Кто изобрел первую солнечную батарею

История разработки и применения солнечных батарей

Использование альтернативных источников электрической энергии сегодня является довольно популярным. Многие люди устанавливают солнечные батареи, позволяющие отапливать помещения и нагревать воду, используя энергию Солнца. Такие устройства появились довольно давно. Об истории их создания и применения вы узнаете из настоящей статьи.

Первые разработки

Над возможностью применения солнечной энергии для своих нужд задумывались ещё древние люди. Мы можем судить о наличии попыток её использования по легендам, мифам и некоторым сохранившимся писаниям. Так, например, одна из легенд гласит, что Архимеду удалось уничтожить флот врага, используя систему зажигательных зеркал. Около трёх тысяч лет назад на территории современной Турции для отопления султанского двора использовали воду, которую подогревали с помощью энергии Солнца.

Но настоящие попытки научного исследования энергии солнца, а также её применения в быту начали появляться в восемнадцатом веке. Возникновение первых солнечных отопительных приборов произошло во Франции. Но наличие взаимосвязи между светом и электрической энергией впервые обнаружил Генрих Герц. Именно этот учёный смог установить взаимосвязь между ультрафиолетом и возникновением разряда между двумя элементами, служащими проводниками электроэнергии. Ранее подобными исследования занимался Эдмон Беккерель. Именно он при работе с электролитами обнаружил фотоэлектрический эффект. Произошло это в 1839 году. Спустя 44 года английский инженер Уиллоуби Смит выявил наличие фотопроводящих свойств у селена.

Прообраз первого фотоэлемента был создан российским учёным Александром Столетовым. Но исследования на этом не прекращались. И уже в прошлом веке известный учёный Альберт Эйнштейн представил миру такое явление, как фотоэффект. Его сущность заключается в отрывании заряженных частиц от поверхности одного вещества под воздействием иного. Впоследствии в мире стали появляться фотоэлементы на основе селена, талия, комбинации меди и талия, а также кремния. Именно последнее вещество позволило получить фотоэлементы, КПД которых был намного больше созданных ранее.

Первая солнечная батарея появилась в пятьдесят третьем году прошлого столетия. С момента открытия фотоэлектрического эффекта прошло более века прежде, чем мир увидел первый солнечный элемент.

В СССР разработками в данной сфере занимались, в частности, специалисты из Физико-технического института Академии Наук под руководством известного академика А. Ф. Иоффе. Именно его ученики в 1938 году смогли создать первый в своём роде фотоэлемент, коэффициент полезного действия которого составлял всего один процент.

Исследования в данной отрасли ведутся по сей день. В 2003 году были созданы особые фотоэлектрические модели со стационарными концентраторами. 2009 год ознаменовался, в частности, включением в список лучших изобретение патента на полупроводниковый фотоэлектрический генератор. Новым матричным элементам присущ КПД, составляющий примерно двадцать пять процентов.

Современное устройство – это особая система, состоящая из нескольких взаимосвязанных элементов. Благодаря специфической структуре, а также использованию принципа фотоэффекта, солнечные батареи обладают уникальной способностью преобразования света, исходящего от Солнца, в электрическую энергию.

Первые устройства применялись в отдалённых местностях (в частности, в селе) с целью обеспечения питания систем телефонной связи. Появились они благодаря французу – Огюсту Мушо, который в конце девятнадцатого века представил особое устройство, способное фокусировать лучи на паровом котле посредством зеркал. Оно обладало способностью приводить в действие печатную машину, которая выдавала около пятисот экземпляров газеты в течение одного часа. Прошло всего несколько лет – и в Соединённых Штатах Америки появился похожий аппарат, но его мощность составляла уже пятнадцать лошадиных сил.

В семидесятых годах прошлого века первые дешёвые солнечные батареи были выпущены с конвейера нефтяной компании Exxon Corporation. Это событие поспособствовало снижению стоимости солнечной энергии в пять раз. Если раньше один Ватт оценивался в 100 долларов США, то после этого его цена составила всего 20 долларов. Упомянутая компания начала применять солнечные батареи на буровых установках (как газовых, так и нефтяных).

