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Cómo duplicar la potencia de los paneles solares
En un intento por reducir aún más el costo de la energía solar, Ingeniería Bandgap , una startup en Woburn, Massachusetts, está desarrollando una celda solar basada en nanocables que eventualmente podría generar el doble de energía que las celdas solares convencionales.
Es un proyecto a largo plazo, pero mientras tanto, la empresa está a punto de empezar a vender una versión más simple de la tecnología, utilizando nanocables de silicio que pueden mejorar el rendimiento y reducir el coste de las células solares de silicio convencionales. Bandgap dice que sus nanocables, que se pueden construir utilizando herramientas de fabricación existentes, aumentan la producción de energía de las células solares al aumentar la cantidad de luz que las células pueden absorber.
En este momento, la mayoría de los fabricantes de paneles solares no están construyendo nuevas fábricas porque el mercado de su producto está saturado. Pero si las condiciones del mercado mejoran y los fabricantes comienzan a construir, podrán introducir cambios más importantes en las líneas de producción. En ese caso, la tecnología Bandgap podría hacer posible cambiar las células solares de manera más significativa. Por ejemplo, al aumentar la absorción de luz, podría permitir a los fabricantes utilizar obleas de silicio mucho más delgadas, reduciendo la mayor parte del costo de una celda solar. También podría permitir a los fabricantes utilizar cables de cobre en lugar de cables plateados más costosos para recolectar la carga de los paneles solares.
Estos cambios podrían dar lugar a paneles solares que conviertan más del 20 por ciento de la energía de la luz solar en electricidad (en comparación con alrededor del 15 por ciento para la mayoría de las células solares ahora), pero su producción e instalación cuesta solo $ 1 por vatio, dice Richard Chleboski, CEO de Bandgap. (Las instalaciones solares cuestan ahora unos pocos dólares por vatio, dependiendo de su tamaño y tipo). Durante la vida útil del sistema, los costos ascenderían a entre 6 y 10 centavos por kilovatio-hora. Eso es aún más alto que el costo actual de la energía a gas natural en los Estados Unidos, que es de aproximadamente 4 centavos por kilovatio-hora. Pero es lo suficientemente bajo como para asegurar la energía solar en un mercado sustancial en muchas partes del mundo donde los costos de la energía pueden ser más altos, o en ciertos nichos de mercado en los Estados Unidos.
Mientras tanto, Bandgap está buscando tecnología que algún día podría mejorar la eficiencia lo suficiente como para permitir que la energía solar compita ampliamente con los combustibles fósiles. Duplique la eficiencia de las células solares sin aumentar en gran medida los costos de fabricación, y reducirá sustancialmente el costo por vatio de los paneles solares y reducirá a la mitad el costo de instalación, actualmente el mayor gasto en energía solar, al hacer posible obtener la misma cantidad de energía. de la mitad de células.
Tanto las células que está a punto de introducir Bandgap como las células que espera producir a largo plazo se basan en la idea de minimizar la pérdida de energía que suele ocurrir cuando la luz pasa a través de una célula solar sin absorber o cuando ciertas longitudes de onda de luz se absorben pero no se absorben. No tengo suficiente energía para desprender electrones y generar electricidad. (Esa energía se desperdicia en forma de calor). En una celda solar convencional, al menos dos tercios de la energía de la luz solar se desperdicia, generalmente mucho más.
La tecnología existente de la compañía hace uso del hecho de que cuando la luz se encuentra con los nanocables, se refracta de una manera que hace que rebote en la celda solar en lugar de simplemente moverse a través de ella o rebotar en ella. Eso aumenta sus posibilidades de ser absorbido (ver Células solares de silicio negro para capturar más luz).
Pero lo que Bandgap finalmente quiere hacer es cambiar la forma en que la luz se convierte en electricidad dentro de la celda. Si los nanocables se pueden fabricar de manera suficientemente uniforme, y si se pueden formar de tal manera que sus átomos se alineen a lo largo de ciertos planos, las diminutas estructuras podrían cambiar las propiedades electrónicas del silicio. Estos cambios podrían permitir que las células solares generen electricidad a partir de luz de baja energía que normalmente solo produce calor, dice Marcie Black, fundadora y directora de tecnología de la empresa. Lo hace en parte al proporcionar una forma de combinar la energía de más de un fotón de luz de baja energía.
La tecnología podría tardar muchos años en desarrollarse. Por un lado, requiere un control muy preciso sobre las propiedades de cada uno de los millones de nanocables. Además, es posible que las técnicas necesarias para fabricar las células solares no sean lo suficientemente baratas o fiables para producirlas a gran escala. Pero, en teoría, estas células solares podrían convertir el 60 por ciento de la energía de la luz solar en electricidad. Eso será difícil de lograr en la práctica, por lo que la compañía apunta a una eficiencia más modesta del 38 por ciento, que aún es más del doble que la de las células solares de silicio típicas que se fabrican ahora.
Los investigadores están adoptando varios otros enfoques para producir células solares de muy alta eficiencia, como el uso de puntos cuánticos o la combinación de varios tipos de materiales (consulte TR10: Nanocharging Solar and New Materials Make Photovoltaics Better). Sin embargo, la tecnología de nanocables podría ser más simple. En teoría, el enfoque tiene muchas ventajas potenciales, pero hay que hacerlo funcionar, dice Andrew Norman, investigador principal del Laboratorio Nacional de Energía Renovable en Golden, Colorado. Bandgap aún no ha construido células solares con el enfoque que espera seguir a largo plazo, pero ha realizado mediciones indirectas que muestran que sus nanocables pueden cambiar las propiedades electrónicas del silicio. Esto todavía está en la fase de investigación, dice Black. Somos muy honestos con los inversores; todavía queda mucho trabajo por hacer.