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Solar holográfico
La principal limitación de la energía solar en este momento es el costo, porque el silicio cristalino que se usa para fabricar la mayoría de las células solares fotovoltaicas (PV) es muy costoso. Un enfoque para superar este factor de costo es concentrar la luz del sol usando espejos o lentes, reduciendo así el área total de silicio necesaria para producir una determinada cantidad de electricidad. Pero los concentradores de luz tradicionales son voluminosos y poco atractivos, menos que ideales para usar en tejados suburbanos.
Las filas de células solares de silicio se alternan con filas de hologramas transparentes en los concentradores de Prism Solar. (Cortesía de Prism Solar)
Ahora Prism Solar Technologies de Stone Ridge, NY, ha desarrollado un módulo solar de prueba de concepto que utiliza hologramas para concentrar la luz, posiblemente reduciendo el costo de los módulos solares hasta en un 75 por ciento, haciéndolos competitivos con la electricidad generada a partir de combustibles fósiles.
La nueva tecnología reemplaza los antiestéticos concentradores con elegantes paneles planos laminados con hologramas. Los paneles, dice Rick Lewandowski, presidente y director ejecutivo de la empresa, son una solución más elegante que los concentradores tradicionales y se pueden instalar en tejados o incluso en ventanas y puertas de vidrio.
El sistema necesita de un 25 a un 85 por ciento menos de silicio que un panel de silicio cristalino de potencia comparable, dice Lewandowski, porque el material fotovoltaico no necesita cubrir toda la superficie de un panel solar. En cambio, el material fotovoltaico se dispone en varias filas. Una capa de hologramas (patrones creados con láser que difractan la luz) dirige la luz hacia una capa de vidrio donde continúa reflejándose en la superficie interior del vidrio hasta que encuentra su camino hacia una de las tiras de silicio fotovoltaico. Reducir el material fotovoltaico necesario podría reducir los costos de aproximadamente $ 4 por vatio a $ 1,50 para los paneles de silicio cristalino, dice.
La compañía espera obtener otros $ 6 millones de capitalistas de riesgo interesados y comenzar a fabricar sus módulos de primera generación para fin de año, vendiéndolos a aproximadamente $ 2,40 por vatio. Los módulos de próxima generación con tecnología más avanzada deberían reducir aún más el costo.
En su capacidad para concentrar la luz, los hologramas no son tan poderosos como los concentradores convencionales. Pueden multiplicar la cantidad de luz que cae sobre las células solo por un factor de 10, mientras que los sistemas basados en lentes pueden aumentar la luz por un factor de 100, y algunos incluso hasta 1000.
Pero los concentradores tradicionales son complicados. Dado que las lentes o espejos que enfocan la luz deben mirar directamente al sol, tienen que seguir mecánicamente el sol. También calientan las células solares, por lo que requieren un sistema de refrigeración. Como resultado, aunque redirigen la luz con más intensidad que el dispositivo de holograma, son difíciles de manejar ... y no tan prácticos para usos residenciales, dice el portavoz del Laboratorio Nacional de Energía Renovable, George Douglas.
Los hologramas tienen ventajas que compensan su poder de concentración relativamente débil. Pueden seleccionar ciertas frecuencias y enfocarlas en las células solares que funcionan mejor en esas frecuencias, convirtiendo la máxima luz posible en electricidad. También se pueden hacer para dirigir las frecuencias generadoras de calor lejos de las celdas, por lo que no es necesario enfriar el sistema. De esta manera, está utilizando de manera eficiente solo la parte de la luz solar que realmente importa, dice Selim Shahriar , director del laboratorio de tecnología atómica y fotónica de la Universidad Northwestern en Evanston, IL.
Además, se pueden diseñar diferentes hologramas en un módulo concentrador para enfocar la luz desde diferentes ángulos, por lo que no necesitan partes móviles para rastrear el sol.
El sistema de Prism Solar incorpora estas ventajas. Sin embargo, para ser competitiva con otras tecnologías solares disponibles en la actualidad, la empresa podría necesitar reducir su precio por debajo de 2,40 dólares el vatio, dice Christo Stojanoff, profesor emérito de ingeniería en la Universidad Tecnológica de Aquisgrán en Alemania.
El CEO Lewandowski dice que los módulos holográficos costarán alrededor de $ 1,50 por vatio en unos pocos años, utilizando su tecnología de segunda generación, que tendrá células solares intercaladas entre dos paneles de vidrio que contienen hologramas. A ese precio, comenzarán a competir con la electricidad generada con combustibles fósiles, que ahora cuesta casi tres veces menos que la electricidad solar convencional, según una empresa de consultoría e investigación con sede en San Francisco, California. Zumbido solar .
El uso intensivo de vidrio de los módulos podría aumentar su costo, dice Douglas. Aún así, una idea tan novedosa para un concentrador, que usa hologramas, podría ser una inversión lucrativa porque necesita menos silicio que los módulos de pantalla plana y, por lo tanto, ahorra dinero. La alta demanda de células solares en Alemania y otros países europeos ahora ha superado la oferta, lo que ha [provocado] una escasez de silicio y una escasez de fabricación en el mundo fotovoltaico, dice.
Aunque la idea de los concentradores solares holográficos ha existido desde principios de la década de 1980, nadie los ha desarrollado comercialmente todavía, según el profesor Stojanoff, quien ha investigado extensamente la técnica. Su empresa, Holotec GmbH en Aquisgrán, Alemania, investiga y fabrica materiales holográficos. Además, Northeast Photosciences, una empresa con sede en Hollis, NH, estuvo a punto de fabricar, antes de desaparecer por razones no relacionadas con la tecnología o con las finanzas, dice.
Entonces, si todo sale según lo planeado, Prism Solar podría ser la primera empresa en fabricar y vender módulos concentradores solares holográficos.