O futuro das células fotovoltaicas

As primeiras células fotovoltaicas, desenvolvidas na década de 1950 para alimentar satélites de comunicações, eram muito ineficientes. Desde aquela época, a eficiência das células solares aumentou constantemente, enquanto os custos caíram, embora ainda haja muito espaço para melhorias. Além de custos mais baixos e melhor eficiência, os avanços futuros em materiais fotovoltaicos provavelmente levarão a um uso mais amplo da energia solar para novas aplicações ecologicamente corretas.

As células fotovoltaicas foram essenciais para os primeiros satélites de comunicação porque poucas alternativas poderiam produzir eletricidade confiável por longos períodos, especialmente sem manutenção. O alto custo de um satélite justifica o uso de células solares caras para energia. Desde então, os custos com células solares caíram significativamente, levando a dispositivos móveis baratos, como calculadoras movidas a energia solar e carregadores de celular. Para a geração de energia em grande escala, o custo de cada watt de eletricidade produzido a partir da energia fotovoltaica permanece mais alto do que alternativas como a energia a partir do carvão ou nuclear. A tendência geral de redução dos custos das células solares provavelmente continuará no futuro previsível.

Uma célula solar eficiente produz mais eletricidade de uma determinada quantidade de luz em comparação com uma ineficiente. A eficiência depende de vários fatores, incluindo os materiais usados ​​na própria célula fotovoltaica, o vidro usado para cobrir a célula e a fiação elétrica da célula. Melhorias, como materiais que convertem uma parte maior do espectro de luz do Sol em eletricidade, aumentaram radicalmente a eficiência da célula solar. Os avanços futuros provavelmente aumentarão a eficiência ainda mais, extraindo mais energia elétrica da luz.

Uma célula fotovoltaica tradicional é uma peça plana de material de silício, coberta por vidro e colada a um painel de metal; é eficaz, mas não muito flexível. A pesquisa atual em materiais fotovoltaicos levou a células que são pintadas em uma variedade de superfícies, incluindo papel e folhas de plástico. Outra técnica coloca uma película ultrafina de material no vidro, resultando em uma janela que permite a entrada de luz e produz eletricidade. Uma maior variedade de materiais fotovoltaicos no futuro pode levar a pinturas de casas movidas a energia solar, pavimentação de estradas, um revestimento que recarrega seu telefone celular e outras aplicações avançadas.

Os avanços da nanotecnologia, o estudo das propriedades dos materiais nos níveis atômico e molecular, têm grande potencial para melhorar as células fotovoltaicas. Por exemplo, o tamanho das partículas microscópicas em materiais fotovoltaicos afeta sua capacidade de absorver cores específicas de luz; ao ajustar o tamanho e a forma das moléculas, os cientistas podem aumentar sua eficiência. A nanotecnologia também pode levar um dia a uma impressora 3D de mesa que produz células solares com precisão atômica e outros dispositivos a um custo muito baixo.

Embora as células fotovoltaicas sejam uma grande promessa em aplicações futuras, elas também enfrentarão alguns limites físicos rígidos. Por exemplo, é improvável que um carro de passageiros totalmente movido a energia solar tenha o desempenho ou a utilidade de um modelo atual típico movido a gás. Embora veículos movidos a energia solar tenham participado de competições, eles são, em sua maioria, protótipos de milhões de dólares altamente especializados que requerem condições de deserto ensolarado. O fator limitante é a luz solar que a Terra recebe, que equivale a 1.000 watts por metro em condições ideais. O menor motor elétrico prático para um carro requer cerca de 40 kW de energia; com uma eficiência de 40%, isso significa um painel solar de 100 metros quadrados ou 1.000 pés quadrados de área. Por outro lado, um painel solar prático pode algum dia alimentar um pequeno veículo para uso ocasional ou estender a autonomia de um híbrido plug-in. A energia limitada da luz solar restringe o desempenho de qualquer veículo que dependa de células fotovoltaicas.