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¿Verá la luz del día una tecnología solar innovadora?
La unidad de potencia es una losa rectangular del tamaño de una pantalla de cine. Está montado sobre un grueso poste de acero y equipado con un mecanismo de seguimiento que lo apunta continuamente hacia el sol. La losa está hecha de más de 100.000 lentes pequeñas y un número igual de células solares aún más pequeñas, cada una del tamaño de la punta de un bolígrafo. Este artilugio es parte de uno de los dispositivos de energía solar más eficientes jamás fabricados.
Semprius, una startup con sede en Durham, Carolina del Norte, afirma que la próxima generación de esta unidad de energía hará que la energía solar sea la opción más económica para las empresas de servicios públicos que instalan nuevas plantas de energía. Con campos de más de 1000 de estos dispositivos, las empresas de servicios públicos producirían electricidad a menos de 5 centavos por kilovatio-hora. Eso es incluso más barato que la opción menos costosa de hoy: una nueva planta de gas natural.
La tecnología se originó en el laboratorio de John Rogers, profesor de química y ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois. Semprius ha recaudado $45 millones de inversionistas, incluido Siemens, y ha establecido récords de eficiencia de celdas solares, es decir, la cantidad de energía de la luz solar que se convierte en electricidad. Este año demostró que podía usar una versión de su tecnología para fabricar un nuevo tipo de celda solar que, según algunos, podría convertir la mitad de la energía de la luz solar en electricidad, unas tres veces mejor que las celdas solares convencionales.
Sin embargo, a pesar de toda la promesa de la tecnología, Semprius se encuentra en una situación financiera difícil. Para que su tecnología sea rentable, Semprius debe aumentar significativamente la producción de sus células solares. En este momento, puede fabricar suficientes unidades solares para producir seis megavatios de energía por año, pero necesita elevar eso a por lo menos 200 megavatios. La compañía está recaudando $ 40 millones con la esperanza de hacer esto. Sus inversionistas actuales dicen que contribuirán y, por ahora, le están prestando dinero a la empresa para mantenerla en el negocio, pero no lo harán para siempre. La empresa necesita pronto un nuevo inversor. De lo contrario, podría hundirse.
La situación de Semprius se ha vuelto familiar para las nuevas empresas solares. Fundada en 2005, Semprius formó parte de una ola de inversiones de capital de riesgo un par de años más tarde que financió cientos de nuevas empresas de energía solar (ver Alta Devices: Finding a Solar Solution). Es una de las pocas de esas empresas que siguen en pie. Muchos de los otros fracasaron o fueron adquiridos por centavos de dólar. Los inversores perdieron más de mil millones de dólares. La reacción negativa resultante ha dificultado que las empresas de energía solar, independientemente de sus méritos, obtengan las inversiones que necesitan para probar su tecnología.
En 2007, los capitalistas de riesgo arrojaron dinero a las empresas solares. Todo lo que tendría que tener es energía solar a su nombre. O al menos comenzar con la letra S, dice Scott Burroughs, director de tecnología de Semprius. Ahora es exactamente lo contrario, dice. En lugar de tirar dinero a las empresas, ni siquiera están considerando una si está asociada con la energía solar.
Eso plantea una posibilidad inquietante: ¿una tecnología innovadora que podría hacer que la energía solar sea realmente competitiva nunca vea la luz del día, no por falta de mérito técnico, sino porque los inversores se han asustado?
Sello Mágico
Semprius en realidad no está pidiendo tanto dinero. En el apogeo de la burbuja de la tecnología solar, la desafortunada startup Solyndra recaudó alrededor de mil millones de dólares de capitalistas de riesgo y obtuvo otros quinientos millones del gobierno de EE. UU. en forma de préstamo para construir una gran fábrica para probar su tecnología. Hace algunos años, Semprius no habría tenido problemas para recaudar $40 millones para poder aumentar la capacidad y reducir los costos hasta el punto de equilibrio. A diferencia de muchas nuevas empresas solares anteriores que apostaron por desarrollar equipos de fabricación completamente nuevos, Semprius utiliza principalmente equipos económicos y listos para usar, algunos de ellos de la industria LED. Podría crecer simplemente utilizando el exceso de capacidad en las instalaciones de fabricación de LED existentes.
La empresa no sería posible sin una parte clave de la nueva tecnología de fabricación, pero eso también es notablemente simple. En la fábrica piloto de Semprius en Henderson, Carolina del Norte, esa tecnología se puede encontrar dentro de dos dispositivos con cubierta de vidrio, cada uno no mucho más grande que una fotocopiadora de oficina. Al final de un brazo robótico, y mantenido deliberadamente fuera de la vista, hay un sello de goma grabado con un patrón. Este sello es lo que hace posible la energía solar de alta eficiencia y bajo costo de Semprius.
El sello, desarrollado en el laboratorio de Rogers, permite a Semprius mejorar un tipo de energía solar llamada energía fotovoltaica concentrada, que existe desde hace décadas (ver Ultra-Efficient Solar). La idea es que puede aumentar la cantidad de energía que acumula cualquier celda solar colocando lentes sobre la celda para enfocar la luz en ella. Las versiones existentes de esta tecnología podrían usar una lente con un área de aproximadamente 400 centímetros cuadrados y enfocarla en una celda solar de un centímetro, para una relación de concentración de 400.
El sello de Semprius hace posible fabricar conjuntos de células solares que son mucho más pequeñas y delgadas que las que se han utilizado en la energía fotovoltaica de concentración. Para que la tecnología de concentración funcione, las células solares deben recogerse y organizarse en un conjunto para que puedan combinarse con un conjunto de lentes, y ahí es donde entra en juego el sello de goma. Puede recoger y transferir miles de los diminutos células solares a la vez sin romperlas, cambiando por completo la economía del uso de células solares pequeñas.
