Prihodnost fotonapetostnih celic

Prve fotonapetostne celice, razvite v petdesetih letih prejšnjega stoletja za napajanje komunikacijskih satelitov, so bile zelo neučinkovite. Od tistih dni se je učinkovitost sončnih celic postopoma povečevala, medtem ko so stroški upadali, čeprav je še veliko prostora za izboljšave. Poleg nižjih stroškov in boljše učinkovitosti bo prihodnji napredek fotovoltaičnih materialov verjetno vodil do širše uporabe sončne energije za nove, okolju prijazne aplikacije.

Fotovoltaične celice so bile ključne za prve komunikacijske satelite, ker je le malo alternativ lahko dolgo časa proizvajalo zanesljivo elektriko, zlasti brez vzdrževanja. Visoki stroški satelita so upravičeni z uporabo dragih sončnih celic za napajanje. Od takrat so se stroški sončnih celic znatno zmanjšali, kar je privedlo do poceni mobilnih naprav, kot so kalkulatorji na sončni pogon in polnilci za mobilne telefone. Pri obsežni proizvodnji električne energije so stroški za vsak vat električne energije, proizvedene iz fotovoltaike, še vedno višji od alternativ, kot je energija iz premoga ali jedrske energije. Splošni trend zniževanja stroškov sončnih celic se bo verjetno nadaljeval tudi v bližnji prihodnosti.

Učinkovita sončna celica proizvede več električne energije iz dane količine svetlobe v primerjavi z neučinkovito. Učinkovitost je odvisna od več dejavnikov, vključno z materiali, uporabljenimi v sami fotonapetostni celici, steklom, ki se uporablja za pokrivanje celice, in električnimi napeljavami celice. Izboljšave, kot so materiali, ki večji del sončnega svetlobnega spektra pretvorijo v elektriko, so radikalno povečale učinkovitost sončnih celic. Prihodnji napredek bo verjetno še povečal učinkovitost in odvzel več električne energije iz svetlobe.

Tradicionalna fotonapetostna celica je ploščat kos silicijevega materiala, prekrit s steklom in vezan na kovinsko ploščo; je učinkovit, vendar ne zelo prilagodljiv. Trenutne raziskave fotovoltaičnih materialov so privedle do nastanka celic na različnih površinah, vključno s papirjem in plastičnimi listi. Druga tehnika na steklo postavi ultratanek film, kar povzroči okno, ki prepušča svetlobo in proizvaja elektriko. Večja raznolikost fotovoltaičnih materialov bo v prihodnosti lahko privedla do sončnih barv za hiše, tlakovanja cest, plašča, ki polni vaš mobilni telefon, in drugih naprednih aplikacij.

Napredek nanotehnologije, preučevanje lastnosti materiala na atomski in molekularni ravni, ima velik potencial za izboljšanje fotonapetostnih celic. Na primer, velikost mikroskopskih delcev v fotovoltaičnih materialih vpliva na njihovo sposobnost absorpcije določenih barv svetlobe; s finim prilagajanjem velikosti in oblike molekul lahko znanstveniki povečajo njihovo učinkovitost. Nanotehnologija lahko nekega dne pripelje tudi do namiznega 3D-tiskalnika, ki po zelo nizkih stroških proizvaja atomsko natančne sončne celice in druge naprave.

Čeprav fotonapetostne celice v prihodnjih aplikacijah zelo obetajo, se bodo borile tudi z nekaterimi trdnimi fizičnimi omejitvami. Na primer, malo verjetno je, da bo imel osebni avtomobil, ki ga poganja sonce, zmogljivosti ali uporabnost tipičnega trenutnega modela na plinski pogon. Čeprav so vozila na sončni pogon nastopila na tekmovanjih, so to večinoma visoko specializirani milijonski dolarji, ki zahtevajo sončne puščavske razmere. Omejevalni dejavnik je sončna svetloba, ki jo prejme Zemlja, ki v idealnih pogojih znaša 1.000 vatov na meter. Najmanjši praktični električni motor za avto potrebuje približno 40kW energije; pri 40-odstotni učinkovitosti to pomeni sončno ploščo s površino 100 kvadratnih metrov ali 1000 kvadratnih metrov. Po drugi strani pa lahko praktični sončni kolektor nekoč napaja majhno maloprodajno vozilo za občasno uporabo ali podaljša območje vožnje za priključni hibrid. Omejena energija na sončni svetlobi omejuje delovanje katerega koli vozila, ki se opira na fotonapetostne celice.