В апреле 2015 года Китай сделал предложение ВИЭСХ о покупке кремниевых солнечных систем. Их стоимость в зависимости от КПД варьируется в пределах 0,28-0,32 долларов США, Безусловно, стоимость солнечной энергии в Европе на сегодняшний день гораздо выше, но она всё же не сравнима с той, что была изначально. Всего за полвека цена на солнечные модули снизилась в две с половиной тысячи раз. Например, в Китае сегодня можно приобрести инвертор мощностью в сто киловатт за семь тысяч долларов США.

Система, способная преобразовывать солнечную энергию в электричество, обязана состоять из:

  • Специального материала-полупроводника, в качестве которого может выступать моно- или поликристаллический кремний в совокупности с другими химическими элементами.
  • Тонкого слоя элемента, назначение которого заключается в создании противодействия движению электронов.
  • Источника электропитания.
  • Аккумулятора.
  • Контроллера.
  • Инвертора-преобразователя.
  • Стабилизатора напряжения.

Именно таким образом выглядит современная конструкция системы солнечных батарей.

Использование солнечных батарей в различных странах

Всего несколько таких устройств позволяют снабдить электрической энергией небольшую деревню. В тех странах, где Солнце является особенно активным, уже давно функционируют солнечные электростанции. Речь идёт об Испании и Индии, а также Саудовской Аравии и южной части Соединённых Штатов Америки.

Современные учёные уже работают над вопросом возведения солнечных электростанций за пределами атмосферы. Это позволит более эффективно использовать солнечную энергию, поскольку там она не рассеивается. Специалисты предлагают переводить излучение в микроволны и транспортировать на Землю.

Сегодня многие страны задумываются о производстве и применении солнечной энергии. Лидерство в этой отрасли принадлежит трём странам. Это Соединённые Штаты Америки, Германия и Япония. Но данное направление стремительно развивается и в Российской Федерации. Наибольшее количество установок по производству солнечной энергии на сегодняшний день построено в Краснодарском крае. Также в списке присутствуют Республика Дагестан, Ставропольский и Хабаровский край, Бурятия и Костромская область.

Производство солнечных батарей сегодня увеличивается с каждым днём. Наибольшее их количество выпускается, как это неудивительно, в Китае, где производится почти треть продукции всего мирового рынка. Большая её часть отправляется на экспорт в европейские страны, а также Соединённые Штаты Америки. В последних, к слову, потребляют больше всего солнечной энергии, а производят всего около шести процентов от общемирового количества.

В Японии и Германии производят немного меньше солнечной энергии, чем в Китае. На четвёртом месте в общемировом рейтинге находится Тайвань.

Использование солнечной энергии для бытовых нужд

Если говорить о частном домовладении, то сегодня практически каждый желающий может установить на крыше своего строения солнечные панели. Они могут служить для отопления помещений, а также подогрева воды. С помощью специалистов можно грамотно организовать такую систему и с успехом использовать её.

Также солнечные батареи начинают применять в автомобилестроении. Они являются основой столь популярного на сегодняшний день экологически безопасного транспорта. Современный автомобиль, работающий от солнечной батареи, может развивать скорость до 135 километров в час.

Солнечные батареи также используются в космонавтике, где снабжают электричеством всех систем космических станций и позволяют обеспечить бесперебойную работу всех механизмов.

Исходя из всего вышесказанного, можно заметить, что за солнечными батареями – будущее. Если вы хотите получить экономичный и экологически чистый источник электрической энергии, установите солнечную батарею.

Кто и когда создал первые солнечные батареи?

Точкой отсчета развития гелио энергетики принято считать середину 20 века. Однако вопрос «кто и когда изобрел солнечные батареи» не имеет однозначного ответа. К созданию элементов, способных преобразовывать излучение в электрический ток, приложили руку многие великие ученые прошлого. А современному многообразию сотен разновидностей солнечных панелей мы обязаны командам физиков и инженеров всего мира.

  • 1839: Явление фотогальванического эффекта

Александр Беккерель, изучавший влияние света на электролиты, в 1839 совершенно случайно обнаружил, что под воздействием излучения в растворе возникает электрическое напряжение. Французский физик в третьем поколении не был тем, кто придумал солнечные панели. Но именно этот эффект, впоследствии названный фотовольтаическим, положил начало будущей гелио индустрии.

