Header Reklam
Header Reklam

Optigon’un Geliştirdiği Teknoloji, PV Optimizasyonunu Önemli Ölçüde Hızlandıracak

29 Nisan 2024
Optigon’un Geliştirdiği Teknoloji, PV Optimizasyonunu Önemli Ölçüde Hızlandıracak

MIT'den ayrılan Optigon, malzemeleri ölçmek ve ayarlamak için lazer tabanlı hassas araçlarla enerji dönüşümünü hızlandırmayı hedefliyor.

Amerika Birleşik Devletleri'nde güneş enerjisinin baş döndürücü yükselişinde, geçtiğimiz on yıl içinde güneş enerjisi kapasitesi yaklaşık %900 oranında artmıştır. 2023 yılında elektrik üretimi 2014 yılına kıyasla sekiz kat daha fazla olacaktır. Sadece 2022'den 2023'e %51'lik bir sıçrama yaşanmış ve 32 GWDC'lik rekor güneş enerjisi kurulumu devreye girmiştir. Son dört yılda, şebekeye diğer tüm üretim türlerinden daha fazla güneş enerjisi kapasitesi eklenmiştir. Kurulu güneş enerjisi gücü şu anda 179 gigawatt'ı (GW) aşarak yaklaşık 33 milyon eve güç sağlamaya yetiyor. ABD Enerji Bakanlığı (DOE) güneşi o kadar önemsiyor ki, karbonsuzlaştırma planlarında 2050 yılına kadar ülkenin elektrik ihtiyacının %45'inin güneşten karşılanması öngörülüyor.

Ancak güneş enerjisinin hızla yaygınlaşmaya devam etmesi, özellikle güneş fotovoltaik (PV) malzemelerinin ve üretiminin verimliliğini, dayanıklılığını artırmak için teknolojide ilerlemeler gerekiyor. Üç yıllık bir MIT spinout şirketi olan Optigon bu noktada devreye giriyor.

Şirketin kurucu ortağı ve baş bilim sorumlusu Dane deQuilettes, "Amacımız, araştırma ve endüstri için enerji dönüşümünü hızlandırabilecek araçlar geliştirmek. Güneş enerjisi için geliştirdiğimiz teknoloji, malzemelerin hem laboratuvarda hem de üretim hattında üretilirken ölçülmesini ve analiz edilmesini sağlayarak PV optimizasyonunu önemli ölçüde hızlandıracak" diyor.

Kökleri MIT'nin güneş enerjisi araştırma topluluğuna dayanan Optigon, güneş enerjisi ve diğer temiz enerji projelerinin hızını büyük ölçüde artıracağına inandığı teknolojiyi 2024 yılında kullanıma sunmaya hazırlanıyor.

Silikonun ötesinde

Çoğu PV'nin temel malzemesi olan silikon, güneşten gelen fotonları elektrik enerjisine dönüştürürken elde edebileceği verimlilikte fizik kanunlarıyla sınırlıdır. Silikon bazlı güneş pilleri teorik olarak sadece %30'luk güç dönüşüm seviyelerine ulaşabilir ve gerçek dünyadaki verimlilik seviyeleri ise düşüktür, 20'lerde gezinir. Ancak silikonun fizik sınırlamalarının ötesinde, Amerika Birleşik Devletleri ve diğer ülkelerdeki birçok araştırmacı ve güneş enerjisi endüstrisi için başka bir sorun daha var: Çin, tedarik zincirlerinden üretime kadar silikon PV pazarına hakim.

Bilim insanları, silikonun güneş enerjisi dönüşüm kapasitesini artırmak ya da silikonun yerini tamamen almak için hevesle alternatif malzemelerin peşine düşüyor.

Geçtiğimiz on yılda, perovskit olarak bilinen kristal yapılı yarı iletkenler ailesi, yeni nesil PV malzeme adayı olarak ön plana çıktı. Perovskit cihazlar, Çin'in silikon için inşa ettiği tedarik zinciri juggernaut'unu atlatabilecek baskı teknolojisini kullanan yeni bir üretim sürecinde yerini alıyor. Perovskit güneş pilleri, daha yüksek dönüşüm verimliliği elde etmek için birbiri üzerine istiflenebilir veya silikon PV'nin üzerine katmanlanabilir. Perovskit teknolojisi esnek ve hafif olduğundan, modüller çatılarda ve daha ağır silikon PV'yi destekleyemeyen diğer yapılarda kullanılabilir, maliyetleri düşürür ve daha geniş bir yelpazede binaya entegre güneş enerjisi cihazlarına olanak sağlar.

