Il risultato migliore che si possa avere nel campo delle energie rinnovabili, è riuscire ad ottenere energia elettrica o termica ad un prezzo più conveniente o competitivo rispetto al petrolio; anche in assenza di contributi o sovvenzioni statali, regionali o europei.
Parlandoci chiaramente, il mercato non è disposto a pagare di più l'energia, per cui le fonti fossili restano ancora oggi la principale fonte di energia.
Il mercato del fotovoltaico anche se è cresciuto enormemente nel 2009-2010 fornisce solo l'1-2% del fabbisogno mondiale di energia elettrica.
La crescita futura del settore del fotovoltaico dipenderà solo dalla capacità delle aziende produttrici di sistemi fotovoltaici con altissime prestazioni, alta efficienza con coti competitivi alle fonti tradizionali.
Tecnologia sviluppi
Il primo dispositivo pratico PV è stato inventato ai Bell Labs nel 1954. modelli di cella fotovoltaica sono migliorati nel corso degli ultimi 50 anni, ma la maggior parte della tecnologia venduta oggi resta molto simile a quello della prima cella solare. L'industria del fotovoltaico ha speso miliardi di dollari alla ricerca di modi per raggiungere i punti a basso prezzo sufficiente a catturare grandi mercati come la generazione di energia elettrica di utilità-scala, ma ha avuto un successo limitato. Lo sforzo di ridurre i costi possono essere riunite in tre spinte di massima:
Riduzione dei costi:
Film sottili sono un esempio del tentativo di ridurre il costo per area di celle solari. Grandi investimenti sono stati fatti in film sottile, ma la loro efficienza è bassa e costo di produzione è alto e problematico in grandi volumi. Nel 1980, film sottili avrebbero dovuto essere la svolta, tali da spingere PV ad abbassare di prezzo, ma la tecnologia resta solo circa il 10% del totale del mercato fotovoltaico oggi.
aumenta l'efficienza:
Se il rendimento delle celle potrebbe essere aumentata, l'energia restituita per area cellula aumenterebbe. strutture cellulari alternative e materiali esotici sono stati sviluppati nel tentativo di ottenere miglioramenti di efficienza. Tuttavia, i risultati di questi sforzi sono stati misto, poiché un miglioramento dei risultati mostrati in una zona piccola cella, in condizioni controllate di laboratorio non hanno tradotto bene a miglioramenti significativi nella applicazione pratica e in genere anche guidato i costi del dispositivo. Maggiore efficienza della cella non è un sostituto per la riduzione dei costi di sistema installato per watt, che è il fattore più importante generale.
Monitoraggio e concentrazione:
Convenzionali flat-plate ('one-sole') pannelli Tracciando il percorso del sole durante il giorno, più la luce del sole può essere catturata e convertita in energia elettrica. Tracking maggiore la produzione solare di matrice, particolarmente precoce e alla fine della giornata (quando la domanda di energia sono le più alte), e fondamentale per lo sviluppo del settore, il costo per implementare il monitoraggio è diminuito drasticamente negli ultimi 20 anni. Concentrando la luce del sole con le lenti e / o specchi, l'area di celle può essere mantenuto costante mentre la quantità di luce solare diretta alle cellule è aumentato. Concentrazione ha visto la ricerca limitata e investimenti per lo sviluppo soprattutto a causa della preoccupazione per una maggiore complessità del sistema e di costi e perché convenzionale degradano le cellule in termini di efficienza come la temperatura e aumentare l'intensità di esercizio.
vasche termali Convenzionali pannelli FV piatti (come quelli montati sui tetti) e di pannelli a film sottile sono detto di essere "one-sole" pannelli. "One-sun" significa che non esiste una concentrazione dei raggi del sole. Ci sono molti diversi tipi di concentratori solari. a bassa intensità (<200 'soli') concentratore fotovoltaico (CPV), sistemi sono stati sviluppati, ma i vantaggi economici di concentrazione non sono realmente raggiunti a tali livelli di concentrazione basso. concentratori termici producono calore e sfruttare il calore per produrre elettricità, mentre i concentratori fotovoltaici producono energia elettrica da celle solari. trogoli parabolici (concentrazione in una dimensione) sono una forma di impianto solare termico, e generalmente utilizzano un tasso di concentrazione di 60 a 80 soli. Un tubo ricevitore che corre la lunghezza della parabola attraverso raccoglie la luce solare concentrata e riscalda l'olio, che è gestito attraverso uno scambiatore di calore per produrre vapore che viene poi alimentata ad una turbina che produce energia elettrica.