  • 1873: Обнаружена фотопроводимость селена

Только спустя 44 года британский инженер Уиллоби Смит смог пройти путь от жидкого электролита до твердого селена. Кусочек этого материала стал первой фотоэлектрической ячейкой, которая при поглощении излучения становилась электропроводящей. На протяжении следующих трех лет эксперименты над селеном проводили физики Уилл Адамс и Рич Дэй. В 1876 они окончательно поняли, что солнечная энергия может собираться, преобразовываться и сохранятся. Правда, пока это была только теория.

Александр Беккерель, Александр Столетов, Альберт Эйнштейн

  • 1883: Первый в мире работающий фотоэлемент

По-настоящему первым из тех, кто открыл для мира солнечные батареи, стал нью-йоркский изобретатель Чарльз Фритц. Его «настольная» электростанция работала от крохотной позолоченной селеновой пластики, и обладала КПД 1,5%.

  • 1887: Объяснение природы фотоэлектрического эффекта

Далее над удивительным свойством фотонов передавать свою энергию электронам работали многие известные физики. Генриху Герцу даже удалось обнаружить, что максимальной генерации можно добиться не от видимого, а от ультрафиолетового излучения. Но только великий Альберт Эйнштейн сумел объяснить саму природу фотоэлектрического эффекта. За что позднее был справедливо удостоен Нобелевской премии.

  • 1953: Открытие полупроводниковых возможностей кремния

Более полувека после работ Эйнштейна ученым и изобретателям не удавалось повысить эффективность экспериментальных гелио установок. Причиной тому были полупроводниковые ограничения селена и необходимость использовать в элементах золото. Только в 1953 коллективу лаборатории Белла удалось найти другой, более дешевый, практичный и широко распространенный материал. Этим материалом стал кремний, и первая же система на его основе показала КПД 6%.

  • 1956: Старт коммерческого изготовления панелей

Первыми, кто создал солнечные панели современного образца и вывел их на коммерческий рынок, стала компания Western Electric. Несмотря на все еще высокую стоимость оборудования, покупатели находились. Наиболее известная приобретенная солнечная электростанция тех времен – набор гелио панелей, установленных на крыше Белого дома по указанию президента Кеннеди.

  • 1958: Фотоэлектрические элементы в космосе

Отдельную благодарность следует вынести тем, кто придумал и построил солнечные батареи для космических аппаратов. Никаким другим путем стабильно получать электроэнергию для оборудования за пределами земли на тот момент было невозможно. И сейчас не существует ни одного стационарного спутника, космической станции или корабля, которые не использовали бы фотоэлектрические преобразователи.

  • 1971 – 1979: Создание экономически выгодных панелей

Следующий толчок работе над созданием более эффективных гелио панелей принесло резкое повышение цен на нефть в 70-х годах прошлого века. Удивительно, но «спасибо» за финансирование таких разработок следует сказать крупнейшей нефтяной компании мира Exxon Corporation. Именно она оказалась той, кто открыл солнечные батареи нового поколения для потребителей, за счет падения цен за ватт мощности до $30. Вдесятеро дешевле, чем обошлась фотовольтаика для Белого дома всего десятилетием ранее.

  • 1981: Кто создатель первой солнечной электростанции башенного типа?

Следующее десятилетие стало временем появления крупных гелио станций башенного типа. Термодинамическая электростанция Solar Two в пустыне Мохава (США) начала работу в 1981, постепенно увеличивая количество зеркал до 1999 года.

Годом позже тем же концерном Arco Solar был построен калифорнийский солнечный парк, способный генерировать более 1 МВт энергии в час.

В 1983 компания запустила гигантскую ферму из сотни тысяч солнечных батарей общей мощностью 5,2 МВт.

  • 1994: Первые солнечные батареи с КПД 30%

Американская Национальная лаборатория возобновляемой энергии стала той, кто впервые придумал солнечные батареи на редкоземельных элементах вместо кремния. Сейчас они известны как CIGS, или комбинация фосфидов и арсенидов германия, индия и галлия. КПД первых же образцов составил 30%. Современные экспериментальные ячейки приближаются к показателю 45%.

