太陽電池の未来

1950年代に通信衛星に電力を供給するために開発された最初の太陽電池は、非常に非効率的でした。 当時から太陽電池の効率は着実に上昇し、コストは下がっていますが、まだまだ改善の余地はあります。 低コストとより良い効率に加えて、太陽光発電材料の将来の進歩は、新しい、環境に優しいアプリケーションのための太陽光発電のより広い使用につながる可能性があります。

太陽電池は最初の通信衛星の鍵でした。なぜなら、特にメンテナンスなしで、長期間にわたって信頼できる電力を生成できる代替手段はほとんどなかったからです。 電力に高価な太陽電池を使用することは正当化される衛星の高コスト。 それ以来、太陽電池のコストは大幅に下がり、太陽電池式の計算機や携帯電話の充電器などの安価なモバイルデバイスにつながりました。 大規模な発電の場合、太陽光発電から生成される電力1ワットあたりのコストは、石炭や原子力などの代替エネルギーよりも高いままです。 太陽電池のコストを削減する全体的な傾向は、予見可能な将来にわたって続く可能性があります。

効率的な太陽電池は、非効率的な太陽電池と比較して、特定の量の光からより多くの電気を生成します。 効率は、太陽電池自体に使用されている材料、セルを覆うために使用されているガラス、セルの電気配線など、いくつかの要因に依存します。 太陽の光スペクトルの大部分を電気に変換する材料などの改良により、太陽電池の効率が大幅に向上しました。 将来の進歩により、効率がさらに向上し、光からより多くの電気エネルギーが得られる可能性があります。

従来の太陽電池は、ガラスで覆われ、金属パネルに接着されたシリコン材料の平らな部分です。 それは効果的ですが、あまり柔軟ではありません。 光起電性材料の現在の研究により、紙やプラスチックシートなどのさまざまな表面にセルが塗装されるようになりました。 別の技術では、ガラス上に超薄膜の材料を配置し、光を取り入れて電気を生成する窓を作ります。 将来的には太陽光発電材料の種類が増えると、太陽光発電の住宅用塗料、道路舗装、携帯電話を充電するコート、その他の高度なアプリケーションにつながる可能性があります。

原子および分子レベルでの材料特性の研究であるナノテクノロジーの進歩は、太陽電池を改善する大きな可能性を秘めています。 たとえば、光起電性材料の微細な粒子のサイズは、特定の色の光を吸収する能力に影響を与えます。 分子のサイズと形状を微調整することで、科学者は効率を高めることができます。 ナノテクノロジーはまた、いつの日か、非常に低コストで原子的に正確な太陽電池やその他のデバイスを製造するデスクトップ3Dプリンターにつながる可能性があります。

太陽電池は将来のアプリケーションで大きな期待を抱いていますが、いくつかの厳しい物理的限界にも直面します。 たとえば、完全に太陽電池式の乗用車が、現在の一般的なガソリン式のモデルの性能や実用性を備えている可能性はほとんどありません。 太陽電池式の車両は競技会で走っていますが、これらはほとんどの場合、日当たりの良い砂漠の条件を必要とする高度に専門化された百万ドルのプロトタイプです。 制限要因は、地球が受ける太陽光であり、理想的な条件下では1メートルあたり1,000ワットになります。 自動車用の最小の実用的な電気モーターは、約40kWのエネルギーを必要とします。 40％の効率で、これは100平方メートルまたは1,000平方フィートの面積のソーラーパネルを意味します。 一方、実用的なソーラーパネルは、いつか小さなランナバウト車両に電力を供給して時折使用したり、プラグインハイブリッドの走行距離を拡大したりする可能性があります。 太陽光のエネルギーが限られているため、太陽電池に依存する車両の性能が制限されます。