Las celdas pequeñas tienen muchas ventajas; debido a que requieren poco material, pueden estar hechos de costosos tipos de semiconductores que son mucho más eficientes que el silicio. Además, disipan bien el calor y pueden funcionar bajo una luz solar muy concentrada. Eso hace posible una relación de concentración de 1.600 a 1 en lugar de 400 a 1. Necesitaría mucho menos material y bienes raíces para generar la misma cantidad de energía que una celda solar típica.
Estas ventajas, y algunos diseños de lentes inteligentes, permitieron a Semprius batir un récord de eficiencia de energía solar en 2012. Pero Burroughs dice que otro avance, realizado este año, permitiría a la empresa ir aún más lejos. Semprius demostró otra ventaja de los sellos de goma: su capacidad para apilar de forma rápida y precisa celdas hechas de diferentes semiconductores una encima de la otra. Los investigadores han querido hacer esto durante algún tiempo, ya que les permitiría hacer coincidir los materiales semiconductores con cada parte del espectro solar. Algunas longitudes de onda de luz serían absorbidas por un material, y el resto pasaría a los semiconductores que se encuentran debajo, y así sucesivamente.
El apilamiento físico de celdas no era práctico con el equipo de fabricación convencional. El sello de goma de Semprius y las capas extremadamente delgadas de semiconductor hacen que sea relativamente fácil alinear las celdas y conectarlas eléctricamente.
Burroughs predice que el próximo año Semprius romperá el récord actual y luego romperá rápidamente el nuevo a medida que optimiza la tecnología. Si la empresa puede sobrevivir hasta el próximo año, eso es.
valle de la oscuridad
Siemens adquirió su participación en Semprius en junio de 2011. Después de un examen detallado de su tecnología, dice Thomas Mart, jefe global de actividades solares de Siemens, lo que vimos es una forma de llegar a costos de electricidad muy bajos.
El plan había sido que Siemens y Semprius trabajaran juntos, con Semprius produciendo sus dispositivos fotovoltaicos concentrados y Siemens aprovechando su experiencia en la construcción de plantas de energía solar. Pero 15 meses después de que Siemens invirtiera en Semprius, todo se vino abajo.
Dado todo lo que sucedió en la industria solar en los últimos dos o tres años, incluidas las implosiones de otras pequeñas empresas emergentes, nuestros inversores tienen todas las razones para ir a las colinas.
Las enormes inversiones en energía solar de silicio convencional, especialmente en China, redujeron los costos de producción pero también inundaron el mercado con paneles solares baratos. Dada la oferta de paneles solares baratos, se volvió casi imposible competir para las empresas con tecnologías alternativas, como la energía solar de película delgada o la energía fotovoltaica concentrada. Docenas de nuevas empresas solares prometedoras fracasaron y el mercado proyectado para la energía fotovoltaica concentrada se contrajo, lo que convenció a Siemens de abandonar el negocio, puso fin a la asociación y marcó el comienzo de tiempos difíciles para Semprius.
Los dispositivos solares de Semprius son los más adecuados para su uso en plantas de energía solar. Contar con el respaldo de Siemens habría ayudado a convencer a las empresas de servicios públicos de que se arriesgaran con una tecnología novedosa. Sin tal socio, ese trabajo es mucho más difícil.
Para empeorar las cosas para Semprius, los paneles solares de silicio convencionales todavía tienen espacio para volverse significativamente más baratos y eficientes. Las nuevas formas de fabricar obleas de silicio, la parte más costosa de una celda solar, podrían reducir los costos de las obleas a la mitad o más (ver Orando por un milagro energético). Los nuevos diseños de celdas solares están mejorando su eficiencia. Con el tiempo, tales avances podrían hacer que la energía solar sea más barata que los combustibles fósiles, incluso sin la tecnología de Semprius.
Pero la energía solar basada en silicio aún no está ahí, y esa es la oportunidad para Semprius. La Administración de Información de Energía de EE. UU. estima que las nuevas plantas de energía solar producirán energía a poco menos de 15 centavos por kilovatio-hora, mucho más que los 6,5 centavos por kilovatio-hora de la energía de gas natural. Por lo tanto, si Semprius tiene razón en que pronto tendrá tecnología para hacer paneles solares capaces de producir electricidad a alrededor de 5 centavos por kilovatio-hora, su tecnología podría ser atractiva para quienes planean nuevas plantas de energía. No se requiere invención, solo ingeniería buena y sólida, dice Burroughs.
Entonces, Semprius continúa su búsqueda de un nuevo inversor para escalar su tecnología. Tiene pistas en lugares soleados, donde sus sistemas funcionan mejor, como Arabia Saudita y partes de México. Al menos un inversionista potencial en China está interesado, dice Burroughs.
Dado todo lo que sucedió en la industria solar en los últimos dos o tres años, incluidas las implosiones de otras pequeñas empresas emergentes, nuestros inversores tienen todas las razones para ir a las colinas, dice el director ejecutivo de Semprius. jose carr . Pero nuestros clientes y socios, todos dicen que estamos a la altura de lo que decimos que vamos a hacer. Eso convence a nuestros inversores actuales de que si podemos atravesar este valle de oscuridad, al final hay una oportunidad.
Esos inversionistas tienen la esperanza de que pronto se pueda firmar un inversionista estratégico. Han mantenido a la compañía financiada mientras recauda más dinero, no porque estemos dando obsequios caritativos, dice el inversionista de Semprius, Clinton Bybee, un capitalista de riesgo de ARCH Venture Partners. Creemos que esto podría ser muy grande.