  • 1995: Кто и когда изобрел интегрированные солнечные панели?

Имя этого человека – Томас Фалуджи. Патент на гелио батареи, интегрированные в специальные выдвигающиеся навесы, был подан в 1995. Сегодня интеграцией фотовольтаики в любые конструкции и предметы никого не удивишь. Она присутствует в черепице для домов Илона Маска, автомобильных трейлерах, китайских копеечных фонарях и даже одежде.

  • 2015: Фотоэлектрические пленки, напечатанные на принтере

Первые промышленные образцы были представлены в 2015 году. И сегодня все, кто создает солнечные батареи ближайшего будущего, ориентируются на тонкопленочные технологии. Панели третьего поколения не толще бумаги, печатаются на 3D-принтерах и уже сейчас достигают эффективности более 20%. Они дешевы, экологически безопасны, универсальны, могут быстро изготавливаться целыми рулонами, и со временем могут полностью заменить тяжелые и дорогостоящие кремниевые модули.

Как работают солнечные батареи

Cолнце есть и будет всегда! Возможно, это слишком смелое заявление, но это действительно так. По крайней мере, с точки зрения человечества. Пусть оно и взорвется через сколько-то там миллионов лет, но к тому времени мы уже покинем эту планету или сами, или в виде кучки пепла, которую развеет в космосе очередной огромный камень, налетевший на наш голубой шарик. Именно из-за такой стабильности Солнца его можно и нужно использовать для получения энергии. Люди уже давно научились это делать и сейчас продолжают совершенствовать технологии солнечной энергетики. Но как же работают солнечные панели, батареи и вообще, как можно превратить свет в электричество внутри розетки?

Солнечные панели позволяют сделать электричество чуть ли не бесплатным.

Когда появились солнечные батареи

Солнечные батареи были изобретены достаточно давно. Впервые эффект преобразования света в электричество был обнаружен Александром Эдмоном Беккерелем в 1842 году. Для создания первых прототипов потребовалось почти сто лет.

В 1948 году, а именно 25 марта, итальянский фотохимик Джакомо Луиджи Чемичан смог сделать то, что мы теперь используем и развиваем. Спустя 10 лет в 1958 году технология впервые была опробована в космосе в качестве элемента питания американского спутника, названного ”Авангард-1”. Спутник был запущен 17 марта, а уже 15 мая того же года это достижение повторили в СССР (аппарат ”Спутник-3”). То есть технологи начала массово применяться в разных странах почти одновременно.

Использование солнечных панелей в космосе — обычная практика.

Подобные конструкции применяются в космосе до сих пор, как важный источник энергии. А еще их используют на Земле для обеспечения энергией домов и даже целых городов. А еще их начали встраивать в гражданские электромобили для обеспечения большей автономности.

Вообще, важность подобных элементов невозможно переоценить. Только так можно добиться получения энергии в любой точке планеты. Гидроэнергетика, атомные станции, ветряки и тому подобные системы могут быть размещены только в определенных местах, стоят очень дорого или требуют соответствующей инфраструктуры. И только солнечные панели позволяют построить дом в пустыне и электрифицировать его. За относительно небольшие деньги. На «ветряк» их точно не хватит.

Как работают солнечные панели

Стоит немного уточнить, что понятие ”солнечная батарея” не очень правильное. Точнее правильное, но не имеющее отношение к тем системам питания, о которых мы говорим. Батарея там обычная, но получает энергию от солнечных панелей, которые преобразуют в электричество свет солнца.

В основе солнечной панели лежат фотоэлектрические ячейки, которые помещены внутрь общей рамы. Для создания таких ячеек чаще всего используется кремний, но возможно использование и других полупроводников.

Энергия вырабатывается в тот момент, когда на полупроводник попадают солнечные лучи и нагревают его. В результате этого внутри полупроводника высвобождаются электроны. Под действием электрического поля электроны начинают двигаться более упорядоченно, что и приводит к появлению электрического тока.

Примерно так выглядит солнечная панель.

Для того, чтобы получить электричество, надо подключить контакты к обеим сторонам фотоэлемента. В результате этого он начнет питать электричеством подключенный потребитель или просто заряжать батарею, которая потом будет отдавать электричество в сеть, когда это понадобится.