Heliostat Eliostati sono un'altra forma di impianto solare termico. Conosciuto anche come 'torri potere', eliostati utilizzare specchi tracking molte volte a una torre centrale. Questa tecnologia elimina la necessità di un montaggio ricevitore su tutti i mirror, ma ha uno svantaggio notevole, sotto forma di una "perdita coseno", che risulta dal fatto che la luce del sole deve essere rivolta a una torre centrale. Un altro problema per l'approccio torre centrale è che a meno che la torre è molto alto (spingendo al rialzo il costo), l'ombra specchi tra di loro più di concentratori fanno gli altri. Inoltre, eliostati deve essere molto grande per pagare i costi fissi connessi alla torre centrale. piatti Stirling sono un'altra forma di concentratore termico. piatti con grandi specchi concentratori per concentrare la luce su di un motore termico (noto anche come un motore a combustione esterna) al punto focale, Stirling utilizzare il calore solare per guidare un pistone che produce energia elettrica.
Mentre i sistemi solari termici sono stati sviluppati e testati per decenni, l'inconveniente principale che devono affrontare è il costo di manutenzione elevati, e una limitazione intrinseca di installazioni su larga scala solo. La tecnologia che più naturalmente si presta bene a generazione distribuita, ad alta intensità (200 + 'soli') PV concentratore tecnologia è ancora nella sua infanzia. Mentre essa rappresenta una quota molto piccola del mercato globale PV oggi, la quota di mercato per concentratori fotovoltaici ad alta intensità può essere destinato a crescere, come le barriere tecniche vengono rimossi e concentratori fotovoltaici dimostrare la redditività commerciale del mercato. A causa del potenziale della tecnologia per ridurre drasticamente i costi, le tecnologie di concentratore promettenti per il solare in impianti di utilità scala
Scalabilità fattori: Mancanza di scalabilità per molte tecnologie solari viene da due fonti: (a) un requisito di grandi quantità di materiale semiconduttore, e (b) uso di materiali semiconduttori rare. La cella PhotoVolt ™ è a base di silicio ed è quindi disponibile in abbondanza nell'ambiente. Inoltre, la cella PhotoVolt Greenfield richiede solo una piccola parte del materiale utilizzato in pannelli convenzionali, il che significa che approvvigionamento di materie prime, senza limitare la nostra crescita. Alcuni fornitori concentratore cella si sono concentrati sulla produzione di cellule di altri materiali. Tuttavia, questi materiali sono generalmente costosi, spesso tossici e, in offerta molto limitata. Inoltre, molte delle tecnologie delle celle non convenzionali che sono state introdotte richiedono processi di produzione complessi che sono costosi e difficili da mantenere senza intoppi. Greenfield risponde a vincoli materiali del mondo in un costo più efficaci e operativamente modo sicuro. Con un fattore di 1000 soli, l'economia consentire l'uso del silicio di grado più alto per ottimizzare le prestazioni perché il costo del materiale di silicio è un elemento secondario nelle cellule del sistema finito e rifinito. Le differenze nei disegni CPV: Alcuni alta intensità di sistemi CPV sono progettati con un 'array distribuiti', dove ogni concentratore ha una cella.
Questo approccio è necessario quando le cellule usando 'a tripla giunzione' che non può essere imballato densamente conto delle loro esigenze di interconnessione, di bassa tensione della cella / caratteristiche di alta corrente, e hanno bisogno della cella per un diodo di bypass su ogni dispositivo. Greenfield StarGen progettazione di sistema ™ utilizza un approccio a 'matrice densa', dove una moltitudine di cellule sono densamente insieme e condividere un grande elemento ottico di concentrazione.
La cella PhotoVolt ™ facilita questo approccio a causa della sua contatti laterali, alta tensione di uscita, e nessun obbligo per i diodi di bypass. Ci sono due vantaggi principali di utilizzare una "matrice densa ': in primo luogo, l'energia termica può essere rimosso mediante raffreddamento attivo, che consente una migliore gestione termica (il funzionamento delle celle più efficienti) e fornisce una fonte secondaria di energia sotto forma di energia termica, che possono essere utilizzate per il riscaldamento o co-generazione, una prestazione apprezzata dai servizi pubblici e utenti finali. Il secondo vantaggio è la semplificazione della progettazione ottica e meccanica. Con un 'array distribuiti', ogni concentratore devono essere allineate con cura, e il sistema di tracciamento e struttura meccanica deve soddisfare tolleranze molto strette. Il sistema deve essere assemblati e regolati. Al contrario, la Greenfield StarGen concentratore ™ utilizza off-the-shelf specchi piani che vengono deviate e tenuto in una forma parabolica con un design innovativo meccanica.