Ancak bu yeni malzemelerin hem Ar-Ge sırasında hem de montaj hatlarında test edilmesi gerekiyor; nano boyutlu kristal yapılardaki eksik veya kusurlu optik, elektriksel veya boyutsal özellikler son ürünü olumsuz etkileyebilir.

Optigon kurucu ortağı ve icra kurulu başkanı Anthony Troupe'21, "Gerçek ölçüm ve veri analizi süreçleri gerçekten çok yavaştı, çünkü hepsi çok manuel olan bir dizi ayrı araç kullanmanız gerekiyor. Bir malzemenin özelliklerinin tespitini otomatikleştirmek, iyi ya da kötü bir güneş pili yapıp yapamayacağını belirlemek ve ardından onu optimize etmek için araçlar bulmak istedik" diyor.

Kurucu ortak ve baş teknik sorumlu Brandon Motes'21, ME'22, "Yaklaşımımız, farklı türde ışık kaynakları ve dedektörler kullanarak çeşitli temassız, optik ölçümleri tek bir sistemde topladı ve bunlar birlikte malzemenin bütünsel, kesitsel bir görünümünü sağladı" diyor.

Troupe, "Veri toplama ve analiz için milisaniyelik zaman ölçeklerine ulaşmadaki bu atılım, araştırma kalitesindeki araçları alıp bunları tam bir üretim sistemine koyabileceğimiz ve devasa, gigawatt ölçeğinde inşa edilen ürünler hakkında gerçek zamanlı olarak son derece ayrıntılı bilgi alabileceğimiz anlamına geliyor" diyor.

ABD Gelişmiş Perovskit Üretimi Konsorsiyumu Direktörü ve Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'nda kıdemli bir araştırma bilimcisi olan Joseph Berry, bu modern sistemin "geleneksel araçların aksine parmak şıklatırcasına" ölçümler yaptığını söylüyor: "Optigon'un teknikleri yüksek hassasiyete sahip ve yüksek verim sağlıyor, bu da hızlı geri bildirim ve çok çok hızlı bir şekilde malzeme geliştirme yeteneği istediğiniz birçok bağlamda kullanılabilecekleri anlamına geliyor."

Berry'ye göre, Optigon'un teknolojisi güneş enerjisi endüstrisine sadece daha iyi malzemeler değil, aynı zamanda şu anda mümkün olandan daha hızlı bir şekilde yüksek kaliteli PV ürünleri pompalama yeteneği de kazandırabilir: "Optigon teknolojisini kullanmada başarılı olursa, ihtiyacımız olan malzemeleri daha hızlı bir şekilde geliştirebilir ve gerekli hassasiyetle tekrar tekrar üretebiliriz. Bu da çok çok daha düşük maliyetli yeni nesil PV modüllerinin ortaya çıkmasını sağlayabilir."

Ölçüm fark yaratıyor

Optigon, ürünlerini ticarileştirmek için DOE'den aldığı Küçük İşletme İnovasyon Araştırma Fonu ve Massachusetts Temiz Enerji Merkezi'nden aldığı hibe ile Somerville, Massachusetts'teki iklim teknolojisi kuluçka merkezi Greentown Labs'da bir alana yerleşti. Ekip burada, kökeni MIT'nin GridEdge Solar Araştırma Programı'na dayanan ilk ticari ürününün 2024 baharındaki lansmanına hazırlanıyor.

Elektrik mühendisliği profesörü ve MIT.nano direktörü Vladimir Bulović liderliğindeki GridEdge programı, dünyanın dört bir yanındaki kırsal topluluklara dağıtılmak üzere hafif, esnek ve ucuz güneş pilleri geliştirmek için Tata Trusts tarafından sağlanan fonla kuruldu. DeQuilettes 2017 yılında gruba doktora sonrası araştırmacı olarak katıldığında, programı yönetmek, perovskit güneş modüllerini incelemek ve yapmak için altyapı oluşturmakla görevlendirildi.

