IBM bada technologię ogniw fotowoltaicznych z koncentratorem

Końcem maja firma IBM poinformowała o przełomie swoich w pracach badawczych dotyczących technologii fotowoltaicznej (PV), czego efektem może być znacząca redukcja kosztów przetwarzania energii słonecznej w elektryczną. Naukowcom udało się uzyskać zdecydowanie większą wydajność mocy ogniwa przez zastosowanie koncentratorów, które skupiają promieniowanie słoneczne i jednocześnie zastosować skuteczny system chłodzenia, który odprowadza nadmiar ciepła z ogniwa i chroni go przez zniszczeniem.

W taki sam sposób jak uczniowie na lekcji fizyki używają szkła powiększającego do skupienia promieni słonecznych i spalenia liścia, tak badacze z IBM użyli dużych soczewek do koncentrowania energii słonecznej uzyskując rekordowy rezultat gęstości mocy: 230W na centymetr kwadratowy ogniwa słonecznego. Finalnie oznacza to moc użyteczną 70W na wyjściu ogniwa, czyli ok. 5 razy więcej niż można uzyska z typowego ogniwa krzemowego. Nową technologię nazwano technologią koncentratorów fotowoltaicznych (CPV).

IBM wierzy, że jeśli uda się przezwyciężyć problemy i wprowadzić projekt w życie, to pomoże on znacząco zredukować koszty typowych ogniw słonecznych. Przez użycie znacznie mniejszej liczby ogniw fotowoltaicznych w elektrowniach słonecznych i skoncentrowanie na nich większej ilości światła, wykorzystując mocne soczewki, nowy system umożliwi uzyskanie znacząco niższych kosztów produkcji i ograniczenie ilości zastosowanych komponentów. Dla przykładu, zstąpienie bieżących ogniw rozwiązaniem firmy IBM, umożliwiłoby dziesięciokrotne zredukowanie ilości pracujących ogniw, przy zachowaniu porównywalnej mocy całego układu.

"Wierzymy, że IBM może wydobyć unikalną wiedzę z już posiadanego doświadczenia w dziedzinie półprzewodnictwa i nanotechnologii" - powiedział dr Supratik Guha, lider prac badawczych IBM. „To jest jeden z wielu programów badawczych, które rozwijamy w naszych laboratoriach, gdzie możemy wypracowywać znaczące zmiany dla całego przemysłu podczas zaawansowania podstawowej wiedzy o technologii produkcji ogniw słonecznych”.

Cała sztuka polega na możliwości chłodzenia cienkich ogniw słonecznych. Taka ilość promieniowania słonecznego skoncentrowana na małej powierzchni generuje wystarczającą ilość ciepła, by roztopić stal nierdzewną. Jednak dzięki innowacyjnej technologii opracowanej w IBM R&D, która doskonale sprawdzaq się w chłodzeniu układów scalonych, zespół naukowców był w stanie obniżyć temperaturę ogniwa słonecznego z ponad 1600 do 85 stopni Celsjusza

Wstępne wyniki badan projektu IBM zostały zaprezentowane podczas 33 konferencji specjalistów z dziedziny fotowoltaiki (33rd IEEE Photovoltaic Specialist Conference), gdzie naukowcy wyjaśniali w jaki sposób ich interfejs z wykorzystujący cienki metal jest w stanie skutecznej niż w przypadku jakichkolwiek innych dostępnych obecnie sposobów, transportować ciepło z ogniwa słonecznego do miedzianego bloku chłodzącego.

Firma IBM w swoim projekcie użyła bardzo cienką warstwę ciekłego metalu składającego się z mieszanki galu i indu, która została naniesiona pomiędzy ogniwem i częścią chłodzącą. Warstwy metali nazywane warstwami termicznymi interfejsu odprowadzają ciepło z ogniwa na tyle skutecznie, że ciągle na ogniwie utrzymywana jest niska temperatura. IBM twierdzi, że rozwiązanie z użyciem ciekłych metali jest najskuteczniejszym sposobem dostępnym obecnie na rynku. Technologia ta została wcześniej rozwinięta przez IBM do chłodzenia komputerowych układów scalonych.

Firma IBM obecnie prowadzi swoje prace badawcze w 4 obszarach technologii fotowoltaicznej takich jak: wykorzystanie obecnej technologii w odkrywaniu tańszych i bardziej wydajnych, krzemowych ogniw solarnych, rozwijanie nowych rozwiązań z wykorzystaniem cienkich warstw, badanie koncentratorów fotowoltaicznych i badanie ogniw nowej generacji bazujących na nanostrukturach, półprzewodnictwie i technice kwantowej.

Celem tych wszystkich projektów jest poprawienie sprawności ogniw słonecznych, redukcja kosztów produkcji, minimalizacja i ograniczenie stopnia skomplikowania, by ułatwić produkcję energii elektrycznej ze źródeł słonecznych.

(am)