Περιεχόμενο
Τα πρώτα φωτοβολταϊκά κύτταρα, τα οποία αναπτύχθηκαν στη δεκαετία του 1950 για την παροχή δορυφόρων επικοινωνιών, ήταν πολύ αναποτελεσματικά. Από εκείνες τις ημέρες, η αποτελεσματικότητα των ηλιακών κυττάρων έχει ανέβει σταθερά, ενώ το κόστος έχει μειωθεί, αν και υπάρχουν πολλά περιθώρια βελτίωσης. Εκτός από το χαμηλότερο κόστος και την καλύτερη απόδοση, οι μελλοντικές εξελίξεις στα φωτοβολταϊκά υλικά πιθανόν θα οδηγήσουν σε ευρύτερη χρήση της ηλιακής ενέργειας για νέες, φιλικές προς το περιβάλλον εφαρμογές.
Χαμηλότερο κόστος
Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα ήταν κλειδιά για τους πρώτους δορυφόρους επικοινωνιών, επειδή λίγες εναλλακτικές λύσεις θα μπορούσαν να παράγουν αξιόπιστη ηλεκτρική ενέργεια για μεγάλες χρονικές περιόδους, ειδικά χωρίς συντήρηση. Το υψηλό κόστος ενός δορυφόρου δικαιολογούσε τη χρήση δαπανηρών ηλιακών κυψελών για ενέργεια. Έκτοτε, το κόστος για τα ηλιακά κύτταρα μειώθηκε σημαντικά, οδηγώντας σε φθηνές κινητές συσκευές όπως ηλιακοί υπολογιστές και φορτιστές κινητών τηλεφώνων. Για την παραγωγή ηλεκτροπαραγωγής μεγάλης κλίμακας, το κόστος για κάθε ρεύμα ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από φωτοβολταϊκά παραμένει υψηλότερο από εναλλακτικές όπως η ενέργεια από άνθρακα ή πυρηνική ενέργεια. Η γενική τάση για μείωση του κόστους των ηλιακών κυττάρων είναι πιθανό να συνεχιστεί στο άμεσο μέλλον.
Υψηλότερη απόδοση
Ένα αποδοτικό ηλιακό κύτταρο παράγει περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από μια δεδομένη ποσότητα φωτός σε σύγκριση με ένα αναποτελεσματικό. Η αποδοτικότητα εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των υλικών που χρησιμοποιούνται στο ίδιο το φωτοβολταϊκό στοιχείο, το γυαλί που χρησιμοποιείται για την κάλυψη της κυψέλης και την ηλεκτρική καλωδίωση του κυττάρου. Οι βελτιώσεις, όπως τα υλικά που μετατρέπουν ένα μεγαλύτερο μέρος του φωτεινού φάσματος του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια, έχουν αυξήσει ριζικά την αποδοτικότητα των ηλιακών κυττάρων. Οι μελλοντικές εξελίξεις πιθανόν να αυξήσουν περαιτέρω την απόδοση, τραβώντας περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από το φως.
Ευέλικτες μορφές
Ένα παραδοσιακό φωτοβολταϊκό κύτταρο είναι ένα επίπεδο κομμάτι υλικού πυριτίου, καλυμμένο από γυαλί και συνδεδεμένο με ένα μεταλλικό πλαίσιο. είναι αποτελεσματικό αλλά όχι πολύ ευέλικτο. Η τρέχουσα έρευνα σε φωτοβολταϊκά υλικά έχει οδηγήσει σε κύτταρα που είναι βαμμένα πάνω σε μια ποικιλία επιφανειών, συμπεριλαμβανομένων χαρτιού και πλαστικών φύλλων. Μια άλλη τεχνική τοποθετεί ένα εξαιρετικά λεπτό φιλμ υλικού πάνω στο γυαλί, με αποτέλεσμα ένα παράθυρο που αφήνει φως και παράγει ηλεκτρισμό. Μεγαλύτερη ποικιλία σε φωτοβολταϊκά υλικά στο μέλλον μπορεί να οδηγήσει σε ηλιακό τροφοδοτημένο χρώμα σπιτιού, οδόστρωμα, ένα παλτό που επαναφορτίζει το κινητό σας τηλέφωνο και άλλες προηγμένες εφαρμογές.
Νανοτεχνολογία
Οι πρόοδοι στη νανοτεχνολογία, η μελέτη των ιδιοτήτων των υλικών σε ατομικά και μοριακά επίπεδα, έχουν μεγάλες δυνατότητες βελτίωσης των φωτοβολταϊκών κυττάρων. Για παράδειγμα, το μέγεθος των μικροσκοπικών σωματιδίων στα φωτοβολταϊκά υλικά επηρεάζει την ικανότητά τους να απορροφούν συγκεκριμένα χρώματα φωτός. με την τελειοποίηση του μεγέθους και του σχήματος των μορίων, οι επιστήμονες μπορούν να αυξήσουν την αποτελεσματικότητά τους. Η νανοτεχνολογία μπορεί επίσης μια μέρα να οδηγήσει σε μια επιφάνεια εργασίας 3D-er που παράγει ατομικά ακριβή ηλιακά κύτταρα και άλλες συσκευές με πολύ χαμηλό κόστος.
Solar Car;
Αν και τα φωτοβολταϊκά κύτταρα έχουν μεγάλη υπόσχεση σε μελλοντικές εφαρμογές, θα αντιμετωπίσουν επίσης μερικά σκληρά φυσικά όρια. Για παράδειγμα, είναι απίθανο ότι ένα επιβατικό αυτοκίνητο με πλήρη ηλιοθεραπεία θα έχει την απόδοση ή τη χρησιμότητα ενός τυπικού τρέχοντος μοντέλου που τροφοδοτείται με αέριο. Αν και τα οχήματα που κινούνται με ηλιακή ενέργεια διεξάγονται σε διαγωνισμούς, αυτά είναι κατά το πλείστον εξαιρετικά εξειδικευμένα πρωτότυπα εκατομμυρίων δολαρίων που απαιτούν ηλιόλουστες συνθήκες ερήμου. Ο περιοριστικός παράγοντας είναι το ηλιακό φως που λαμβάνει η Γη, το οποίο ανέρχεται σε 1.000 Watt ανά μέτρο υπό ιδανικές συνθήκες. Ο μικρότερος πρακτικός ηλεκτρικός κινητήρας για ένα αυτοκίνητο απαιτεί περίπου 40kW ενέργειας. με απόδοση 40 τοις εκατό, αυτό σημαίνει ένα ηλιακό πάνελ 100 τετραγωνικά μέτρα ή 1.000 τετραγωνικά πόδια στην περιοχή. Από την άλλη πλευρά, ένα πρακτικό ηλιακό πάνελ θα μπορούσε κάποια μέρα να τροφοδοτήσει ένα μικρό όχημα με κινητήρα για περιστασιακή χρήση ή να επεκτείνει την εμβέλεια οδήγησης για ένα plug-in υβρίδιο. Η περιορισμένη ενέργεια στο ηλιακό φως περιορίζει την απόδοση οποιουδήποτε οχήματος που βασίζεται σε φωτοβολταϊκά κύτταρα.