Будућност фотонапонских ћелија

Прве фотонапонске ћелије, развијене 1950-их за напајање комуникационих сателита, биле су врло неефикасне. Од тих дана, ефикасност соларних ћелија се непрестано повећавала, док су трошкови падали, мада остаје довољно простора за побољшање. Поред нижих трошкова и веће ефикасности, будући напредак фотонапонских материјала вероватно ће довести до шире употребе соларне енергије за нове, еколошки прихватљиве примене.

Фотонапонске ћелије биле су кључне за прве комуникационе сателите, јер је мало алтернатива могло дуго производити поуздану електричну енергију, посебно без одржавања. Висока цена сателита оправдана је употребом скупих соларних ћелија за напајање. Од тада су трошкови соларних ћелија знатно опали, што је довело до јефтиних мобилних уређаја као што су калкулатори на соларни погон и пуњачи за мобилне телефоне. За производњу електричне енергије великих размера, трошкови за сваки ват електричне енергије произведене из фотонапонских система и даље су већи од алтернатива попут енергије из угља или нуклеарне енергије. Укупни тренд смањења трошкова за соларне ћелије вероватно ће се наставити и у догледној будућности.

Ефикасна соларна ћелија производи више електричне енергије из дате количине светлости у поређењу са неефикасном. Ефикасност зависи од неколико фактора, укључујући материјале који се користе у самој фотонапонској ћелији, стакло које се користи за покривање ћелије и електрично ожичење ћелије. Побољшања, попут материјала који претварају већи део сунчевог светлосног спектра у електричну енергију, радикално су повећали ефикасност соларних ћелија. Будући напредак ће вероватно додатно повећати ефикасност, одузимајући више електричне енергије из светлости.

Традиционална фотонапонска ћелија је равни комад силицијумског материјала, прекривен стаклом и везан за металну плочу; ефикасан је, али не и врло флексибилан. Тренутна истраживања фотонапонских материјала довела су до ћелија које су обојене на различите површине, укључујући папир и пластичне листове. Друга техника поставља ултратанак филм од материјала на стакло, што резултира прозором који пропушта светлост и производи електричну енергију. Већа разноликост фотонапонских материјала у будућности може довести до фарбе кућа на соларну енергију, асфалтирања путева, капута који пуни ваш мобилни телефон и других напредних апликација.

Напредак у нанотехнологији, проучавање својстава материјала на атомском и молекуларном нивоу, има велики потенцијал за побољшање фотонапонских ћелија. На пример, величина микроскопских честица у фотонапонским материјалима утиче на њихову способност апсорпције одређених боја светлости; финим подешавањем величине и облика молекула, научници могу повећати њихову ефикасност. Нанотехнологија такође једног дана може довести до десктоп 3Д штампача који производи атомски прецизне соларне ћелије и друге уређаје по врло ниским трошковима.

Иако фотонапонске ћелије обећавају у будућим апликацијама, они ће се такође борити са одређеним физичким ограничењима. На пример, мало је вероватно да ће путнички аутомобил на потпуно сунчани погон имати перформансе или корисност типичног тренутног модела на гас. Иако су се возила на сунчев погон такмичила, то су углавном високоспецијализовани прототипови вредни милион долара који захтевају сунчане пустињске услове. Ограничавајући фактор је сунчева светлост коју Земља прима и која у идеалним условима износи 1.000 вати по метру. Најмањи практични електрични мотор за аутомобил захтева око 40кВ енергије; са ефикасношћу од 40 процената, то значи соларни панел површине 100 квадратних метара. С друге стране, практични соларни панел могао би једног дана напајати мало моторно возило за повремену употребу или проширити домет вожње за плуг-ин хибрид. Ограничена енергија на сунчевој светлости ограничава перформансе било ког возила које се ослања на фотонапонске ћелије.