En billigere solenergikonsentrator

Nicolas Morgan holder opp et firkantet stykke klar, støpt akryl som er omtrent en centimeter tykt, og lyser med en penlight direkte på den flate overflaten. En grønn bjelke kommer inn i akrylen og bøyer seg mot midten av torget. Morgan gjentar prosessen på forskjellige punkter på overflaten, og hver gang piler strålen mot midten.





Lede lys : Morgan Solars høypresisjonsoptikk – delvis akryl og delvis glass – er støpt slik at lys fanges og spretter mot midten. En sekundær glassoptikk konsentrerer lyset til 1000 soler og leder det til en liten, høyeffektiv solcelle. Den lavprofilerte designen lover å redusere kostnadene ved produksjon og transport.

Akrylkomponenten – kalt en Light-Guide Solar Optic (LSO) – er en ny type solenergikonsentrator som kan redusere kostnadene ved å generere elektrisitet fra solen betydelig. I motsetning til eksisterende design, er det ikke behov for speil, kompleks optikk eller kjemikalier for å fange og manipulere lyset. Det er ren geometrisk optikk, sier Morgan, direktør for forretningsutvikling hos Toronto-baserte Morgan Solar.

Solkonsentratorer har dukket opp de siste årene som en måte å intensivere mengden sollys som treffer solceller, som er den dyreste delen av solcellepaneler. For å gjøre solenergi rimeligere, har ingeniører forsøkt å bruke mindre solcellemateriale ved å konsentrere sollys til mye mindre rom.



Men denne tilnærmingen har sine egne utfordringer. De fleste konsentratorer har en tendens til å være komplekse systemer som bruker spesielle linser, buede speil og andre optiske komponenter med en brennvidde som ikke er null. Dette betyr at det må være nok avstand – et luftgap – mellom solcellen og optikken til å fokusere lyset riktig. Som et resultat blir konsentratorbaserte systemer vanligvis pakket inn i voluminøse kabinetter, med nok dybde til å imøtekomme brennvidden og beskytte alle komponenter under frakt. Dette betyr høyere material- og monteringskostnader og dyrere frakt.

For et par år siden kom Nicolas' bror John Paul Morgan opp med ideen om et solid-state solenergi-konsentratorsystem: en flat, tynn akryloptikk som fanger lyset og leder det mot midten. Innebygd i midten av Morgan Solars konsentrator er en sekundær, rund optikk laget av glass. Med en flat bunn og konveks, speilvendt topp, mottar optikken den innkommende sperringen av lys i en konsentrasjon på rundt 50 soler og forsterker den til nesten 1000 soler før den bøyer lyset gjennom en 90-graders vinkel.

I motsetning til andre konsentratorer, forlater ikke lyset optikken før det treffer en solcelle. I stedet er en høyeffektiv celle på størrelse med et spedbarns miniatyrbilde festet direkte til senterbunnen av glassoptikken, hvor den absorberer det nedoverbøyde lyset. Det er ingen luftspalte, og det er ingen sjanse for at skjøre komponenter blir slått ut av justering.



Det handler om å kritisk kontrollere vinklene når lyset kommer inn i den første optikken, forklarer Nicolas Morgan. Designet drar fordel av et fenomen som kalles total intern refleksjon - vinkelen som en lysstråle inne i et optisk materiale vil reflektere tilbake i materialet i stedet for å rømme.

Trikset er å støpe akrylen slik at den bøyer lyset i en bestemt retning når det kommer inn i den første optikken. Den må sørge for at lyset opprettholder den vinkelen for å forhindre at det slipper ut og lede det til glassoptikken i midten. Presisjon er avgjørende - ikke bare i utformingen av optikken, men også i å lage formene for å masseprodusere dem.

Selskapet forventer at de første kommersielle versjonene av systemet vil være sammensatt av akrylskiver på omtrent åtte kvadrattommer i størrelse som inneholder en sekundær glassoptikk som er omtrent dobbelt så stor som en nikkel.



Ray LaPierre, professor i ingeniørfysikk ved McMaster University, i Ontario, Canada, og ekspert på høyeffektive solceller, så først Morgan Solars LSO-prototype i desember på en kanadisk solkonferanse og gikk imponert unna. Designet deres er absolutt nytt, er fysisk solid, kan produseres billig, og har en god sjanse til å revolusjonere konsentratorteknologien, sier LaPierre.

Men som andre PV-konsentratorer, krever Morgan Solars teknologi fortsatt et sporingssystem for å holde den vendt mot solen. Forskere ved MIT har eliminert behovet for trackere ved å utvikle spesielle fargebelegg som kan absorbere diffust lys, men Morgan Solars teknologi er nærmere markedet. Nicolas Morgan legger til at trackere i dag er presise, pålitelige og legger til marginale kostnader for 44 prosent mer kraft. Noen forretnings- og ingeniørbeslutninger må fortsatt tas, men han forventer at selskapet vil være i stand til å bygge systemet sitt for mindre enn $1 per watt innen 2011 – og med en viss vertikal integrasjon, betydelig mindre. Dette vil føre til et produkt nær 30 prosent effektivt til kostnader som er konkurransedyktige med tynn film.

Jeg synes konseptet bør forfølges, sier ingeniørprofessor Roland Winston, en ekspert på ikke-bildeoptikk ved University of California, Merced. Han stiller imidlertid spørsmål ved bruken av akryl som konsentratormateriale: Akryl er ikke bevist for langtidsbruk, spesielt under konsentrert sollys.



John Paul Morgan sier at det er hovedgrunnen til at selskapet bruker både akryl og glass i systemet sitt. Selskapet har med vilje begrenset konsentrasjoner i akryldelen til 50 soler og har den mindre glassoptikken som gjør det tunge løftet. Vi vil at dette systemet skal vare i 25 år, så vi prøver å virkelig understreke materialet, sier han. Når vi har bevist at vi kan presse akrylen videre, kommer vi til å krympe glassoptikken.

En rekke planlagte pilotprosjekter i 2009 vil teste konsentratoren i felt. Selskapet forventer at kommersiell produksjon starter en gang i 2010.

gjemme seg