Budoucnost fotovoltaických článků

První fotovoltaické články vyvinuté v padesátých letech k napájení komunikačních satelitů byly velmi neúčinné. Od té doby se účinnost solárních článků stabilně zvyšuje, zatímco náklady klesají, i když stále existuje spousta prostoru pro zlepšení. Kromě nižších nákladů a lepší účinnosti povede budoucí pokrok ve fotovoltaických materiálech pravděpodobně k širšímu využití solární energie pro nové ekologické aplikace.

Fotovoltaické články byly klíčem k prvním komunikačním satelitům, protože jen málo alternativ dokázalo po dlouhou dobu vyrábět spolehlivou elektřinu, zejména bez údržby. Vysoké náklady na satelit byly odůvodněny použitím drahých solárních článků k napájení. Od té doby náklady na solární články výrazně poklesly, což vedlo k levným mobilním zařízením, jako jsou solární kalkulačky a nabíječky mobilních telefonů. U velkovýroby energie zůstávají náklady na každý watt elektřiny vyrobené z fotovoltaiky vyšší než alternativy, jako je energie z uhlí nebo jaderné energie. Celkový trend snižování nákladů na solární články bude pravděpodobně pokračovat i v dohledné budoucnosti.

Efektivní solární článek produkuje více elektřiny z daného množství světla ve srovnání s neúčinným. Účinnost závisí na několika faktorech, včetně materiálů použitých v samotném fotovoltaickém článku, skla použitého k zakrytí článku a elektrického vedení článku. Vylepšení, jako jsou materiály, které převádějí větší část světelného spektra Slunce na elektřinu, radikálně zvýšily účinnost solárních článků. Budoucí pokrok pravděpodobně dále zvýší účinnost a vyždímá více elektrické energie ze světla.

Tradiční fotovoltaický článek je plochý kus silikonového materiálu pokrytý sklem a spojený s kovovým panelem; je efektivní, ale ne příliš flexibilní. Současný výzkum fotovoltaických materiálů vedl k buňkám, které jsou natřeny na různé povrchy, včetně papírových a plastových fólií. Další technika umisťuje ultratenký film materiálu na sklo, což má za následek okno, které propouští světlo a vyrábí elektřinu. Větší rozmanitost fotovoltaických materiálů v budoucnu může vést k solární barvě domu, dlažbě na silnici, plášti, který dobije váš mobilní telefon, a dalším pokročilým aplikacím.

Pokrok v nanotechnologii, studium materiálových vlastností na atomové a molekulární úrovni, má velký potenciál pro zlepšení fotovoltaických článků. Například velikost mikroskopických částic ve fotovoltaických materiálech ovlivňuje jejich schopnost absorbovat specifické barvy světla; doladěním velikosti a tvaru molekul mohou vědci zvýšit jejich účinnost. Nanotechnologie může také jednoho dne vést ke stolní 3D tiskárně, která vyrábí atomově přesné solární články a další zařízení za velmi nízkou cenu.

Přestože fotovoltaické články mají v budoucích aplikacích velké sliby, potýkají se také s některými tvrdými fyzickými limity. Například je nepravděpodobné, že by zcela osobní automobil poháněný sluncem měl výkon nebo užitečnost typického současného modelu poháněného plynem. Ačkoli vozidla poháněná sluncem již soutěžila, jedná se většinou o vysoce specializované prototypy za milion dolarů, které vyžadují slunečné pouštní podmínky. Omezujícím faktorem je sluneční světlo, které Země přijímá a které za ideálních podmínek činí 1 000 wattů na metr. Nejmenší praktický elektromotor pro automobil vyžaduje přibližně 40 kW energie; při 40 procentní účinnosti to znamená solární panel o ploše 100 čtverečních metrů nebo 1000 čtverečních stop. Na druhou stranu by praktický solární panel mohl někdy napájet malé vozidlo pro jízdu na kole pro příležitostné použití nebo rozšířit dojezd pro plug-in hybrid. Omezená energie na slunci omezuje výkon každého vozidla, které spoléhá na fotovoltaické články.