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Solare Olografico
Il principale limite dell'energia solare in questo momento è il costo, perché il silicio cristallino utilizzato per produrre la maggior parte delle celle solari fotovoltaiche (PV) è molto costoso. Un approccio per superare questo fattore di costo consiste nel concentrare la luce del sole utilizzando specchi o lenti, riducendo così l'area totale di silicio necessaria per produrre una data quantità di elettricità. Ma i concentratori di luce tradizionali sono ingombranti e poco attraenti, meno che ideali per l'uso sui tetti delle periferie.
File di celle solari al silicio si alternano a file di ologrammi trasparenti nei concentratori di Prism Solar. (Per gentile concessione di Prism Solar)
Ora Tecnologie solari prismatiche di Stone Ridge, NY, ha sviluppato un modulo solare proof-of-concept che utilizza ologrammi per concentrare la luce, riducendo eventualmente il costo dei moduli solari fino al 75%, rendendoli competitivi con l'elettricità generata da combustibili fossili.
La nuova tecnologia sostituisce gli antiestetici concentratori con eleganti pannelli piatti laminati con ologrammi. I pannelli, afferma Rick Lewandowski, presidente e CEO dell'azienda, sono una soluzione più elegante rispetto ai concentratori tradizionali e possono essere installati sui tetti o addirittura incorporati in finestre e porte di vetro.
Il sistema richiede dal 25 all'85 percento in meno di silicio rispetto a un pannello in silicio cristallino di potenza comparabile, afferma Lewandowski, perché il materiale fotovoltaico non deve coprire l'intera superficie di un pannello solare. Il materiale FV è invece disposto su più file. Uno strato di ologrammi, modelli creati al laser che diffrangono la luce, dirige la luce in uno strato di vetro dove continua a riflettersi sulla superficie interna del vetro fino a raggiungere una delle strisce di silicio fotovoltaico. La riduzione del materiale fotovoltaico necessario potrebbe ridurre i costi da circa $ 4 per watt a $ 1,50 per i pannelli in silicio cristallino, afferma.
La società prevede di ottenere altri 6 milioni di dollari dai venture capitalist interessati e di iniziare a produrre i suoi moduli di prima generazione entro la fine dell'anno, vendendoli a circa 2,40 dollari per watt. I moduli di nuova generazione con tecnologia più avanzata dovrebbero ridurre ulteriormente i costi.
Nella loro capacità di concentrare la luce, gli ologrammi non sono potenti quanto i concentratori convenzionali. Possono moltiplicare la quantità di luce che cade sulle cellule solo di un fattore 10, mentre i sistemi basati su lenti possono aumentare la luce di un fattore 100 e alcuni addirittura fino a 1.000.
Ma i concentratori tradizionali sono complicati. Poiché le lenti o gli specchi che focalizzano la luce devono essere rivolti direttamente al sole, devono seguire meccanicamente il sole. Riscaldano anche le celle solari e quindi richiedono un sistema di raffreddamento. Di conseguenza, sebbene reindirizzano la luce con maggiore intensità rispetto al dispositivo ologramma, sono ingombranti... e non altrettanto pratici per usi residenziali, afferma il portavoce del National Renewable Energy Laboratory George Douglas.
Gli ologrammi hanno vantaggi che compensano il loro potere di concentrazione relativamente debole. Possono selezionare determinate frequenze e focalizzarle sulle celle solari che funzionano meglio a quelle frequenze, convertendo la massima luce possibile in elettricità. Possono anche essere fatti per dirigere le frequenze che generano calore lontano dalle celle, quindi il sistema non ha bisogno di essere raffreddato. In questo modo, stai usando in modo efficiente solo quella parte della luce solare che conta davvero, dice Selim Shahriar , direttore del laboratorio di tecnologia atomica e fotonica presso la Northwestern University di Evanston, IL.
Inoltre, diversi ologrammi in un modulo concentratore possono essere progettati per focalizzare la luce da diverse angolazioni, quindi non hanno bisogno di parti mobili per seguire il sole.
Il sistema di Prism Solar incorpora questi vantaggi. Tuttavia, per essere competitiva con altre tecnologie solari oggi disponibili, l'azienda potrebbe dover ridurre il suo prezzo al di sotto di 2,40 dollari a watt, afferma Christo Stojanoff, professore emerito di ingegneria presso l'Università di tecnologia di Aquisgrana in Germania.
Il CEO Lewandowski afferma che i moduli olografici costeranno circa $ 1,50 per watt in pochi anni, utilizzando la loro tecnologia di seconda generazione, che avrà celle solari inserite tra due pannelli di vetro contenenti ologrammi. A quel prezzo, inizieranno a competere con l'elettricità generata da combustibili fossili, che ora costa quasi tre volte meno dell'elettricità solare convenzionale, secondo una società di ricerca e consulenza con sede a San Francisco, California. Ronzio solare .
L'uso intensivo del vetro dei moduli potrebbe aumentare il loro costo, afferma Douglas. Tuttavia, un'idea così nuova per un concentratore, che utilizza ologrammi, potrebbe essere un investimento redditizio perché richiede meno silicio rispetto ai moduli a schermo piatto e quindi consente di risparmiare denaro. L'elevata domanda di celle solari in Germania e in altri paesi europei ha ora superato l'offerta, il che ha portato a una carenza di silicio e di produzione nel mondo fotovoltaico, afferma.
Sebbene l'idea dei concentratori solari olografici sia in circolazione dai primi anni '80, nessuno li ha ancora sviluppati commercialmente, secondo il professor Stojanoff, che ha studiato a fondo la tecnica. La sua azienda, Holotec GmbH ad Aquisgrana, in Germania, ricerca e produce materiali olografici. Inoltre, Northeast Photosciences, un'azienda con sede a Hollis, NH, si è avvicinata alla produzione, prima di essere abbandonata per motivi non correlati alla tecnologia o al finanziamento, afferma.
Quindi, se tutto va secondo i piani, Prism Solar potrebbe essere la prima azienda a produrre e vendere moduli a concentrazione solare olografica.