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Concentrated Solar Startup stellt einen neuen Effizienzrekord auf
Semprius, ein Startup, das winzige Solarzellen herstellt, die ohne kostspielige Kühlsysteme konzentriertes Sonnenlicht einfangen können, gab diese Woche bekannt, dass es das effizienteste Solarmodul der Welt hergestellt hat.
Solartracker: Dieses Solarmodul-Array wurde von Semprius zu Testzwecken gebaut. Die Module sind auf einem zweiachsigen Tracker montiert, der sie auf die Sonne ausgerichtet hält.
Die Solarmodule des Unternehmens verwenden winzige Solarzellen aus Galliumarsenid. Das rekordverdächtige Solarmodul enthält Hunderte solcher Zellen, jede etwa so breit wie eine Kugelschreiberlinie, die unter Linsen angeordnet sind, die das Sonnenlicht 1.100 Mal konzentrieren.
Galliumarsenid absorbiert Sonnenlicht viel besser als Silizium, das Material, das in den meisten Solarzellen verwendet wird, aber es ist auch teurer. Obwohl konzentrierte Solarmodule weniger halbleitendes Material verwenden, benötigen sie in der Regel teure Optiken, Kühlsysteme und Nachführsysteme, um sie auf die Sonne ausgerichtet zu halten. Die mikroskaligen Solarzellen von Semprius können Wärme von Natur aus viel besser ableiten und sind daher billiger.
Die Module von Semprius haben noch einen weiteren Vorteil: Während eine Silizium-Solarzelle nur ein schmales Band des Sonnenlichts effizient absorbiert, bestehen die Solarzellen in diesem Modul aus drei Schichten Galliumarsenid, die jeweils so modifiziert sind, dass sie einen anderen Teil des Sonnenspektrums in Strom umwandeln.
Tests durch einen Drittanbieter bescheinigten dem Solarmodul von Semprius einen Wirkungsgrad von 33,9 Prozent. Damit konnte erstmals ein Solarmodul mehr als ein Drittel des auftreffenden Sonnenlichts in Strom umwandeln. Herkömmliche Silizium-Solarmodule wandeln normalerweise weniger als 15 Prozent des Lichts in Strom um, und der Rekord für ein Silizium-Solarmodul liegt bei 22,9 Prozent. Der bisherige Rekord für jedes Solarmodul lag bei 32 Prozent, sagt Semprius.
Einmalige, experimentelle Module haben höhere Wirkungsgrade erreicht, aber das Rekordmodul von Semprius ist für den kommerziellen Einsatz konzipiert. Es wurde mit der gleichen Art von Ausrüstung hergestellt, die das Unternehmen in einer kleinen Fabrik in Henderson, North Carolina, installiert, die voraussichtlich diesen Sommer eröffnet wird. Dies ist ein guter Hinweis auf die Effizienz, die unsere Kunden erwarten können, sagt Joe Carr, CEO von Semprius.
Der Prozess von Semprius bildet Zehntausende winziger Solarzellen auf einem einzigen Wafer aus Galliumarsenid und verwendet chemisches Ätzen und ein Robotersystem, um jede Schicht auf ein kostengünstiges Substrat zu übertragen. Der gleiche Galliumarsenid-Wafer kann viele Male wiederverwendet werden, was die Kosten senkt. Der Ansatz basiert auf einer Methode zur Übertragung kleiner Elektronik von einem Wafer auf andere Substrate, die von John Rogers, Professor für Materialwissenschaften und -technik an der University of Illinois in Urbana-Champaign, entwickelt wurde.
Netzteil: Jedes Semprius Solarpanel besteht aus einem Array von 660 Linsen, die das Licht auf 660 winzige Solarzellen fokussieren.
Konzentrierte Sonnenkollektoren verwenden Nachführsysteme, um der Sonne zu folgen. Diese sind teuer und können unzuverlässig sein, und sie können auf den meisten Dächern nicht montiert werden, was ihre Anwendung einschränkt. Außerdem funktionieren sie nur in sehr sonnigen Lagen, da bei bedecktem Himmel ihre Leistung deutlich stärker sinken kann als bei einer herkömmlichen Solarzelle.
Aber da die Kosten für Nachführsysteme sinken und die Effizienz von Mehrschichtsolarzellen steigt, wird konzentrierte Photovoltaik immer attraktiver. Große Installationen dieser Art von Solarmodulen haben in den letzten Monaten zugenommen.
Semprius baut seine Fabrik in einer für die Solarindustrie besonders schwierigen Zeit. Ein Überangebot und eine Reduzierung der Herstellungskosten haben zu einem rapiden Preisverfall bei Solarmodulen geführt, was den Markteintritt neuer Unternehmen erschwert und einige bestehende Hersteller aus dem Geschäft drängt.
Als Reaktion auf sinkende Preise setzen viele Solarunternehmen, darunter auch Semprius, auf Effizienzsteigerungen. Solange die Herstellung die Kosten niedrig halten kann, senkt eine höhere Effizienz die Kosten pro Watt von Solarmodulen. Noch wichtiger ist, dass es auch die Kosten für Installation und zugehörige Ausrüstung senkt, die mehr als die Hälfte der Kosten für Solarstrom ausmachen können. Außerdem setzt Semprius so weit wie möglich auf bewährte Fertigungstechnologien, die die Skalierung der Produktion erleichtern und die Entwicklungskosten senken könnten.
Semprius hat noch einen weiteren Vorteil: eine Partnerschaft mit Siemens. Neben der Direktfinanzierung (Siemens ist mit 16 Prozent an dem Unternehmen beteiligt) bringt Siemens Erfahrung in der Fertigung und im Bau kompletter Solarparks mit und die Partnerschaft erleichtert die Finanzierung durch Banken.
Die kleine Fabrik, die Semprius diesen Sommer eröffnen will, wird eine Kapazität von 30 Megawatt Sonnenkollektoren pro Jahr haben. Semprius geht davon aus, dass die dort hergestellten Panels für einige Anwendungen kostendeckend sein werden, sagt Carr. Eine Steigerung der Produktion auf 100 Megawatt würde die Kosten so weit senken, dass die Technologie mit billigen Solarmodulen aus China konkurrieren könnte.
Letztendlich hängen die Kosten pro Kilowattstunde für Solarstrom von einer Reihe von Faktoren ab, wie etwa Finanzierungskosten, Grundstückskosten, lokaler Arbeitslohn, Nähe zu Übertragungsleitungen usw. Carr glaubt jedoch, dass Semprius Solarstrom für weniger als 10 Cent pro Kilowattstunde erzeugen kann, was niedrig genug ist, um in vielen Bereichen einen Anteil am Versorgungsmarkt zu erringen. Dies sei auch ohne staatliche Subventionen möglich.