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Un focus più preciso per il fotovoltaico
Focalizza abbastanza luce solare su un foglio di carta e puoi accendere un fuoco. Focalizza la stessa luce solare su una cella solare e puoi generare molta elettricità. Quella strategia per aumentare l'efficienza dell'energia solare è, come ha affermato Palo Alto, una startup con sede in California SolFocus dimostrato la scorsa settimana, una delle tendenze più calde in materia di energia alternativa. SolFocus, che ha ottenuto 25 milioni di dollari in finanziamenti di capitale di rischio per accelerare lo sviluppo dei suoi concentratori fotovoltaici, utilizza specchi per concentrare la luce solare 500 volte su celle solari ad alta efficienza.
I pannelli solari di seconda generazione di SolFocus riducono i costi riducendo la quantità di materiale fotovoltaico necessario. Impiegano specchi da un quarto che focalizzano la luce solare su punti fotovoltaici di appena un millimetro quadrato. (Fonte: SolFocus)
La tecnologia dei concentratori per aumentare la produzione di energia solare non è nuova. Ma grazie al fotovoltaico ad alta efficienza e alle nuove tecniche di produzione che creano celle solari, lenti e specchi migliori, i sistemi fotovoltaici a concentrazione forniscono più energia a costi inferiori.
Allo stesso tempo, la crescita a due cifre della domanda di sistemi di energia solare sta superando la capacità dei produttori di tenere il passo, data la scarsa disponibilità di silicio per le celle solari convenzionali e l'alto costo delle apparecchiature necessarie per produrle (vedi Large- Scala, elettricità solare economica).
La tecnologia ha il potenziale per ridurre i costi perché utilizza una frazione dei materiali semiconduttori che convertono la luce in energia nel fotovoltaico. La maggior parte del costo è nelle lenti o negli specchi per focalizzare la luce e nell'attrezzatura di tracciamento per mantenere il dispositivo puntato verso il sole, elementi che sono più suscettibili alle economie di scala rispetto alla produzione di silicio. Provenendo dall'industria dei semiconduttori, sapevo che non avremmo mai potuto aumentare la quantità di silicio di cui avremmo bisogno per intaccare la domanda energetica mondiale, afferma il cofondatore e CEO Gary Conley.
Il design di SolFocus, ad esempio, utilizza un millesimo di materiale semiconduttore per watt prodotto come una cella fotovoltaica al silicio convenzionale. La tecnologia utilizza composti fotovoltaici come germanio e arseniuro di gallio, originariamente progettati per l'uso nei satelliti, che possono catturare fino al 40% dell'energia solare che li colpisce, più del doppio dell'efficienza delle celle di silicio di fascia alta.
Ma la maggior parte della riduzione dei materiali proviene dal concentratore, che secondo Conley assomiglia al faro della maggior parte delle auto moderne. Metti la cella dove c'è la lampadina e hai il nostro design, dice Conley. Gli specchi sono la chiave: uno specchio primario che focalizza la luce solare su uno specchio più piccolo appollaiato sopra, che, a sua volta, focalizza la luce sulla cella solare.
L'attuale design di prima generazione di SolFocus modella una serie di specchi da 635 centimetri quadrati in una lastra di vetro. Gli specchi secondari fissati sopra di loro riflettono la luce attraverso i fori nella piastra su celle ad alta efficienza di un centimetro quadrato sottostanti.
Un design di seconda generazione racchiude il processo in un unico blocco di vetro: il raggio di luce attraverso la parte superiore del blocco si riflette sugli specchi primari sagomati nella faccia inferiore, fino agli specchi secondari sagomati nella faccia superiore e di nuovo in un millimetro quadrato celle fotovoltaiche spuntate al centro degli specchi primari.
Considerando che i pannelli solari in silicio oggi costano quasi $ 3 per watt per la produzione, Conley afferma che SolFocus produrrà sistemi solari a $ 2 per watt quando aprirà il suo primo impianto di concentrazione il prossimo anno; e dice che la produzione su scala di gigawatt ridurrà il costo per watt a soli 50 centesimi. La seconda generazione dovrebbe ridurre ulteriormente i costi, afferma Conley, fino a 32 centesimi per watt.
Nonostante queste affermazioni ottimistiche, tuttavia, SolFocus avrà molta concorrenza. Robert McConnell del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ed esperto di fotovoltaico a concentrazione, afferma che SolFocus non deve solo dimostrare la sua tecnologia, ma anche superare un campo in crescita di concorrenti. Hanno almeno tre dozzine di concorrenti, comprese aziende che hanno molti più anni di sviluppo, afferma McConnell.
In effetti, la concorrenza più agguerrita di SolFocus potrebbe provenire dal più grande produttore fotovoltaico al mondo, la giapponese Sharp, che ha sviluppato un concentratore utilizzando lenti di Fresnel, la stessa tecnologia di base utilizzata per amplificare il raggio di segnale nei fari. Il sistema di Sharp impiega una serie di tali obiettivi in un unico blocco di plastica stampata a iniezione relativamente economica.
McConnell del DOE afferma che il test più critico per i concentratori sarà la durata. Nel primo periodo di sviluppo del fotovoltaico a concentrazione negli anni '70 e '80, la tecnologia ha sofferto di una serie di disastri, simili alle pale volanti e ai riduttori rotti che hanno tormentato i pionieri dell'energia eolica. Lo zolfo nell'aria ha eroso gli specchi. La grandine e il vento hanno rotto le lenti delicate. La polvere ha bloccato i dispositivi di localizzazione necessari per mantenere i sistemi puntati sul sole. E nei casi peggiori i sistemi danneggiati rappresentavano seri rischi di incendio.
I dispositivi autonomi di SolFocus dovrebbero essere meno soggetti a danni e più sicuri dei loro predecessori, afferma Conley. Tuttavia, stanno prendendo di mira grandi centrali solari basate sul campo per i loro primi rollout e lasciando il mercato dei tetti commerciali più redditizio per più tardi.