotovoltaisk materiale enn tradisjonell fotovoltaisk teknologi, krever det også mindre vann enn å konsentrere solenergisystemer.

Hartsoch sa at SolFocus 'design bruker 4 liter vann per megawatt-time av elektrisitet produsert - det meste av det å rengjøre panelene - sammenlignet med ca 850 gallon per megawatt-time på et solvarmeanlegg.

"Jeg antar du kan si at det er en dråpe i bøtte, " sa Hartsoch.

Teknologien har også noen andre fordeler.

"Sammenlignet med solvarmeanstrengelser gir CPV en kvalitativt annen tilnærming, typisk med lavere vannbruk, større fleksibilitet i installasjonsstørrelsen og muligheten til å reagere raskere når solen kommer tilbake på en overskyet dag, sier Sarah Kurtz, en CPV-forsker på Energidepartementets Nasjonalt Fornybar Energilaboratorium, skrev i et nylig papir.

Hartsoch sa at SolFocus 'design er spesielt attraktivt fordi 97 prosent av materialene som går inn i arrays, er resirkulerbare. De aller fleste materialer som brukes til å skape selskapets speilte system er glass og aluminium, sa hun. Og en vugge-til-vuggeanalyse av selskapets design fant en energitilførselstid på seks måneder, sa hun. SolFocus 'arrays kan også plasseres i uregelmessige mønstre for å unngå følsomme områder eller maksimere arealbruk.

Og fordi systemene sporer solens sti gjennom dagen, "Det er fortsatt mulig å få avlinger til å vokse under arraysene, " sa hun. "Det er mulig å beite."

Nødvendig: føderal hjelp

Men det er kostnadene som sannsynligvis vil avgjøre om CPV-teknologien tar av.

Hartsoch sa at SolFocus 'teknologi er for tiden dyrere enn tradisjonell fotovoltaisk eller tynnfilmteknologi, når det gjelder kostnad per kilowatt-time, men det er på vei til å være på nivå med neste år og billigere innen 2011.

En rapport publisert denne våren av spanske forskere estimerer CPV-teknologien vil oppnå nettoparitet mellom 2011 og 2015, da effektivitetsøkninger i celler og optikk gir betydelige kostnadsreduksjoner.

Men kostnadene er ikke sannsynlig å falle uten utbredt distribusjon, og det er ikke sannsynlig at utbredt distribusjon skjer uten store investeringer i demonstrasjonsskala prosjekter.

Kurtz anslår at kumulativ CPV-investering for tiden står på rundt $ 1 milliard globalt, men at investeringen representerer en bare smattering av småskala prosjekter, hovedsakelig i Europa.

"Kampen for en ny teknologi som dette, utfordringen det står overfor, er grunnen til at det er bra, " sa Hartsoch. "Det som følger med er høy effektivitet, lavt CO2-utslipp, alle de tingene. Det som følger med er risikoen for ny teknologi."

Hartsoch sa at SolFocus og CPV-konsortiet vil gjerne se den føderale regjeringen investere i teknologien. Det har allerede investert i forskning og utvikling av CPV gjennom laboratorier og tilskudd til oppstartsselskaper og akademia. Det neste logiske trinnet, sa hun, er at regjeringen skal øke oppskalingsprosessen.

"Du snakker nå om små tilskudd ... for å utvikle ny teknologi og noen fremvisning, men hvis du vil ta denne storskalaen, er det enda en hindring, " sa Hartsoch. "Hva kan du gjøre for å hjelpe oss med å sikre at det er trygt å distribuere?"

Hun foreslo føderale lånegarantier eller installasjon av CPV-demonstrasjonsprosjekter på føderale eiendommer.

Mens Hartsoch og hennes kolleger vil se CPV skaleres opp i USA, er de opptatt av at det ikke skjer uten føderal inngrep. SolFocus har installert omtrent en halv megawatt CPV i Spania og installerer for øyeblikket et 10 megawattprosjekt i Hellas. Men selskapet har bare ca 10 kilowatt CPV-teknologi installert i USA.

"Så mange av disse teknologiene har sin opprinnelse i USA, men hvor de virkelig har blomstret og blitt tatt i bruk, har det vært utenfor USA, sier Anita Balachandra, senior visepresident i Washington, DC, konsulentfirma TechVision21. "De har tegnet dem, og på lang sikt mister vi konkurransefortrinn."


Finansiering hindringer

SolFocus er ikke det eneste selskapet som har problemer med å komme inn på det amerikanske markedet.

Brian Gibson, direktør for forretningsutvikling for Emcore, sa over hele verden, har selskapet installert mer enn 1 megawatt CPV-kapasitet, men det meste er i Spania. Emcore utvikler for tiden tre pilotprosjekter i USA, men hver har en kapasitet på 100 kilowatt eller mindre, sa han.

"Vi forfølger større prosjekter på dette tidspunktet, men som med nyere teknologi vil det være motvilje mot finansinstitusjonen å ta risiko, " sa Gibson. "Det er vanskelig å få noe betydelig finansiert. Vi ser på noen 10- og 20 megawattprosjekter, men fra et praktisk synspunkt må du gjøre noen 1- til 3 megawatt-prosjekter før noen vil finansiere deg."

Nasjonalt fornybar energi laboratoriums Kurtz er fortsatt optimistisk, skjønt. "I de siste 10 årene har solenergiindustrien svampet, og CPV-industrien vokser raskt raskt, " skrev hun. "Med det totale PV-markedet som vokser i gigawatt-serien, har CPV muligheten til å komme inn på markedet med produksjon av titalls eller hundrevis av megawatt per år."

Kurtz la til: "Dette er signifikant fordi CPV er usannsynlig å oppnå lave kostnader ved produksjon på mindre enn titalls megawatt per år."

Reprinted fra Greenwire med tillatelse fra Environment & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500