Основной упор на кремний делается из-за его кристаллических особенностей. Впрочем, в чистом виде кремний сам по себе является плохим проводником и для изменения свойств к нему делается крайне малое количество примесей, которые улучшают его проводимость. В основном в число примесей входит фосфор.

Как полупроводники вырабатывают электричество?

Полупроводник является материалом, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо их не хватает (p-тип). То есть полупроводник состоит из двух слоев с разной проводимостью.

В качестве катода в такой схеме используется n-слой. Анодом является p-слой. То есть электроны из первого слоя могут переходить во второй. Переход происходит за счет выбивания электронов фотонами света. Один фотон выбивает один электрон. После этого они, проходя через аккумулятор, попадают обратно в n-слой и все идет по кругу.

Когда энергия выработана, все начинается по кругу, а свет всегда горит.

В современных солнечных панелях в качестве полупроводника используется кремний, а начиналось все с селена. Селен показал крайне низкий КПД — не более одного процента — и ему сразу стали искать замену. Сейчас кремний в целом удовлетворяет требования промышленности, но есть у него и один существенный минус.

Обработка и очистка кремния для приведения его к тому виду, в котором его можно будет использовать, является достаточно затратной процедурой. Чтобы снизить стоимость производства, проводят эксперименты с его альтернативами — медью, индием, галием и кадмием.

Эффективность солнечных панелей

Есть у кремния еще один минус, который не так существенен, как стоимость, но с которым тоже надо бороться. Дело в том, что кремний очень сильно отражает свет и из-за этого элемент вырабатывает меньше электричества.

Даже повесив столько панелей, все равно надо обеспечивать их нормальную работу. В том числе бороться с отражением света.

Для того, чтобы уменьшить такие потери, фотоэлементы покрывают специальным антибликовым покрытием. Кроме такого слоя, надо использовать и защитный слой, который позволит элементу быть более долговечным и противостоять не только дождю и пыли, но даже падающим веткам небольшого размера. При установке на крыше дома это очень актуально.

Солнце -сила! Ее надо использовать!

Несмотря на общую удовлетворенность технологией и постоянную борьбу за улучшение показателей, современным солнечным панелям все равно есть куда стремиться. На данный момент массово производятся панели, которые перерабатывают до 20 процентов попадающего на них света. Но есть и более современные панели, которые пока ”доводятся до ума” — они могут перерабатывать до 40 процентов света.

А вообще, солнечная энергетика это круто! И помните, даже при таком «пАлящем» солнце система будет работать.

История фотовольтаики и создания солнечных батарей

Фотовольтаика – это прямое преобразование световой энергии солнца в энергию электрическую. История солнечных батарей берет начало в первой половине XIX века, когда в 1839 году было открыто лежащее в ее основе явление фотоэлектрического эффекта. Но тем не менее с тех пор прошло более ста лет, прежде чем произошло первое преобразование энергии света в электричество.

Открытие

Впервые с фотоэлектрическим эффектом столкнулся в 1839 году французский физик Александр Эдмон Беккерель. Он проводил эксперименты с электролитическими элементами, используя платину в качестве электродов – анода и катода.


Александр Эдмон Беккерель (1820–1891)

Измеряя при этом ток, протекающий между электродами, ученый заметил, что при свете его величина незначительно возрастает по сравнению с величиной тока в темноте. Так было открыто явление фотоэлектрического эффекта. Но, хотя открытие и состоялось, практическое применение ему было найдено только через несколько поколений.

Фундаментальные исследования

В 1873 году английский инженер-электрик Смит Уиллоуби, проводя опыты по определению проводимости селена, обнаружил, что при освещении этот проводник изменяет сопротивление. Открытие повлекло за собой целый ряд серьезных исследований по этой тематике.


Смит Уиллоуби (1828-1891)

В 1876 году Уильям Гриллс Адамс вместе со своим учеником Рихардом Эвансом Дэем обнаружили, что селен способен сам вырабатывать электричество, если его осветить достаточно мощным источником света. И хотя селен не пригоден к тому, чтобы вырабатывать электричество достаточной мощности, это исследование показало, что можно получать электроэнергию непосредственно из твердых материалов, без использования тепловой или механической энергии.

