Fotogalvaaniliste rakkude tulevik

Esimesed fotogalvaanilised elemendid, mis töötati välja 1950. aastatel sidesatelliitide toitmiseks, olid väga ebaefektiivsed. Nendest päevadest alates on päikeseelementide kasutegur pidevalt tõusnud, samal ajal kui kulud on langenud, kuigi arenguruumi on veel palju. Lisaks madalamatele kuludele ja paremale efektiivsusele toovad fotogalvaaniliste materjalide edasised edusammud tõenäoliselt kaasa päikeseenergia laiema kasutamise keskkonnasäästlikes rakendustes.

Fotogalvaanilised elemendid olid esimeste sidesatelliitide jaoks võtmetähtsusega, sest vähesed alternatiivid suutsid pikka aega usaldusväärset elektrit toota, eriti ilma hoolduseta. Satelliidi kõrge hind õigustas kallite päikesepatareide kasutamist elektrienergiaks. Sellest ajast alates on päikesepatareide kulud märkimisväärselt langenud, mille tulemuseks on odavad mobiilseadmed, näiteks päikeseenergial töötavad kalkulaatorid ja mobiiltelefonide laadijad. Suuremahulise elektritootmise puhul on fotogalvaanikast toodetud elektrienergia iga vati maksumus endiselt kõrgem kui alternatiividel nagu kivisöest või tuumaenergiast saadav energia. Päikesepatareide kulude vähenemise üldine suundumus jätkub tõenäoliselt ka lähitulevikus.

Tõhus päikesepatarei toodab etteantud valguse hulgast rohkem elektrit kui ebaefektiivne. Efektiivsus sõltub mitmest tegurist, sealhulgas fotogalvaanelises elemendis endas kasutatavatest materjalidest, elemendi katmiseks kasutatud klaasist ja elemendi elektrijuhtmetest. Parandused, näiteks materjalid, mis muudavad suurema osa Päikese valgusspektrist elektriks, on radikaalselt suurendanud päikesepatareide efektiivsust. Tulevased edusammud suurendavad tõenäoliselt efektiivsust veelgi, keerates valgusest rohkem elektrienergiat.

Traditsiooniline fotogalvaanelement on klaasist kaetud ja metallpaneeliga ühendatud lame ränimaterjali tükk; see on tõhus, kuid mitte eriti paindlik. Praegused fotogalvaaniliste materjalide uuringud on viinud rakkudeni, mis on maalitud erinevatele pindadele, sealhulgas paberile ja plastile. Teine tehnika asetab klaasile üliõhuke materjalikile, mille tulemuseks on aken, mis laseb valguse sisse ja toodab elektrit. Suurem fotogalvaaniliste materjalide mitmekesisus võib tulevikus põhjustada päikeseenergial töötavat majavärvi, teekatteid, mobiiltelefoni laadivat mantlit ja muid arenenud rakendusi.

Nanotehnoloogia edusammudel, materjali omaduste uurimisel aatomi ja molekuli tasemel, on fotogalvaaniliste elementide parendamiseks suur potentsiaal. Näiteks mõjutab fotogalvaaniliste materjalide mikroskoopiliste osakeste suurus nende võimet neelata konkreetseid valguse värve; molekulide suuruse ja kuju peenhäälestamise abil saavad teadlased suurendada nende efektiivsust. Nanotehnoloogia võib ühel päeval viia ka lauaarvuti 3D-printerini, mis toodab aatomiselt täpseid päikesepatareisid ja muid seadmeid väga madalate kuludega.

Ehkki fotogalvaanilised elemendid lubavad tulevastes rakendustes suuri lubadusi, on neil ka füüsikaliste piiridega teatud raskused. Näiteks on ebatõenäoline, et täiesti päikesega töötav sõiduauto on tavalise praeguse gaasimootori jõudluse või kasulikkusega. Kuigi päikese jõul töötavad sõidukid on võistlustel sõitnud, on need enamasti kõrgelt spetsialiseerunud miljoni dollari prototüübid, mis nõuavad päikeselisi kõrbeolusid. Piiravaks teguriks on Maa vastu tulev päikesevalgus, mis ideaalsetes tingimustes on 1000 vatti meetri kohta. Väikseim praktiline auto elektrimootor nõuab umbes 40kW energiat; 40-protsendilise efektiivsusega tähendab see päikesepaneeli, mille pindala on 100 ruutmeetrit. Teisest küljest võib praktiline päikesepaneel kunagi kasutada väikest juhil kasutatavat sõidukit või pikendada pistikhübriidi sõiduulatust. Piiratud energia päikesevalguses piirab kõigi fotogalvaanelementidele toetuvate sõidukite tööd.