Saubere Stromversorgung
Veröffentlicht auf 9. September 2020 |
von Tina Casey
9. September 2020 durch Tina Casey
Vor ein paar Jahren waren alle begeistert von der neuen Solarzellentechnologie, die Kosten von nur 20 Cent pro Watt verursachen könnte. Ja, 20 Cent pro Watt. Es gab nur ein Problem. Das neue Gerät wurde vom National Renewable Energy Lab des Energieministeriums entwickelt, das einen neuen Investor benötigte, um es durch das Tal des Todes zu führen, das die Laborarbeit von den Regalen Ihres örtlichen Baumarkts trennt. Wenn Sie vermuten, dass die US-Luftwaffe gerade zur Rettung gekommen ist, laufen Sie sofort los und kaufen Sie sich eine Zigarre.
Die USAF pumpt Dollar in ein neues System zur Herstellung von Solarzellen, das von NREL entwickelt wurde Effizienz der Solarumwandlung in Raumqualität zu einem bodenständigen Preis.
Der lange Weg zu einer neuen Solarzelle
Die neue Solarzelle tauchte zuerst auf CleanTechnica Radar im Jahr 2018, als NREL begann über die Idee zu sprechen, ultraeffiziente, ultra-teure III-V-Solarzellen zu verwenden und herauszufinden, wie man die Effizienz hochhält und gleichzeitig die Kosten senkt.
Das ist buchstäblich bodenständig. Die III-V-Solarzelle ist ein kompliziertes Gerät, das für Weltraumanwendungen reserviert ist, und NREL war besonders fasziniert von der Verwendung für Solarmodule auf dem Marsrover 2003. Sie dachten, dass das Gleiche auf Ihrem Dach getan werden könnte, wenn der Preis stimmt.
Sie konzentrierten sich auf den Herstellungsprozess und beschlossen, die konventionelle Methode zugunsten einer älteren, nicht ausreichend genutzten Technologie namens Hydrid-Dampfphasen-Epitaxie (HVPE) aufzugeben.
Wieso hat sonst niemand daran gedacht? Nun, HVPE stand im 21. Jahrhundert bei vielen Menschen bei der Herstellung von Solarzellen nicht im Vordergrund. Die Technologie hatte ihre Blütezeit im 20. Jahrhundert, bis in die 1960er Jahre, als sich ihre Nähte zu zeigen begannen.
"Ein Grund dafür, dass die Verwendung von HPVE eingestellt wurde, war, dass die Herstellung komplexer Strukturen mit mehreren Schichten sehr schlecht war und der gesamte Prozess eine umständliche Routine war, Schichten und Chemikalien in und aus derselben Kammer auszutauschen." CleanTechnica erklärt in einem Artikel aus dem Jahr 2018 zum Thema.
Spiel weiter! Das NREL-Team hat dieses Problem behoben, indem es das System so umgestaltet hat, dass zwei Kammern anstelle von nur einer verwendet werden, was den Prozess erheblich beschleunigt hat. Der Zeitrahmen für das Herausnehmen einer III-V-Solarzelle aus dem Ofen ging von 1-2 Stunden auf zwei Minuten zurück.
In Bezug auf die Umwandlungseffizienz wog die neue Solarzelle mit 25,3% ziemlich nahe an den 28,8%, die die Mars-Rover-Solarzelle erzielte.
US Air Force zur Rettung!
NREL war von seinem neuen HVPE-System so begeistert, dass es ein D für Dynamic erhielt. Die neue D-HVPE-Methode ist jedoch nicht das Ende der Geschichte.
NREL arbeitete noch an einer schnellen Möglichkeit, Aluminium in das System zu integrieren, das zum „Züchten“ der beiden Halbleiter in einer III-V-Solarzelle erforderlich ist. Sie haben das erreicht, indem sie sich mit der Firma in North Carolina zusammengetan haben Kyma Technologies.
So weit, so gut, bis auf die Kleinigkeit, die Laborarbeit für kommerzielle Anwendungen zu vergrößern. Zuvor wurde die Arbeit durch das Büro für Solarenergietechnologien der Energieabteilung und die ARPA-E-Finanzierungsagentur mit hohem Risiko und hoher Belohnung finanziert.
Um zum nächsten Schritt zu gelangen, bat NREL um Luftunterstützung. Anfang dieser Woche gab das Labor bekannt, dass die US Air Force Research Laboratory wird den Engel spielen und in investieren ein neuer Reaktor zur Herstellung von III-V-Solarzellen. Das Gerät im Pilotmaßstab wird Solarzellen abpumpen, die den Industriestandard von 6 Zoll Durchmesser erfüllen, ein großer Schritt gegenüber der Größe von 2 Zoll, die der Reaktor im Labormaßstab erreicht.
Kyma wird weiterhin Partner sein und den neuen Reaktor sowie die New Yorker Firma entwerfen Ceres Technologies wird es bauen.
DOD Hearts Neue Solarzellentechnologie
Die Auswirkungen auf die Erweiterung des Solarmarkts auf dem Dach und in Gebäude sind enorm, da niedrige Kosten, hohe Effizienz und geringes Gewicht in einem Paket zusammengefasst sind. Die neue Solarzelle gibt neue Hoffnung für Dächer, Fassaden und andere Bauelemente, die herkömmliche Solarmodule nicht unterstützen können.
