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Wird eine bahnbrechende Solartechnologie das Licht der Welt erblicken?
Das Netzteil ist eine rechteckige Platte von der Größe einer Kinoleinwand. Es ist auf einem dicken Stahlpfosten montiert und mit einem Nachführmechanismus ausgestattet, der es kontinuierlich auf die Sonne richtet. Die Platte besteht aus über 100.000 kleinen Linsen und einer gleichen Anzahl noch kleinerer Solarzellen, jede so groß wie die Spitze eines Kugelschreibers. Diese Vorrichtung ist Teil eines der effizientesten Solarstromgeräte, die jemals hergestellt wurden.
Semprius, ein Startup mit Sitz in Durham, North Carolina, behauptet, dass die nächste Generation dieses Kraftwerks Solarenergie zur günstigsten Option für Energieversorger machen wird, die neue Kraftwerke installieren. Bei Feldern von über 1.000 dieser Geräte würden Energieversorger Strom zu weniger als 5 Cent pro Kilowattstunde produzieren. Das ist sogar billiger als die derzeit günstigste Option: eine neue Erdgasanlage.
Die Technologie stammt aus dem Labor von John Rogers, Professor für Chemie und Materialwissenschaft und -technik an der University of Illinois. Semprius hat 45 Millionen US-Dollar von Investoren wie Siemens aufgebracht und Rekorde für die Effizienz von Solarzellen aufgestellt – das heißt, die Menge an Energie im Sonnenlicht, die in Strom umgewandelt wird. In diesem Jahr demonstrierte es, dass es eine Version seiner Technologie verwenden könnte, um eine neuartige Art von Solarzelle herzustellen, die, wie einige glauben, die Hälfte der Energie des Sonnenlichts in Elektrizität umwandeln könnte, etwa dreimal besser als herkömmliche Solarzellen.
Doch trotz aller Versprechen der Technologie befindet sich Semprius in einer schwierigen finanziellen Situation. Damit seine Technologie wirtschaftlich ist, muss Semprius die Produktion seiner Solarzellen erheblich steigern. Im Moment kann es genug Solaranlagen herstellen, um sechs Megawatt Strom pro Jahr zu produzieren, aber es muss die Leistung auf mindestens 200 Megawatt steigern. In der Hoffnung, dies zu tun, sammelt das Unternehmen 40 Millionen US-Dollar. Die derzeitigen Investoren sagen, dass sie einen Beitrag leisten werden, und leihen dem Unternehmen vorerst Geld, um es im Geschäft zu halten, aber sie werden dies nicht für immer tun. Das Unternehmen braucht bald einen neuen Investor. Sonst könnte es untergehen.
Die missliche Lage von Semprius ist für Solar-Startups bekannt geworden. Semprius wurde 2005 gegründet und war einige Jahre später Teil einer Welle von Risikokapitalinvestitionen, die Hunderte neuer Solarunternehmen finanzierte (siehe Alta Devices: Finding a Solar Solution ). Es ist eines von nur wenigen dieser Unternehmen, die noch bestehen. Viele der anderen scheiterten oder wurden für ein paar Cent auf den Dollar erworben. Investoren verloren mehr als 1 Milliarde Dollar. Die daraus resultierende Gegenreaktion hat es allen Solarunternehmen erschwert, unabhängig von ihren Vorzügen die Investitionen zu erhalten, die sie benötigen, um ihre Technologie zu beweisen.
Im Jahr 2007 warfen Risikokapitalgeber Geld auf Solarunternehmen. Alles, was Sie brauchen, ist Solar in Ihrem Namen. Oder zumindest mit dem Buchstaben S beginnen, sagt Scott Burroughs, Chief Technology Officer von Semprius. Jetzt sei es genau umgekehrt, sagt er. Anstatt Geld auf Unternehmen zu werfen, ziehen sie es nicht einmal in Betracht, wenn es um Solar geht.
Das wirft eine beunruhigende Möglichkeit auf – könnte eine bahnbrechende Technologie, die Solarenergie wirklich wettbewerbsfähig machen könnte, nie das Licht der Welt erblicken, nicht wegen mangelnder technischer Vorzüge, sondern weil Investoren abgeschreckt wurden?
