|
História Econômica da Fotocélula Katy Ashe Enviado como curso
de Física 240 ,
Universidade de Stanford, outono de 2010
A tecnologia de conversão de energia solar, se viável, poderia
revolucionar completamente o setor de energia em todo o mundo. A
quantidade de energia solar que atinge a Terra em uma hora é mais do que suficiente
para atender à demanda solar da população global por um ano inteiro. [1]
São fatos como esse que tornam o aprimoramento dessa tecnologia tão
atraente. O potencial é incrível, mas existem muitas barreiras que
impedem as células solares fotovoltaicas de contribuir como uma importante
fonte de geração de eletricidade global. As células solares
fotovoltaicas existem desde 1954 e esta tecnologia mudou drasticamente ao
longo do tempo. [2] À medida que a eficiência da coleta de energia aumentou
e os custos de fabricação diminuíram, essa tecnologia encontrou nichos
diferentes nas últimas décadas. [2] À medida que o mundo busca fontes de
geração de eletricidade neutras em carbono, seria bom ter a energia solar
como parte da solução por causa da grande e amplamente acessível fonte de
energia solar. No entanto, para que a energia solar se torne a principal
fonte de energia elétrica mundial, ela deve ser capturada, convertida e
armazenada de maneira mais econômica. [3] Uma rápida história da energia solar
fotovoltaica Em 1954, a tecnologia fotovoltaica foi criada por Daryl Chapin, Calvin Fuller e Gerald Pearson no Bell Labs nos Estados Unidos. [2] Esta célula original
tinha uma eficiência de 4%, mas este mesmo estilo de célula solar de silício
alcançou posteriormente uma eficiência de 11%. [2] A tecnologia solar
foi utilizada em seus primeiros anos como uma fonte de eletricidade para
pequenos suprimentos de escritório que exigiam apenas pequenas quantidades de
eletricidade. [2] Ainda assim, na maior parte, a tentativa de
comercializar células solares nas décadas de 1950 e 60 foi um
fracasso. [2] Eles eram muito caros e ineficientes para fornecer muita
praticidade para a maioria das aplicações domésticas. No entanto, em
1958, os satélites Vanguard I, Explorer III, Vanguard II e Sputnik-3 foram todos lançados com células
fotovoltaicas a bordo como fonte de energia. [2] As células solares
fotovoltaicas ainda são a fonte de energia aceita para satélites
hoje. [2] Então, na década de 1970, o Dr. Elliot Berman, da Exxon Corporation,
projetou uma célula solar que podia produzir eletricidade a US $ 20 por watt,
contra a taxa anterior de US $ 100 por watt. [2] De repente, a
tecnologia solar se tornou prática para outras tecnologias além dos
satélites. As células fotovoltaicas começaram a alimentar luzes de
advertência de navegação, buzinas em plataformas de petróleo offshore,
faróis, cruzamentos de ferrovias e muitas pequenas aplicações
domésticas. [2] A energia fotovoltaica tornou-se presente em residências
onde a conexão à rede elétrica tradicional não era acessível. Em 1982, a primeira usina fotovoltaica megawatt foi inaugurada em Hisperia, Califórnia. [2] O impulso para criar
energia fotovoltaica em todo o mundo nos últimos trinta anos tem se
concentrado cada vez mais na integração doméstica. Em 1993, a Pacific Gas and Electric deu início ao
primeiro sistema fotovoltaico suportado pela rede. [2] Esta foi apenas
uma das muitas tentativas de experimentar a geração de eletricidade solar
como um conceito convencional. Na década de 2000, muitas empresas
começaram a se concentrar na fabricação em grande escala de painéis solares
para reduzir custos. [2] No entanto, apesar dos melhores esforços da
indústria, essa tecnologia ainda não é um sucesso dominante. Ao longo
das últimas décadas, a eficiência das células fotovoltaicas aumentou muito,
mas a integração doméstica dessa tecnologia não se tornou viável em grande
escala. A futura viabilidade da energia
fotovoltaica Por que essa tecnologia não é viável atualmente? A tecnologia
existente para eficiência de sistemas solares fotovoltaicos ultrapassou o
limite de eficiência previsto com o limite de eficiência de Shockley-Queisser. [3] A ciência por trás da criação de
painéis solares eficientes é excelente neste momento, então o principal
problema com a viabilidade dessa tecnologia é o custo. O futuro dessa
tecnologia depende de desenvolvimentos de baixo custo na fabricação de
captura, conversão e armazenamento de luz solar. [3] Os módulos
fotovoltaicos que atualmente são enviados e usados internamente
têm uma eficiência de aproximadamente 20% e custam cerca de US $ 300 por
metro quadrado. [3] Observe como a eficiência deste sistema é
significativamente menor do que a tecnologia mais eficiente que existe
atualmente. Isso ocorre porque é significativamente mais barato produzir
painéis solares com essa eficiência mais baixa, o que reitera que o preço de
fabricação, e não a eficiência, dos painéis solares é o fator limitante para o
crescimento dessa tecnologia. [3] Para recuperar o investimento de
capital inicial para um painel solar com esta eficiência ao longo da vida, os
custos de geração de energia devem ser de $ 0,25 a $ 0,30 por
quilowatt-hora. [3] Infelizmente, o custo atual da eletricidade das
concessionárias está em torno de $ 0,03 a $ 0,05. [3] 30 por
quilowatt-hora. [3] Infelizmente, o custo atual da eletricidade das
concessionárias está em torno de $ 0,03 a $ 0,05. [3] 30 por
quilowatt-hora. [3] Infelizmente, o custo atual da eletricidade das
concessionárias está em torno de $ 0,03 a $ 0,05. [3] A razão pela qual a pureza é a principal restrição para tecnologias de
fabricação está na restrição de custo-espessura-pureza de uma célula
solar. [3] À medida que uma célula solar se torna mais espessa, somos
capazes de coletar mais luz solar incidente. [3] No entanto, com uma
camada mais espessa, é necessária uma maior pureza do material. Isso
ocorre porque as impurezas reduzem a vida útil dos portadores de carga fotoexcitados. [3] Assim, com um material impuro, a
camada precisa ser mais fina para que uma carga seja transmitida à junção
elétrica, mas a camada mais fina permitirá menos coleta de luz solar
incidente. [4] A fim de reduzir o custo de produção de módulos
fotovoltaicos, a relação custo-espessura-pureza precisa ser melhorada e
maximizada. © Katy Ashe. O autor concede permissão
para copiar, distribuir e exibir este trabalho de forma inalterada, com
atribuição ao autor, apenas para fins não comerciais. Todos os outros
direitos, incluindo direitos comerciais, são reservados ao autor. Referências [1] J. Goldemberg e TB Johansson, eds., " Avaliação da Energia
Mundial: Visão Geral - Atualização de 2004 ," Programa de
Desenvolvimento das Nações Unidas, 2004. [2] " The History of Solar ", US Deopartment of Energy, 2004. [3] NS Lewis, "Toward Cost-Effective Solar Energy Use," Science 315 , 798 (2007). [4] KWJ Barnham e G. Duggan,
"A New Approach to High-Efficiency
Multi-Band-Gap Solar Cells",
J. Appl. Phys. 67 , 3490 (1990) |