Diese 20-Cent-pro-Watt-Marke liegt außerhalb der Reichweite, aber das Verteidigungsministerium mustert die neue Solarzelle. Der neue Reaktor im Pilotmaßstab soll speziell nachweisen, dass die neue III-V-Solarzelle im Rahmen von DOD-Zwecken erneuerbare Energie zu wettbewerbsfähigen Kosten liefern kann.
Das lässt uns die Frage offen, warum DOD über die USAF entschlossen ist, die USA in eine kostengünstige Zukunft für erneuerbare Energien zu treiben, selbst wenn der Oberbefehlshaber * sich für die Ursache fossiler Brennstoffe einsetzt (naja, außer dass die Kohle gesunken ist von der Liste) und macht Hackfleisch aus der globalen Dekarbonisierungspolitik.
Warum in der Tat. Es gibt eine Reihe von Gründen, warum die US-Streitkräfte, die Generationen von Innovationen gesammelt haben, um eine globale Dominanz zu erreichen, an der neuesten neuen Energietechnologie interessiert sind.
Dieses grundlegende grundlegende Interesse an neuen Technologien ist im Zeitalter des Klimawandels mit einer weiteren Dringlichkeitsebene behaftet. DOD hat den Klimawandel seit langem als störende Bedrohung erkannt, und zwar nicht nur, weil er die Nahrungsmittelversorgung, die Wasserressourcen und die gesamte Bevölkerung stört.
Der Klimawandel wirkt sich auch direkt auf die militärische Bereitschaft aus, da er die Trainingsmöglichkeiten aufgrund übermäßiger Hitze, Staub oder Regen beeinträchtigt.
Die US-Marine ist besonders anfällig für den Klimawandel, da ihre wichtigsten Einrichtungen durch den Anstieg des Meeresspiegels bedroht sind. Nicht hilfreich sind die zusätzlichen Herausforderungen der Patrouille auf hoher See, die neu vom Eis befreit wurden, und der Bereitstellung humanitärer Hilfe für vom Klimawandel betroffene Bevölkerungsgruppen.
USAF drängt auf neue Solarzellenhülle
Die USAF stand während der Obama-Regierung als früher Anwender von bodenmontierten Solaranlagen, Solardächern und mobilen Solarsystemen im Mittelpunkt der Öffentlichkeit.
Diese Investitionen haben sich unter dem derzeitigen Oberbefehlshaber vielleicht verlangsamt, aber das Forschungslabor der Luftwaffe hat hinter den Kulissen gesummt.
Tatsächlich hat das Labor in den letzten Jahren ein völlig neues Niveau erreicht. Während der Obama-Regierung unterstützte das Labor eine Reihe erdbasierter sauberer Technologien, von der Energiespeicherung bis zu Quantenpunkten. Jetzt machen sie dieses Ding namens SSPIDR für "Weltraum Solarenergie Inkrementelles Demonstrations- und Forschungsprojekt. “
SSPIDR hat seinen Sitz auf der Kirtland Air Force Base in New Mexico und zielt darauf ab, "die weltraumgestützte Übertragung von Sonnenenergie mithilfe hocheffizienter Solarzellen zu entwickeln, um die Sonnenenergie zu sammeln, in Hochfrequenz umzuwandeln und auf die Erde zu strahlen".
Hast du das alles? Gut! Die Idee, Sonnenenergie aus dem Weltraum abzustrahlen, fasziniert Forscher seit einigen Jahren, aber das DOD ist mehr an den Auswirkungen auf die nationale Sicherheit interessiert.
„Energie ist ein strategischer Wegbereiter und eine potenzielle Verwundbarkeit für unser Land und unser Verteidigungsministerium. Um den Erfolg der DOD-Mission sicherzustellen, müssen wir die Energie haben, die wir zur richtigen Zeit am richtigen Ort benötigen “, erklärt die Luftwaffe.
"Die Bereitstellung einer ununterbrochenen, gesicherten und agilen Macht für Expeditionstruppen, die in nicht verbesserten Gebieten wie vorwärts operierenden Stützpunkten operieren, würde den US-Streitkräften und alliierten Streitkräften einen Vorteil verschaffen", fahren sie fort.
Interessant! DOD hat wegen des Klimawandels und der Notwendigkeit von mehr Alarm geschlagen nachhaltige, tragbare Energie in den letzten 10 Jahren oder so, und es scheint, dass die derzeitige Präsidialverwaltung ihren Eifer, in der funkelnden grünen Zukunft zu hüten, nicht gedämpft hat.
Immerhin kommen und gehen Präsidenten …
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Foto: „NREL-Forscher haben eine Methode zur kostengünstigeren Herstellung für entwickelt extrem effiziente III-V-Solarzellenwie die hier gezeigte flexible Galliumarsenid-Solarzelle, die zu teuer war, um irgendwo anders als in Weltraumanwendungen eingesetzt zu werden. “ Foto von Dennis Schroeder, NREL
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Über den Autor
Tina Casey ist spezialisiert auf militärische und unternehmerische Nachhaltigkeit, fortschrittliche Technologie, aufkommende Materialien, Biokraftstoffe sowie Wasser- und Abwasserprobleme. Die Artikel von Tina werden häufig auf Reuters, Scientific American und vielen anderen Websites erneut veröffentlicht. Die geäußerten Ansichten sind ihre eigenen. Folgen Sie ihr auf Twitter @ TinaMCasey und Google+.