อนาคตของเซลล์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดแรกที่พัฒนาขึ้นในปี พ.ศ. 2493 เพื่อเป็นพลังงานให้กับดาวเทียมสื่อสารนั้นไม่มีประสิทธิภาพมากนัก นับตั้งแต่วันนั้นเป็นต้นมา ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ได้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในขณะที่ต้นทุนลดลง แม้ว่าจะยังมีช่องว่างให้ปรับปรุงอีกมาก นอกจากต้นทุนที่ต่ำลงและประสิทธิภาพที่ดีขึ้นแล้ว ความก้าวหน้าในอนาคตของวัสดุโซลาร์เซลล์มีแนวโน้มที่จะนำไปสู่การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่กว้างขึ้นสำหรับการใช้งานที่แปลกใหม่และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

เซลล์แสงอาทิตย์เป็นหัวใจสำคัญของดาวเทียมสื่อสารชุดแรก เนื่องจากมีทางเลือกเพียงไม่กี่ทางเท่านั้นที่สามารถผลิตไฟฟ้าที่เชื่อถือได้เป็นเวลานาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากไม่มีการบำรุงรักษา ค่าใช้จ่ายสูงของดาวเทียมทำให้การใช้โซลาร์เซลล์ราคาแพงเป็นพลังงาน ตั้งแต่นั้นมา ต้นทุนสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ก็ลดลงอย่างมาก ส่งผลให้อุปกรณ์พกพาราคาไม่แพง เช่น เครื่องคิดเลขที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์และที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือ สำหรับการผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าทุกๆ วัตต์ที่ผลิตจากเซลล์แสงอาทิตย์ยังคงสูงกว่าทางเลือกอื่น เช่น พลังงานจากถ่านหินหรือพลังงานนิวเคลียร์ แนวโน้มโดยรวมในการลดต้นทุนสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์มีแนวโน้มที่จะดำเนินต่อไปในอนาคตอันใกล้

โซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพผลิตไฟฟ้าได้มากกว่าจากปริมาณแสงที่กำหนด เมื่อเทียบกับเซลล์ที่ไม่มีประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ รวมถึงวัสดุที่ใช้ในเซลล์สุริยะเอง กระจกที่ใช้หุ้มเซลล์ และการเดินสายไฟฟ้าของเซลล์ การปรับปรุง เช่น วัสดุที่แปลงสเปกตรัมแสงส่วนใหญ่ของดวงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้า ได้เพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์สุริยะอย่างมาก ความก้าวหน้าในอนาคตน่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้มากขึ้น ซึ่งจะทำให้พลังงานไฟฟ้าจากแสงลดลง

เซลล์แสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมเป็นวัสดุซิลิกอนแผ่นเรียบ หุ้มด้วยกระจกและยึดติดกับแผงโลหะ มันมีประสิทธิภาพ แต่ไม่ยืดหยุ่นมาก การวิจัยในปัจจุบันเกี่ยวกับวัสดุโซลาร์เซลล์ได้นำไปสู่เซลล์ที่ทาสีบนพื้นผิวที่หลากหลาย รวมถึงกระดาษและแผ่นพลาสติก อีกเทคนิคหนึ่งคือการวางแผ่นฟิล์มบางเฉียบของวัสดุลงบนกระจก ส่งผลให้หน้าต่างเปิดรับแสงและผลิตกระแสไฟฟ้า วัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีความหลากหลายมากขึ้นในอนาคตอาจนำไปสู่การทาสีบ้านด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ การปูถนน เสื้อโค้ทที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือของคุณ และการใช้งานขั้นสูงอื่นๆ

ความก้าวหน้าทางนาโนเทคโนโลยี การศึกษาคุณสมบัติของวัสดุในระดับอะตอมและโมเลกุล มีศักยภาพที่ดีในการปรับปรุงเซลล์สุริยะ ตัวอย่างเช่น ขนาดของอนุภาคขนาดเล็กมากในวัสดุโซลาร์เซลล์มีผลต่อความสามารถในการดูดซับแสงสีเฉพาะ นักวิทยาศาสตร์สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้โดยการปรับขนาดและรูปร่างของโมเลกุล วันหนึ่งนาโนเทคโนโลยีอาจนำไปสู่เครื่องพิมพ์ 3 มิติบนเดสก์ท็อปที่ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีความแม่นยำระดับอะตอมและอุปกรณ์อื่นๆ ด้วยต้นทุนที่ต่ำมาก

แม้ว่าเซลล์สุริยะจะมีคำมั่นสัญญาที่ดีในการใช้งานในอนาคต แต่ก็ยังต้องต่อสู้กับข้อจำกัดทางกายภาพบางประการ ตัวอย่างเช่น ไม่น่าเป็นไปได้ที่รถยนต์นั่งส่วนบุคคลที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดจะมีสมรรถนะหรือประโยชน์ใช้สอยเหมือนรุ่นที่ใช้แก๊สในปัจจุบันทั่วไป แม้ว่ายานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยแสงอาทิตย์จะวิ่งในการแข่งขัน แต่ส่วนใหญ่เป็นรถต้นแบบมูลค่าหลายล้านเหรียญที่มีความเชี่ยวชาญสูงซึ่งต้องการสภาพอากาศในทะเลทรายที่มีแดดจ้า ปัจจัยจำกัดคือแสงแดดที่โลกได้รับ ซึ่งมีปริมาณถึง 1,000 วัตต์ต่อเมตรภายใต้สภาวะที่เหมาะสม มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริงที่เล็กที่สุดสำหรับรถยนต์ต้องการพลังงานประมาณ 40kW; ที่ประสิทธิภาพ 40 เปอร์เซ็นต์ นี่หมายถึงแผงโซลาร์เซลล์ 100 ตารางเมตรหรือ 1,000 ตารางฟุตในพื้นที่ ในอีกทางหนึ่ง แผงโซลาร์ที่ใช้งานได้จริง สักวันหนึ่งอาจจ่ายไฟให้กับรถยนต์วิ่งอ้อมขนาดเล็กเพื่อใช้งานเป็นครั้งคราวหรือขยายระยะการขับขี่สำหรับปลั๊กอินไฮบริด พลังงานที่จำกัดในแสงแดดจำกัดประสิทธิภาพของยานพาหนะใดๆ ที่ต้องอาศัยเซลล์แสงอาทิตย์