В 1883 году житель Нью-Йорка Чарльз Фриц создал первый в мире модуль из селеновых элементов. Этот модуль стал предшественником современных модулей фотовольтаики. Однако все фундаментальные работы по исследованию фотоэлектрического эффекта вызывали у многих ученых того времени большое сомнение в серьезности и перспективности этого открытия.

В 1884 году Юлий Элстер совместно с Гансом Фридрихом Гайтелем представили большую монографию, посвященную исследованию фотоэффекта. В 1887 году немецкий физик Генрих Рудольф Герц открыл новые свойства элементов, которые он назвал «внешний фотоэффект».


Генрих Рудольф Герц (1857–1894)

Тщательное исследование этого явления он поручил своему ученику Вильгельму Людвигу Францу Гальваксу. В том же году независимо от Гальвакса итальянский физик Риги Аугусто проводит аналогичные исследования, результаты которых практически совпали с результатами Гальвакса.

С 1888 по 1891 год исследованием внешнего фотоэффекта вплотную занимался выдающийся русский ученый Александр Григорьевич Столетов. На основании своих исследований он создал первый в мире фотоэлемент, в основу действия которого был положен внешний фотоэффект. Изучая зависимость силы тока от интенсивности излучения, попадающего на фотокатод, Столетов вывел первый закон фотоэффекта, который получил имя ученого – закон Столетова.


Александр Григорьевич Столетов (1839 – 1896)

Совместно с Гальваксом в 1889 году было открыто явление старения фотоэлементов – так называемое фотоэлектрическое утомление. Являясь основоположником количественных методов исследования, Столетов дал последующим поколениям ученых мощный инструмент для изучения и углубленного исследования фотоэффекта.

Этим инструментом успешно пользовались в дальнейших исследованиях лауреаты Нобелевской премии – немецкий физик Филипп Эдуард Антон Ленард и английский физик Джозеф Джон Томсон. В 1907 году Альберт Эйнштейн разработал теоретическое обоснование фотоэлектрического эффекта. За эту работу Эйнштейну в 1921 году была присуждена Нобелевская премия по физике.


Альберт Эйнштейн (1879 – 1955)

В 1912 – 1916 годах американский физик Роберт Эндрюс Милликен сумел экспериментально подтвердить теорию Эйнштейна. За это и ряд других работ, связанных с измерением заряда электрона, в 1923 году был удостоен Нобелевской премии по физике.

Следующий важный и логический шаг в развитие полупроводниковой техники и фотовольтаики был сделан в 1916 году польским ученым Яном Чохральским, который открыл процессы кристаллообразования, названные впоследствии его именем.


Ян Чохральский (1885 – 1953)

Дальнейшее развитие его работы получили в сороковые годы ХХ века, а в пятидесятые годы резко возросли потребности в полупроводниковых элементах, которые стали широко применяться в различных сферах техники и радиоэлектроники.

Фотоэлементы

В 1934 году проводились исследования с тонкой пленкой оксида меди, которая наносилась на медный анод в качестве полупроводника. Катод в этой электрической цепи также был покрыт полупрозрачной медной пленкой. Работая с такой схемой преобразования энергии света в энергию электрическую, ученые рассчитали, что при горизонтальном расположении пластин в перспективе можно получить мощность порядка 26 ватт на один квадратный метр.

В 1940 году Рассел Ол, сотрудник лаборатории Белла, проводил опыты с образцами на кремниевой основе и имеющих различные химические составы. Один образец при охлаждении дал трещину. Его распилили и проводили опыты по уже нерегламентированной программе. И вот здесь Рассел Ол неожиданно обнаружил, что если образец осветить, то электроизмерительные приборы, подключенные в цепь, показывают изменения тока и напряжения. Дальнейшие работы с кремнием уже носили целенаправленный характер. При исследовании кремниевых образцов с различными присадками были выведены общие закономерности, которые в конечном итоге привели к открытию p-n перехода в полупроводниках.

В 1948 году была разработана первая концепция полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей на диодах Шоттки. В 1950 году Уильям Брэдфорд Шокли разработал теоретическую модель p-n перехода, создав тем самым базу для разработки современных солнечных батарей. За эту работу в 1956 году Уильяму Шокли была присуждена Нобелевская премия по физике.


