Budúcnosť fotovoltaických článkov

Prvé fotovoltaické články vyvinuté v 50. rokoch 20. storočia na napájanie komunikačných satelitov boli veľmi neefektívne. Od tých čias sa efektívnosť solárnych článkov neustále zvyšuje, zatiaľ čo náklady klesajú, aj keď stále existuje veľa priestoru na zlepšenie. Okrem nižších nákladov a lepšej efektívnosti budúci pokrok vo fotovoltaických materiáloch pravdepodobne povedie k širšiemu využívaniu solárnej energie pre nové ekologické aplikácie.

Fotovoltaické články boli kľúčom k prvým komunikačným satelitom, pretože len málo alternatív dokázalo vyrábať spoľahlivú elektrinu po dlhú dobu, najmä bez údržby. Vysoké náklady na satelit oprávnené na výrobu drahých solárnych článkov. Odvtedy náklady na solárne články výrazne poklesli, čo viedlo k lacným mobilným zariadeniam, ako sú solárne kalkulačky a nabíjačky mobilných telefónov. Pri veľkovýrobe energie zostávajú náklady na každý watt elektriny vyrobenej z fotovoltaiky vyššie ako alternatívy, ako je energia z uhlia alebo jadrovej energie. Je pravdepodobné, že celkový trend znižovania nákladov na solárne články bude pokračovať aj v dohľadnej budúcnosti.

Účinný solárny článok produkuje viac elektriny z daného množstva svetla v porovnaní s neúčinným. Účinnosť závisí od niekoľkých faktorov, vrátane materiálov použitých v samotnom fotovoltaickom článku, skla použitého na zakrytie článku a elektrického vedenia článku. Vylepšenia, ako napríklad materiály, ktoré premieňajú väčšiu časť slnečného spektra Slnka na elektrinu, radikálne zvýšili účinnosť solárnych článkov. Budúci pokrok pravdepodobne ďalej zvýši účinnosť, čím vyženie viac elektrickej energie zo svetla.

Tradičný fotovoltaický článok je plochý kus kremíkového materiálu pokrytý sklom a pripevnený k kovovému panelu; je efektívny, ale nie veľmi flexibilný. Súčasný výskum fotovoltaických materiálov viedol k bunkám, ktoré sú maľované na rôzne povrchy vrátane papiera a plastových fólií. Ďalšou technikou sa na sklo umiestňuje ultratenký filmový materiál, ktorého výsledkom je okno, ktoré prepúšťa svetlo dovnútra a vyrába elektrinu. Väčšia rozmanitosť fotovoltaických materiálov v budúcnosti môže viesť k solárnemu náteru domu, cestnej dlažbe, kabátu, ktorý dobije váš mobilný telefón, a ďalším pokročilým aplikáciám.

Pokrok v nanotechnológii, štúdiu materiálových vlastností na atómovej a molekulárnej úrovni, má veľký potenciál na zlepšenie fotovoltaických článkov. Napríklad veľkosť mikroskopických častíc vo fotovoltaických materiáloch ovplyvňuje ich schopnosť absorbovať špecifické farby svetla; doladením veľkosti a tvaru molekúl môžu vedci zvýšiť ich účinnosť. Nanotechnológia môže jedného dňa viesť aj k stolnej 3D tlačiarni, ktorá vyrába atómovo presné solárne články a ďalšie zariadenia za veľmi nízke náklady.

Aj keď majú fotovoltaické články veľký prísľub v budúcich aplikáciách, budú tiež zápasiť s niektorými tvrdými fyzikálnymi limitmi. Napríklad je nepravdepodobné, že by osobné auto s úplným slnečným žiarením malo taký výkon alebo užitočnosť, aké má typický súčasný model s plynovým pohonom. Aj keď vozidlá poháňané slnkom už jazdili na súťažiach, jedná sa väčšinou o vysoko špecializované prototypy za milióny dolárov, ktoré si vyžadujú slnečné púštne podmienky. Limitujúcim faktorom je slnečné svetlo, ktoré Zem prijíma a ktoré za ideálnych podmienok predstavuje 1 000 wattov na meter. Najmenší praktický elektromotor pre auto vyžaduje asi 40 kW energie; pri 40-percentnej účinnosti to znamená solárny panel s rozlohou 100 metrov štvorcových alebo 1 000 štvorcových stôp. Na druhej strane, praktický solárny panel môže niekedy napájať malé terénne vozidlo pre príležitostné použitie alebo rozšíriť jazdný dosah pre plug-in hybrid. Obmedzená energia na slnečnom svetle obmedzuje výkon každého vozidla spoliehajúceho sa na fotovoltaické články.