211service.com
Le micro celle solari gestiscono la luce solare più intensa
Una startup spera di ridurre il costo della generazione di energia con la luce solare concentrata utilizzando celle solari su microscala che possono utilizzare il doppio della luce rispetto ad altri pannelli, senza la necessità di costose ottiche o sistemi di raffreddamento. Pannelli realizzati con le minuscole celle, che l'azienda con sede a Durham, NC Sempre sviluppati utilizzando una nuova tecnologia di microstampa, offrono anche notevoli risparmi sui costi dei materiali. Alla fine di gennaio, la società ha annunciato un accordo congiunto con Siemens per sviluppare sistemi dimostrativi basati sulla sua tecnologia. Semprius prevede di iniziare la produzione in serie dei moduli nel 2013.
Microcella: Le celle solari realizzate da Semprius sono 600 micrometri per lato e possono essere combinate con ottiche ad alta potenza. La cella stessa (il quadrato nero al centro) è montata su una base in ceramica con contatti elettrici su ciascun lato.
L'aggiunta di lenti di concentrazione ai pannelli solari aumenta la quantità di elettricità che possono produrre. Ma i concentratori fotovoltaici aggiungono una grande spesa a un'installazione solare. I sistemi ottici stessi sono costosi e ingombranti: più grande è una cella, più grande deve essere la sua lente accoppiata. Una luce più intensa significa anche che è necessario dissipare più calore che degrada le prestazioni utilizzando dissipatori di calore o ventole. Sebbene il costo sia in parte compensato dall'efficienza del fotovoltaico ad alta concentrazione, limita la potenza potenziale di tali sistemi a concentrazione. I due principali fornitori di moduli solari a concentrazione, Amonix e Emcore , entrambi vendono sistemi basati su celle di dimensioni convenzionali che funzionano a una concentrazione di 500 volte la luce solare con costosi sistemi di raffreddamento.
I moduli solari Semprius contengono array di celle quadrate che misurano solo 600 micrometri su ciascun lato. Queste celle hanno tre strati semiconduttori, ciascuno dei quali è a base di arseniuro di gallio e assorbe una diversa banda di luce solare, e sono realizzate utilizzando una combinazione di incisione chimica e stampa, il che significa che vengono sprecate meno materie prime. Possono funzionare alla luce solare concentrata 1.000 volte utilizzando sistemi ottici economici. Secondo i National Renewable Energy Laboratories, l'efficienza dei moduli risultanti varia dal 25 al 35 percento e possono fornire elettricità per circa 10 centesimi al kilowattora. La società prevede che i costi finali, inclusa l'installazione, siano compresi tra $ 2 e $ 3 per watt.
L'anno scorso, uno studio dei ricercatori di Laboratori Nazionali Sandia ad Albuquerque, NM, ha suggerito che le celle solari su microscala potrebbero offrire vari vantaggi in termini di costi e design. Riduci la quantità di semiconduttori di cui hai bisogno, quindi ci può essere un grande risparmio sui costi, afferma Gregory Nielson, capo scienziato del progetto Sandia. E puoi fare cose con l'ottica che non puoi fare con celle più grandi.
Le celle solari più piccole sono più efficienti nel dissipare il calore. Quando le celle sono al di sotto di un millimetro, respingono il calore in modo così efficiente da essere fresche come un pannello solare, senza la necessità di alcun sistema di raffreddamento, afferma Nielson. Questo perché le minuscole celle hanno una percentuale molto maggiore dell'area totale data ai bordi che diffondono il calore.
Concentrato solare: Questo array di lenti solari concentra la luce su celle solari su microscala all'interno.
La chiave per produrre le cellule di Semprius è un processo di stampa sviluppato da ricercatori guidati da John Rogers , professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign.
Le celle solari sono in genere realizzate costruendo strati attivi sulla superficie di un wafer semiconduttore, quindi segando il wafer in pezzi. Il processo di stampa di Semprius inizia trattando i wafer più o meno allo stesso modo. Ma invece di segare, l'azienda utilizza l'incisione chimica per incidere la superficie di un wafer in celle in microscala, lasciandole attaccate alla superficie del wafer da una piccola linguetta. La chiave per la fase di attacco consiste nell'aggiungere uno strato sacrificale quando i wafer vengono trattati. L'agente chimico corrode proprio questo strato, separando le cellule dalla superficie. Un robot con uno stampo in polimero si sposta quindi sul wafer, raccogliendo le celle e posizionandole sopra una serie di supporti in ceramica stampati con contatti elettrici. Il processo utilizza solo un sottile strato della superficie del wafer, che può essere rispedito alla fonderia per essere riutilizzato. Ogni wafer da quattro pollici può essere utilizzato per produrre 36.000 celle.
Ogni cella è poi sormontata da una minuscola lente sferica. Normalmente c'è un enorme punto caldo al centro della cella, ma la lente a sfera distribuisce uniformemente la luce, afferma Joseph Carr, CEO di Semprius. Queste lenti catturano la luce del sole da un grandangolo. Infine, le celle sormontate dall'obiettivo sono raggruppate in matrici da 14 pollici, che sono sormontate da lenti in silicone che dirigono la luce solare sulle lenti a sfera più piccole. Insieme, il sistema ottico concentra la luce del sole 1.000 volte. Questi array sono impilati su un inseguitore di luce per creare un modulo solare di 18x8 piedi.
Semprius prevede di concedere in licenza la sua tecnologia di stampa per consentire la produzione in serie dei moduli entro il 2013. L'azienda prevede di sviluppare sistemi di controllo dell'inseguimento solare con Siemens e di sviluppare ulteriormente la sua tecnologia di microstampa, che è compatibile con una gamma di materiali semiconduttori, incluso il silicio .