Non vi è alcun elemento secondario ottico richiesto, e il sistema è naturalmente tollerante a imprecisioni di monitoraggio e le tolleranze di fabbricazione più libera. La struttura può essere assemblata campo da due uomini in una mezza giornata senza una gru o scalette. Conclusioni Se si considerano le potenzialità di diverse tecnologie solari, si dovrebbe considerare i seguenti fattori: Come può la tecnologia in modo aggressivo ridurre il costo per watt nel tempo? concentrazione ad alta intensità promette di ridurre il costo per watt di fotovoltaico in virtù della sua drammatica riduzione richiesto area di cella solare.
Quali limitazioni materiale non faccia la tecnologia?
The PhotoVolt & cella commercio utilizza fino a 1/1.000 del costoso materiale semiconduttore utilizzato da pannelli fotovoltaici di un sole, riducendo notevolmente il costo del silicio, su base per-watt, assicurando non mancano materiale si sviluppa.
Come scalabile è la tecnologia da una prospettiva di rendimento di produzione, e qual è il costo per raggiungere tale velocità?
La cella PhotoVolt ™ può essere prodotto in grandi volumi, senza colli di bottiglia della produzione, e con bassi costi dei beni strumentali.
Il concentratore StarGen ™ può essere facilmente montato e installato in campo, senza processi in termini di tempo e di attrezzature costose, e il sistema può essere assistito e mantenuto senza gru o scale
La ditta statunitense, Greenfield ha messo in commercio un concentratore fotovoltaico, a basso costo e molto competitivo.
Questa cella innovativo è stato progettato per un funzionamento efficiente a intensità elevate (centinaia di soli e superiore), una caratteristica unica rispetto alle altre celle solari. La cella PhotoVolt ™ è più robusto e meno costosi da produrre e implementare in un sistema ad alta intensità concentratore rispetto ad altri tipi di cellule esotici progettato per il funzionamento ad alta intensità. Fabbricati con silicone, queste cellule sfruttare il materiale semiconduttore più usato, e di evitare le preoccupazioni ambientali e problemi associati con la degradazione di alcune delle tecnologie cellulari.
La chiave PhotoVolt vantaggi Cell ™ possono essere riassunti come segue:
Alte prestazioni a elevata intensità di
prova ad alta intensità del flash è stato condotto presso la NASA Glenn Research Center su un 40-giunzione VMJ Cell con una superficie di 0,78 cm2 sopra la gamma di 100-2.500 soli. I dati IV ha mostrato picchi di rendimento a circa 1200 intensità di soli (circa 100 watts/cm2 ingresso). Tale performance convalida l'unica caratteristica di limitata resistenza della serie di VMJ celle ad intensità elevata.
Edge-illuminazione
elimina contatti anteriore e posteriore e componenti foglio resistività della resistenza serie, fornendo una migliore risposta spettrale sia per le lunghezze d'onda lunga e corta e consente di utilizzare la luce solare incidente ad angoli off-normale.
Alta tensione
alta tensione, bassa corrente di funzionamento è ottimale per la maggior parte delle applicazioni e fornisce alta tolleranza alla resistenza serie all'interno del sistema elettrico, riducendo il costo complessivo. Dà molto elevata immunità ripartizione inversa a tensione superiore a diverse migliaia di volt per ridurre la necessità di by-pass di protezione a diodi. A causa della sua struttura, la cella è sensibile solo alla non uniformità di illuminazione nella direzione della serie, che semplifica ottico richiede la progettazione di sistema.
Progettazione strutturale
fornisce una configurazione estremamente robusto elettricamente, meccanicamente e termicamente. Esso consente ad alta densità di imballaggio con un facile interconnessione di produzione elettrica conduce in sistemi ad alta densità di potenza. cavi elettrici in uscita sono situati ai lati, facilitando la complessità di montaggio.
Adatto ad alto volume di produzione
La semplicità del design cella PhotoVolt ™ e l'uso di materiali di silicio si presta alla produzione in grande quantità a basso costo. Nessun altra cella può competere con la cella di caratteristiche altamente scalabile produzione di questo dispositivo unico.
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