Zauberstempel
So viel Geld verlangt Semprius eigentlich gar nicht. In der Blütezeit der Solartechnologie-Blase sammelte das unglückselige Startup Solyndra etwa 1 Milliarde US-Dollar von Risikokapitalgebern und erhielt eine weitere halbe Milliarde von der US-Regierung in Form eines Darlehens für den Bau einer großen Fabrik, um seine Technologie zu beweisen. Vor ein paar Jahren hätte Semprius keine Probleme gehabt, 40 Millionen US-Dollar aufzubringen, um die Kapazität zu erhöhen und die Kosten bis zur Gewinnschwelle zu senken. Im Gegensatz zu vielen früheren Solar-Startups, die auf die Entwicklung völlig neuer Produktionsanlagen gesetzt haben, verwendet Semprius hauptsächlich kostengünstige Standardgeräte, einige davon aus der LED-Industrie. Es könnte einfach durch die Nutzung von Überkapazitäten in bestehenden LED-Produktionsanlagen wachsen.
Das Unternehmen wäre ohne ein Schlüsselelement der neuen Fertigungstechnologie nicht möglich, aber auch das ist bemerkenswert einfach. In der Pilotfabrik von Semprius in Henderson, North Carolina, befindet sich diese Technologie in zwei verglasten Geräten, die jeweils nicht viel größer als ein Bürokopierer sind. Am Ende eines Roboterarms befindet sich bewusst unsichtbar ein Gummistempel mit geprägtem Muster. Dieses Siegel macht den hocheffizienten und kostengünstigen Solarstrom von Semprius möglich.
Der Stempel, der im Labor von Rogers entwickelt wurde, ermöglicht es Semprius, eine Art von Solarenergie namens konzentrierte Photovoltaik zu verbessern, die es seit Jahrzehnten gibt (siehe Ultra-Efficient Solar ). Die Idee ist, dass Sie die Menge an Energie, die jede Solarzelle sammelt, erhöhen können, indem Sie Linsen über die Zelle legen, um das Licht darauf zu fokussieren. Bestehende Versionen dieser Technologie könnten eine Linse mit einer Fläche von etwa 400 Quadratzentimetern verwenden und sie für ein Konzentrationsverhältnis von 400 auf eine 1-Zentimeter-Solarzelle fokussieren.
Der Stempel von Semprius ermöglicht es, Arrays aus Solarzellen herzustellen, die viel kleiner und dünner sind als diejenigen, die in der konzentrierenden Photovoltaik verwendet wurden. Damit die Konzentrationstechnologie funktioniert, müssen die Solarzellen aufgenommen und in einem Array angeordnet werden, damit sie mit einem Array von Linsen gepaart werden können – und hier kommt der Gummistempel ins Spiel. Er kann Tausende von winzigen Zellen aufnehmen und übertragen Solarzellen auf einmal, ohne sie zu beschädigen, was die Wirtschaftlichkeit der Verwendung kleiner Solarzellen völlig verändert.
Kleine Zellen haben viele Vorteile; Da sie wenig Material benötigen, können sie aus teuren Halbleitertypen hergestellt werden, die weitaus effizienter sind als Silizium. Darüber hinaus leiten sie Wärme gut ab und können unter sehr konzentriertem Sonnenlicht betrieben werden. Das macht ein Konzentrationsverhältnis von 1.600 zu 1 statt 400 zu 1 möglich. Sie würden viel weniger Material und Platz benötigen, um die gleiche Menge Strom zu erzeugen wie eine typische Solarzelle.
Diese Vorteile und einige clevere Linsendesigns ermöglichten es Semprius, 2012 einen Solarenergieeffizienzrekord zu brechen. Burroughs sagt jedoch, dass ein weiterer Fortschritt, der in diesem Jahr gemacht wurde, dem Unternehmen ermöglichen würde, noch weiter zu gehen. Semprius demonstrierte einen weiteren Vorteil der Stempel – ihre Fähigkeit, Zellen aus verschiedenen Halbleitern schnell und sehr genau übereinander zu stapeln. Forscher wollten dies schon seit einiger Zeit tun, da sie damit Halbleitermaterialien an jeden Teil des Sonnenspektrums anpassen könnten. Einige Lichtwellenlängen würden von einem Material absorbiert und der Rest würde zu den darunter liegenden Halbleitern gelangen und so weiter.
Das physische Stapeln von Zellen war mit herkömmlichen Fertigungsanlagen nicht praktikabel. Der Gummistempel von Semprius und die extrem dünnen Halbleiterschichten machen es relativ einfach, die Zellen auszurichten und elektrisch zu verbinden.
Burroughs sagt voraus, dass Semprius im nächsten Jahr den aktuellen Rekord brechen und dann schnell den neuen brechen wird, da es die Technologie optimiert. Wenn das Unternehmen bis zum nächsten Jahr überleben kann, das heißt.
