Le prime celle fotovoltaiche, sviluppate negli anni '50 per alimentare i satelliti per le comunicazioni, erano molto inefficienti. Da quei giorni, l'efficienza delle celle solari è aumentata costantemente mentre i costi sono diminuiti, sebbene rimanga molto spazio per miglioramenti. Oltre a costi inferiori e una migliore efficienza, i futuri progressi nei materiali fotovoltaici porteranno probabilmente a un uso più ampio dell'energia solare per nuove applicazioni rispettose dell'ambiente.
Costo più basso
Le celle fotovoltaiche sono state fondamentali per i primi satelliti di comunicazione perché poche alternative potevano produrre elettricità affidabile per lunghi periodi, soprattutto senza manutenzione. L'alto costo di un satellite giustifica l'uso di costose celle solari per l'energia. Da allora, i costi per le celle solari sono diminuiti in modo significativo, portando a dispositivi mobili poco costosi come calcolatrici a energia solare e caricabatterie per cellulari. Per la generazione di energia su larga scala, il costo per ogni watt di elettricità prodotta dal fotovoltaico rimane superiore a quello di alternative come l'energia dal carbone o l'energia nucleare. È probabile che la tendenza generale alla diminuzione dei costi per le celle solari continui nel prossimo futuro.
Maggiore efficienza
Una cella solare efficiente produce più elettricità da una data quantità di luce rispetto a una inefficiente. L'efficienza dipende da diversi fattori, inclusi i materiali utilizzati nella cella fotovoltaica stessa, il vetro utilizzato per coprire la cella e il cablaggio elettrico della cella. I miglioramenti, come i materiali che convertono una parte più ampia dello spettro luminoso del Sole in elettricità, hanno aumentato radicalmente l'efficienza delle celle solari. I progressi futuri probabilmente aumenteranno ulteriormente l'efficienza, strappando più energia elettrica dalla luce.
Formati flessibili
Una cella fotovoltaica tradizionale è un pezzo piatto di materiale siliconico, ricoperto di vetro e incollato su un pannello metallico; è efficace ma poco flessibile. La ricerca attuale sui materiali fotovoltaici ha portato a celle che sono dipinte su una varietà di superfici, inclusi fogli di carta e plastica. Un'altra tecnica posiziona una pellicola ultrasottile di materiale sul vetro, ottenendo una finestra che lascia entrare la luce e produce elettricità. Una maggiore varietà di materiali fotovoltaici in futuro potrebbe portare a vernici per la casa a energia solare, pavimentazione stradale, un cappotto che ricarica il telefono cellulare e altre applicazioni avanzate.
Nanotecnologia
I progressi nella nanotecnologia, lo studio delle proprietà dei materiali a livello atomico e molecolare, hanno un grande potenziale per migliorare le celle fotovoltaiche. Ad esempio, la dimensione delle particelle microscopiche nei materiali fotovoltaici influisce sulla loro capacità di assorbire specifici colori della luce; mettendo a punto le dimensioni e la forma delle molecole, gli scienziati possono aumentarne l'efficienza. La nanotecnologia potrebbe anche portare un giorno a una stampante 3D desktop che produce celle solari e altri dispositivi atomicamente precisi a costi molto bassi.
Auto solare?
Sebbene le celle fotovoltaiche siano molto promettenti per le applicazioni future, dovranno anche affrontare alcuni rigidi limiti fisici. Ad esempio, è improbabile che un'autovettura completamente alimentata dal sole abbia le prestazioni o l'utilità di un tipico modello a gas attuale. Sebbene i veicoli a energia solare abbiano corso in competizioni, questi sono per la maggior parte prototipi altamente specializzati da un milione di dollari che richiedono condizioni soleggiate del deserto. Il fattore limitante è la luce solare ricevuta dalla Terra, che in condizioni ideali ammonta a 1.000 watt per metro. Il più piccolo pratico motore elettrico per un'auto richiede circa 40kW di energia; con un'efficienza del 40%, ciò significa un pannello solare di 100 metri quadrati o 1.000 piedi quadrati di area. D'altra parte, un pratico pannello solare potrebbe un giorno alimentare un piccolo veicolo runabout per un uso occasionale o estendere l'autonomia di un ibrido plug-in. L'energia limitata alla luce del sole limita le prestazioni di qualsiasi veicolo che si basa su celle fotovoltaiche.