העתיד של תאים פוטו-וולטאיים

התאים הפוטו-וולטאיים הראשונים, שפותחו בשנות החמישים להפעלת לווייני תקשורת, היו מאוד לא יעילים. מאז אותם ימים, היעילות של תאים סולאריים טיפסה בהתמדה בזמן שהעלויות צנחו, אם כי נותר מקום רב לשיפור. בנוסף לעלות נמוכה יותר ויעילות טובה יותר, ההתקדמות העתידית בחומרים פוטו-וולטאיים תוביל ככל הנראה לשימוש נרחב יותר באנרגיה סולארית ליישומים חדשים וידידותיים לסביבה.

תאים פוטו-וולטאיים היו המפתח ללווייני התקשורת הראשונים מכיוון שמעט חלופות יכולות לייצר חשמל אמין לתקופות ארוכות, במיוחד ללא תחזוקה. העלות הגבוהה של לוויין מוצדקת באמצעות תאים סולאריים יקרים לחשמל. מאז עלויות התאים הסולאריים ירדו משמעותית, מה שהוביל למכשירים ניידים זולים כמו מחשבונים המופעלים על ידי השמש ומטענים לטלפונים סלולריים. עבור ייצור חשמל בקנה מידה גדול, העלות לכל וואט חשמל המופק מפוטו וולטה נותרה גבוהה יותר מאלטרנטיבות כגון אנרגיה מפחם או מאנרגיה גרעינית. המגמה הכוללת להפחתת עלויות תאים סולריים עשויה להימשך גם בעתיד הנראה לעין.

תא סולארי יעיל מייצר יותר חשמל מכמות אור מסוימת בהשוואה לתא לא יעיל. היעילות תלויה במספר גורמים, כולל החומרים המשמשים בתא הפוטו-וולטאי עצמו, הזכוכית המשמשת לכיסוי התא והחיווט החשמלי של התא. שיפורים, כגון חומרים הממירים חלק גדול יותר מספקטרום האור של השמש לחשמל, הגדילו באופן קיצוני את יעילות תאי השמש. ההתקדמות העתידית עשויה להגדיל עוד יותר את היעילות, ולשלוף יותר אנרגיה חשמלית מאור.

תא פוטו-וולטאי מסורתי הוא פיסה שטוחה של חומר סיליקון, מכוסה בזכוכית ומוצמד ללוח מתכת; הוא יעיל אך לא גמיש במיוחד. מחקר עדכני בחומרים פוטו-וולטאיים הוביל לתאים שנצבעים על מגוון משטחים, כולל נייר ויריעות פלסטיק. טכניקה אחרת מניחה סרט דק במיוחד של זכוכית על גבי זכוכית, וכתוצאה מכך חלון שמכניס אור ומייצר חשמל. מגוון רב יותר של חומרים פוטו-וולטאיים בעתיד עשוי להוביל לצבע ביתי המופעל באמצעות סולארית, לסלילת כבישים, למעיל שמטעין את הטלפון הסלולרי שלך וליישומים מתקדמים אחרים.

ההתקדמות בתחום הננוטכנולוגיה, חקר תכונות החומר ברמה האטומית והמולקולרית, יש פוטנציאל רב לשיפור תאים פוטו-וולטאיים. לדוגמא, גודל החלקיקים המיקרוסקופיים בחומרים פוטו-וולטאיים משפיע על יכולתם לספוג צבעי אור ספציפיים; על ידי כוונון עדין של הגודל והצורה של המולקולות, מדענים יכולים להגביר את היעילות שלהם. ננוטכנולוגיה עשויה להוביל יום אחד גם למדפסת תלת מימד שולחנית המייצרת תאים סולאריים מדויקים אטומית ומכשירים אחרים בעלות נמוכה מאוד.

למרות שתאים פוטו וולטאיים מחזיקים הבטחה רבה ביישומים עתידיים, הם גם יתמודדו עם כמה מגבלות פיזיות קשות. לדוגמא, אין זה סביר שלמכונית נוסעים המופעלת על ידי שמש לחלוטין יהיו ביצועים או תועלת של דגם טיפוסי המונע על ידי גז. אף על פי שרכבים המונעים על ידי שמש רצו בתחרויות, מדובר לרוב באבות טיפוס מיוחדים ביותר של מיליון דולר הדורשים תנאי מדבר שטופי שמש. הגורם המגביל הוא אור השמש שמקבל כדור הארץ, המסתכם ב -1,000 וואט למטר בתנאים אידיאליים. המנוע החשמלי המעשי הקטן ביותר לרכב דורש כ- 40 קילוואט אנרגיה; ביעילות של 40 אחוז, זה אומר פאנל סולארי בשטח של 100 מ"ר או 1,000 מ"ר. מצד שני, פאנל סולארי מעשי עשוי מתישהו להניע רכב רץ קטן לשימוש מזדמן או להרחיב את טווח הנהיגה להיברידי פלאגין. האנרגיה המוגבלת באור השמש מגבילה את הביצועים של כל רכב הנשען על תאים פוטו-וולטאיים.