Fotoelektrisko elementu nākotne

Pirmie fotoelementu elementi, kas tika izstrādāti 20. gadsimta 50. gados, lai darbinātu sakaru pavadoņus, bija ļoti neefektīvi. Kopš šīm dienām saules bateriju efektivitāte ir nepārtraukti pieaugusi, kamēr izmaksas ir samazinājušās, lai gan joprojām ir daudz iespēju uzlabot. Papildus zemākām izmaksām un labākai efektivitātei fotoelektrisko materiālu nākotnes sasniegumi, iespējams, novedīs pie saules enerģijas plašākas izmantošanas jaunām, videi draudzīgām lietojumprogrammām.

Fotoelementu elementi bija pirmie sakaru pavadoņi, jo tikai dažas alternatīvas ilgu laiku varēja ražot uzticamu elektrību, it īpaši bez apkopes. Satelīta augstās izmaksas attaisno dārgu saules bateriju izmantošanu enerģijas iegūšanai. Kopš tā laika saules bateriju izmaksas ir ievērojami samazinājušās, kā rezultātā radās lētas mobilās ierīces, piemēram, ar saules enerģiju darbināmi kalkulatori un mobilo tālruņu lādētāji. Liela apjoma elektroenerģijas ražošanai katras vata elektroenerģijas, kas saražota no fotoelementiem, izmaksas joprojām ir augstākas nekā tādām alternatīvām kā enerģija no ogles vai kodolenerģija. Visticamāk, ka vispārējā saules elementu izmaksu samazināšanās tendence turpināsies arī tuvākajā nākotnē.

Efektīva saules baterija no noteiktā gaismas daudzuma ražo vairāk elektroenerģijas nekā neefektīva. Efektivitāte ir atkarīga no vairākiem faktoriem, ieskaitot materiālus, kas tiek izmantoti pašā fotoelementā, stiklu, ko izmanto šūnas pārklāšanai, un šūnas elektrisko vadu. Uzlabojumi, piemēram, materiāli, kas lielāko daļu Saules gaismas spektra pārveido par elektrību, ir radikāli palielinājuši saules bateriju efektivitāti. Nākotnes attīstība, iespējams, vēl vairāk palielinās efektivitāti, no gaismas izspiežot vairāk elektroenerģijas.

Tradicionāls fotoelementu elements ir plakans silīcija materiāla gabals, pārklāts ar stiklu un savienots ar metāla paneli; tas ir efektīvs, bet ne pārāk elastīgs. Pašreizējie fotoelektrisko materiālu pētījumi ir noveduši pie šūnām, kas ir nokrāsotas uz dažādām virsmām, ieskaitot papīra un plastmasas loksnes. Cits paņēmiens uz stikla uzliek īpaši plānu materiāla plēvi, kā rezultātā tiek iegūts logs, kas ielaiž gaismu un rada elektrību. Lielāka fotoelementu materiālu daudzveidība nākotnē var novest pie saules enerģijas darbināmas mājas krāsas, ceļa seguma, mēteļa, kas uzlādē jūsu mobilo tālruni, un citu progresīvu lietojumu.

Nanotehnoloģijas sasniegumiem, materiālu īpašību izpētei atomu un molekulārajā līmenī ir liels potenciāls uzlabot fotoelementu šūnas. Piemēram, fotoelektrisko materiālu mikroskopisko daļiņu lielums ietekmē to spēju absorbēt noteiktas gaismas krāsas; precīzi noregulējot molekulu lielumu un formu, zinātnieki var palielināt to efektivitāti. Nanotehnoloģija var arī kādu dienu novest pie galddatora 3D printera, kas par ļoti zemām izmaksām ražo atomu ziņā precīzas saules baterijas un citas ierīces.

Lai gan fotogalvaniskās šūnas nākotnē ir daudzsološas, tām būs jācenšas arī noteiktām fiziskām robežām. Piemēram, maz ticams, ka pilnīgi ar saules enerģiju darbināmam vieglajam auto būs raksturīga pašreizējā ar gāzi darbināmā modeļa veiktspēja vai lietderība. Lai arī sacensībās brauca ar saules enerģiju darbināmi transportlīdzekļi, tie lielākoties ir ļoti specializēti miljonu dolāru prototipi, kuriem nepieciešami saulaini tuksneša apstākļi. Ierobežojošais faktors ir saules gaisma, ko saņem Zeme, un ideālos apstākļos tā ir 1000 vati uz metru. Mazākais praktiskais elektromotors automašīnai prasa apmēram 40kW enerģijas; ar 40 procentu efektivitāti tas nozīmē 100 kvadrātmetru vai 1000 kvadrātpēdu lielu saules bateriju. No otras puses, praktisks saules panelis var kādreiz darbināt nelielu braucošu transportlīdzekli neregulārai lietošanai vai paplašināt spraudņa hibrīda braukšanas diapazonu. Ierobežotā enerģija saules gaismā ierobežo jebkura transportlīdzekļa darbību, kas paļaujas uz fotoelementiem.