DeQuilettes; "Malzemeyi yaptıktan sonra iyi olup olmadığını anlamaya çalışıyorduk. Silikon dışındaki malzemeler için iyi bir ticari metroloji (ölçüm bilimi) aracı yoktu, bu yüzden kendimizinkini oluşturmaya başladık" diyor. Grubun özellikle elektrik, yazılım ve makine mühendisliği alanlarında daha fazla uzmanlığa ihtiyaç duyduğunu fark eden deQuilettes, yeni güneş enerjisi malzemeleri için metroloji araçlarının oluşturulmasına yardımcı olmak üzere lisans araştırmacılarına bir çağrı yaptı.

DeQuilettes, "Kırk kişi başvurdu, ancak Brandon ve Anthony ile tanıştığımda bir şeyler yerine oturdu; tamamlayıcı bir beceri setine sahip olduğumuz açıktı. Anthony'nin birden fazla ölçümü entegre etmek için güzel tasarımlar ortaya koyması ve Brandon'ın farklı lazer türleri de dahil olmak üzere tüm donanımı kontrol etmek için kartlar oluşturmasıyla birlikte çalışmaya başladık. Birden fazla patent başvurusu yapmaya başladık ve işte o zaman her şeyin bir araya geldiğini gördük" diyor.

Troupe, "Metrolojinin sadece malzemeleri değil, üretim verimini de büyük ölçüde iyileştirebileceğini en başından beri biliyorduk" diyor. DeQuilettes ise şunları ekliyor: "Amacımız en yüksek performansa normalde olduğundan çok daha hızlı bir şekilde ulaşmaktı, bu nedenle sadece araştırma laboratuvarları için değil, üretim hatları için de kalite konusunda canlı geri bildirim sağlayacak araçlar geliştirdik."

Motes; "Ayrıca bu araçla etkileşimi mümkün olduğunca sorunsuz ve keyifli hale getirmenin yollarını da dikkatle düşündük; verileri hem operatörün izleyebileceği bir gösterge tablosuna hem de özel bir veri tabanına aktarıyoruz" diyor.

Fotovoltaik sadece bir başlangıç

Şirket kendi pazar alanını çoktan bulmuş olabilir. Troupe, "Bir araştırma grubu şirket içi prototipimizi kullanmamız için bize ödeme yaptı, çünkü bu tür ölçümleri almaya çok ihtiyaçları var" diyor ve Motes'a göre, "Potansiyel müşteriler bize sistemi şimdi satın alıp alamayacaklarını soruyor." deQuilettes, "Umudumuz, Amerika Birleşik Devletleri ve ötesinde her türlü karakterizasyon metrolojisi yapmak için fiili şirket haline gelmemiz" diyor.

Optigon'un önünde zorlu görevler var; ürün lansmanları, tam ölçekli üretim, teknik destek ve satış. Greentown Labs, MIT'nin kendi zengin güneş enerjisi araştırmacıları ve girişimcileri topluluğu gibi destek sunuyor. Ancak kurucular şimdiden sonraki aşamaları düşünüyor.

deQuilettes; "Kendimizi fotovoltaik alanıyla sınırlamıyoruz. Bataryalar ve yakıt hücreleri gibi diğer temiz enerji malzemelerinde de çalışmayı planlıyoruz" diyor.

Bunun nedeni ekibin iklim mücadelesinde maksimum etkiyi yaratmak istemesi. DeQuilettes, "Araçlarımızın karbon emisyonlarını azaltma potansiyeli üzerinde çok düşündük ve sistemimizin güneş panelleri ve diğer enerji teknolojilerinin üretim verimini nasıl artırabileceğine, geleneksel optimizasyonda boşa harcanan malzeme ve enerjiyi nasıl azaltabileceğine bakarak gerçekten derinlemesine bir analiz yaptık" diyor: "Tüm bu sektörlere bakarsak, çok uzak olmayan bir gelecekte yılda yaklaşık 1.000 milyon metrik ton karbondioksit dengelemeyi bekleyebiliriz."

Motes, "Bu yeni enerji teknolojilerinin pazara sunulmasında kilit rol oynamak istiyoruz. Bu tür malzemeleri üreten her üretim hattında konuşlandırılmayı öngörüyoruz. Amacımız, etrafta dolaşırken bir güneş paneli gördüğümüzde, bunun bir noktada bizim ölçtüğümüz bir panel olma ihtimalinin oldukça yüksek olduğunu bilmek" diyor.


Etiketler


Slider Altına