Viitorul celulelor fotovoltaice

Primele celule fotovoltaice, dezvoltate în anii 1950 pentru alimentarea sateliților de comunicații, au fost foarte ineficiente. Din acele zile, eficiența celulelor solare a crescut constant, în timp ce costurile au scăzut, deși rămâne mult spațiu de îmbunătățire. În plus față de costuri mai mici și o eficiență mai bună, progresele viitoare ale materialelor fotovoltaice vor duce probabil la o utilizare mai largă a energiei solare pentru aplicații noi, ecologice.

Celulele fotovoltaice au fost cheia primilor sateliți de comunicații, deoarece puține alternative ar putea produce electricitate fiabilă pentru perioade lungi de timp, în special fără întreținere. Costul ridicat al unui satelit justifică utilizarea de energie a celulelor solare scumpe. De atunci, costurile pentru celulele solare au scăzut semnificativ, ducând la dispozitive mobile ieftine, cum ar fi calculatoare cu energie solară și încărcătoare pentru telefoane mobile. Pentru generarea de energie la scară largă, costul pentru fiecare watt de electricitate produs din fotovoltaic rămâne mai mare decât alternativele, cum ar fi energia din cărbune sau energia nucleară. Tendința generală de scădere a costurilor pentru celulele solare va continua probabil în viitorul previzibil.

O celulă solară eficientă produce mai multă energie electrică dintr-o cantitate dată de lumină comparativ cu una ineficientă. Eficiența depinde de mai mulți factori, inclusiv materialele utilizate în celula fotovoltaică în sine, sticla utilizată pentru acoperirea celulei și cablajul electric al celulei. Îmbunătățirile, cum ar fi materialele care transformă o parte mai mare a spectrului de lumină al Soarelui în electricitate au sporit radical eficiența celulelor solare. Progresele viitoare vor crește probabil eficiența și vor smulge mai multă energie electrică din lumină.

O celulă fotovoltaică tradițională este o bucată plană de material siliconic, acoperită cu sticlă și legată de un panou metalic; este eficient dar nu foarte flexibil. Cercetările actuale în materie de materiale fotovoltaice au condus la celule care sunt vopsite pe o varietate de suprafețe, inclusiv foi de hârtie și plastic. O altă tehnică plasează o peliculă ultra-subțire de material pe sticlă, rezultând o fereastră care lasă să intre lumina și să producă electricitate. O varietate mai mare de materiale fotovoltaice în viitor poate duce la vopsea de casă alimentată cu energie solară, pavaj rutier, un strat care vă reîncarcă telefonul mobil și alte aplicații avansate.

Progresele în nanotehnologie, studiul proprietăților materialelor la nivel atomic și molecular, au un potențial mare pentru îmbunătățirea celulelor fotovoltaice. De exemplu, dimensiunea particulelor microscopice din materialele fotovoltaice afectează capacitatea lor de a absorbi culori specifice ale luminii; prin reglarea fină a dimensiunii și formei moleculelor, oamenii de știință își pot spori eficiența. Nanotehnologia poate duce, de asemenea, într-o zi la o imprimantă 3D de birou care produce celule solare cu precizie atomică și alte dispozitive la un cost foarte mic.

Deși celulele fotovoltaice au o mare promisiune în aplicațiile viitoare, ele se vor confrunta și cu anumite limite fizice dure. De exemplu, este puțin probabil ca o mașină de călători complet alimentată de soare să aibă performanța sau utilitatea unui model tipic curent de gaz. Deși vehiculele alimentate de soare au participat la competiții, acestea sunt în mare parte prototipuri de milioane de dolari foarte specializate, care necesită condiții însorite de deșert. Factorul limitativ este lumina solară pe care o primește Pământul, care se ridică la 1.000 de wați pe metru în condiții ideale. Cel mai mic motor electric practic pentru o mașină necesită aproximativ 40kW de energie; cu o eficiență de 40%, aceasta înseamnă un panou solar de 100 metri pătrați sau 1.000 de metri pătrați în suprafață. Pe de altă parte, un panou solar practic ar putea alimenta într-o bună zi un vehicul mic pentru a fi folosit ocazional sau poate extinde raza de acțiune pentru un hibrid plug-in. Energia limitată din lumina soarelui restricționează performanța oricărui vehicul care se bazează pe celule fotovoltaice.