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Die ersten Photovoltaikzellen, die in den 1950er Jahren zur Stromversorgung von Kommunikationssatelliten entwickelt wurden, waren sehr ineffizient. Seitdem ist der Wirkungsgrad von Solarzellen stetig gestiegen, während die Kosten gesunken sind, obwohl noch viel Raum für Verbesserungen besteht. Neben geringeren Kosten und einer besseren Effizienz werden zukünftige Fortschritte bei Photovoltaik-Materialien wahrscheinlich zu einer breiteren Nutzung von Solarstrom für neuartige, umweltfreundliche Anwendungen führen.
Niedrigere Kosten
Photovoltaikzellen waren der Schlüssel zu den ersten Kommunikationssatelliten, da nur wenige Alternativen über einen langen Zeitraum hinweg zuverlässigen Strom produzieren konnten, insbesondere ohne Wartung. Die hohen Kosten eines Satelliten rechtfertigten die Verwendung teurer Solarzellen für die Stromversorgung. Seitdem sind die Kosten für Solarzellen erheblich gesunken, was zu kostengünstigen Mobilgeräten wie solarbetriebenen Taschenrechnern und Handyladegeräten geführt hat. Bei der großtechnischen Stromerzeugung bleiben die Kosten für jedes Watt Strom aus Photovoltaik höher als bei Alternativen wie Kohle- oder Kernenergie. Der allgemeine Trend zu sinkenden Kosten für Solarzellen dürfte sich auf absehbare Zeit fortsetzen.
Höhere Effizienz
Eine effiziente Solarzelle erzeugt aus einer bestimmten Lichtmenge mehr Strom als eine ineffiziente. Die Effizienz hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Materialien, die in der Photovoltaikzelle selbst verwendet werden, des Glases, mit dem die Zelle abgedeckt wird, und der elektrischen Verkabelung der Zelle. Verbesserungen, wie z. B. Materialien, die einen größeren Teil des Lichtspektrums der Sonne in Elektrizität umwandeln, haben den Wirkungsgrad von Solarzellen drastisch erhöht. Zukünftige Fortschritte werden wahrscheinlich die Effizienz weiter steigern und mehr elektrische Energie aus dem Licht herausholen.
Flexible Formate
Eine herkömmliche Photovoltaikzelle ist ein flaches Stück Siliziummaterial, das mit Glas bedeckt und mit einer Metallplatte verbunden ist. es ist effektiv, aber nicht sehr flexibel. Aktuelle Forschungen in Bezug auf Photovoltaik-Materialien haben dazu geführt, dass Zellen auf eine Vielzahl von Oberflächen, einschließlich Papier und Plastikfolien, gestrichen werden. Eine andere Technik bringt einen ultradünnen Materialfilm auf Glas auf, wodurch ein Fenster entsteht, das Licht hereinlässt und Strom erzeugt. Eine größere Vielfalt an Photovoltaik-Materialien in der Zukunft kann zu solarbetriebener Hausfarbe, Straßenpflaster, einem Mantel zum Aufladen Ihres Mobiltelefons und anderen fortschrittlichen Anwendungen führen.
Nanotechnologie
Fortschritte in der Nanotechnologie, die Untersuchung von Materialeigenschaften auf atomarer und molekularer Ebene, bieten ein großes Potenzial für die Verbesserung von Photovoltaikzellen. Beispielsweise beeinflusst die Größe mikroskopischer Partikel in Photovoltaikmaterialien deren Fähigkeit, bestimmte Lichtfarben zu absorbieren. Durch die Feinabstimmung der Größe und Form von Molekülen können Wissenschaftler ihre Effizienz steigern. Die Nanotechnologie könnte eines Tages auch zu einem 3D-Desktop führen, der atomgenau Solarzellen und andere Geräte zu sehr geringen Kosten produziert.
Solar Auto?
Obwohl Photovoltaikzellen in zukünftigen Anwendungen vielversprechend sind, werden sie auch mit einigen harten physikalischen Grenzen konfrontiert sein. Beispielsweise ist es unwahrscheinlich, dass ein vollständig sonnengetriebener Personenkraftwagen die Leistung oder den Nutzen eines typischen aktuellen gasbetriebenen Modells hat. Obwohl sonnengetriebene Fahrzeuge an Wettbewerben teilgenommen haben, handelt es sich bei diesen zum größten Teil um hochspezialisierte Millionen-Dollar-Prototypen, die sonnige Wüstenbedingungen erfordern. Der limitierende Faktor ist das Sonnenlicht, das die Erde empfängt und das unter idealen Bedingungen 1.000 Watt pro Meter beträgt. Der kleinste praktische Elektromotor für ein Auto benötigt ungefähr 40 kW Energie; Bei einem Wirkungsgrad von 40 Prozent bedeutet dies eine Fläche von 100 Quadratmetern oder 1.000 Quadratfuß. Andererseits könnte ein praktisches Solarpanel eines Tages ein kleines Runabout-Fahrzeug für den gelegentlichen Gebrauch antreiben oder die Reichweite für einen Plug-in-Hybrid verlängern. Die begrenzte Energie im Sonnenlicht schränkt die Leistung jedes Fahrzeugs ein, das auf Photovoltaikzellen angewiesen ist.