Tal der Dunkelheit
Siemens hat seine Anteile an Semprius im Juni 2011 erworben. Nach einer detaillierten Prüfung der Technologie, sagt Thomas Mart, der weltweite Leiter der Solaraktivitäten bei Siemens, haben wir einen Weg gesehen, um zu sehr niedrigen Stromkosten zu gelangen.
Geplant war, dass Siemens und Semprius zusammenarbeiten, wobei Semprius seine konzentrierten Photovoltaikgeräte herstellt und Siemens auf sein Know-how im Bau von Solarkraftwerken zurückgreift. Aber 15 Monate nachdem Siemens in Semprius investiert hatte, brach alles zusammen.
Angesichts all der Dinge, die in den letzten zwei bis drei Jahren in der Solarbranche passiert sind, einschließlich der Implosion anderer kleiner Startups, haben unsere Investoren allen Grund, in die Berge zu gehen.
Riesige Investitionen in konventionelle Silizium-Solarenergie, insbesondere in China, hatten die Produktionskosten gesenkt, aber auch den Markt mit billigen Solarmodulen überschwemmt. Angesichts des Angebots an billigen Solarmodulen wurde es für Unternehmen mit alternativen Technologien – wie Dünnschicht-Solar- oder konzentrierte Photovoltaik – nahezu unmöglich, sich zu behaupten. Dutzende vielversprechender Solar-Startups scheiterten und der prognostizierte Markt für konzentrierte Photovoltaik schrumpfte, was Siemens davon überzeugte, aus dem Geschäft auszusteigen, die Partnerschaft beendete und den Beginn schwieriger Zeiten für Semprius markierte.
Die Solargeräte von Semprius eignen sich bestens für den Einsatz in Solarkraftwerken. Die Unterstützung von Siemens hätte dazu beigetragen, Versorgungsunternehmen davon zu überzeugen, eine Chance auf neuartige Technologien zu ergreifen. Ohne einen solchen Partner ist dieser Job viel schwieriger.
Erschwerend kommt für Semprius hinzu, dass herkömmliche Silizium-Solarmodule noch erheblich günstiger und effizienter werden können. Neue Methoden zur Herstellung von Siliziumwafern, dem teuersten Teil einer Solarzelle, könnten die Waferkosten um die Hälfte oder mehr senken (siehe Gebet für ein Energiewunder ). Neue Solarzellendesigns verbessern ihre Effizienz. Solche Fortschritte könnten Solarenergie letztendlich billiger machen als fossile Brennstoffe, auch ohne die Technologie von Semprius.
Aber Solarenergie auf Siliziumbasis ist noch nicht da, und das ist die Chance für Semprius. Die U.S. Energy Information Administration schätzt, dass neue Solarkraftwerke Strom zu knapp 15 Cent pro Kilowattstunde produzieren werden – weit mehr als die 6,5 Cent pro Kilowattstunde für Erdgasstrom. Wenn also Semprius recht hat, dass es bald über eine Technologie verfügen wird, mit der Solarmodule Strom für etwa 5 Cent pro Kilowattstunde produzieren können, könnte seine Technologie für diejenigen attraktiv sein, die neue Kraftwerke planen. Es ist keine Erfindung erforderlich, nur gute, solide Technik, sagt Burroughs.
Daher sucht Semprius weiter nach einem neuen Investor, um seine Technologie zu erweitern. Es hat Leads an sonnigen Orten, wo seine Systeme am besten funktionieren, wie Saudi-Arabien und Teile von Mexiko. Mindestens ein potenzieller Investor in China sei interessiert, sagt Burroughs.
Angesichts all der Dinge, die in den letzten zwei bis drei Jahren in der Solarbranche passiert sind, einschließlich der Implosion anderer kleiner Startups, haben unsere Investoren allen Grund, in die Berge zu gehen, sagt Semprius-CEO Josef Carr . Aber unsere Kunden und Partner – alle sagen, dass wir halten, was wir sagen. Das überzeugt unsere derzeitigen Investoren davon, dass es am Ende eine Chance gibt, wenn wir durch dieses Tal der Dunkelheit kommen.
Diese Investoren hoffen, dass bald ein strategischer Investor unter Vertrag genommen werden kann. Sie haben das Unternehmen finanziert, während es mehr Geld sammelt, nicht weil wir gerne wohltätige Geschenke machen, sagt Semprius-Investor Clinton Bybee, Risikokapitalgeber bei ARCH Venture Partners. Wir glauben, dass dies sehr groß sein könnte.