Уильям Шокли (1910 – 1989)

В те годы лаборатория Белла в Нью Джерси была одним из самых лучших научно-исследовательских центров в мире. В 1953 году ученые этой лаборатории Дэрил Чапин, Кэлвин Фуллер и Джеральд Пирсон изготовили первые в мире кристаллические кремниевые солнечные элементы. Каждый из этих элементов имел площадь активной поверхности около двух квадратных сантиметров.

Эффективность самых первых фотоэлементов была всего 4%. Вдохновленные полученными результатами ученые продолжали работу над своим творением, и уже вскоре были получены элементы с эффективностью 6%.


Кэлвин Фуллер (1902 – 1994), Джеральд Пирсон (1905 – 1987), Дэрил Чапин (1906 – 1995)

25 апреля 1954 года газета «Нью-Йорк Таймс» на первой полосе поместила материал о сенсационном достижении ученых. Через некоторое время была достигнута эффективность 11%, и в 1955 году эти элементы были применены в качестве источника питания для телефонных усилителей. Совершенствовалась технология изготовления фотоэлементов, и вот уже в 1958 году в США, а через два месяца в СССР на орбиту вокруг Земли выводятся спутники, аппаратура которых частично питается от солнечных батарей.

Солнечная энергетика с тех пор сделала не один, а много качественных скачков. Сейчас очень трудно найти такую отрасль, где не используются солнечные батареи. От космических станций и мощнейших, в сотни мегаватт электростанций до наручных часов и детских игрушек. Освещение улиц, электроснабжение домов, сельскохозяйственных ферм, электромобили, велосипеды, яхты, самолеты на солнечных батареях – это уже не фантастика, а наша действительность.

История развития солнечной энергетики

Январь 2018

Лондонский профессор Уильям Гриллс Адамс и его ученик Ричард Эванс Дей наблюдали фотогальванический эффект при воздействии света на селен. Конечно, они не смогли получить количество электроэнергии для работы какого-либо оборудования, но таким образом они доказали возможность выработки электроэнергии твердыми элементами под воздействием солнца. Так возникла идея создания фотогальванической ячейки.

Американский изобретатель Чарльз Фриттс создает первую рабочую фотогальваническую ячейку на основе селена. Он покрыл селеновую основу тонким слоем золота. Этот первый функционирующий солнечный элемент имел КПД всего 1%. Первые в мире солнечные батареи на базе этих элементов были установлены на крыше одного из зданий в Нью-Йорке в 1884 году. Но высокая стоимость таких фотогальванических ячеек препятствовала широкомасштабному внедрению эти солнечных батарей.

Применение концентрации солнечного света использовалось довольно давно и долгое время. Но чисто фотоэлектрическая, солнечная энергетика родилась, только когда ученые из Bell Labs кремниевую фотовольтаическую ячейку. Ученые Bell Labs Дэрил Чапин, Кальвин Фуллер и Джеральд Пирсон добились 6% -ной эффективности с этой первой кремниевой ячейкой, и вскоре ранние солнечные панели были использованы для питания спутников, вращающихся вокруг Земли. В 1958 году Vanguard I был запущен с шестью солнечными батареями мощностью около 1 Вт.

Исследовательские лаборатории по всем миру продолжают улучшать эффективность фотовольтаических ячеек, но коммерциализация идет очень медленно. Однако, в 1963 году Sharp успешно начинает промышленное производство солнечных батарей, что позволяет расширить доступность солнечных батарей для обычных потребителей, а не только для космической области.

Нефтяной кризис 1973 года заставляет людей вкладывать деньги в исследования солнечной энергии. Доктор Эллиот Берман, финансируемый корпорацией Exxon, разрабатывает более дешевую солнечную панель, цена которой снижается со 100 долларов за ватт до 20. Берман обнаружил, что использование в производстве солнечных батарей поликристаллов обходится гораздо дешевле, чем монокристаллов. Однако, при этом страдает и эффективность. Даже сейчас поликристаллические солнечные батареи дешевле, но и менее эффективны, чем монокристаллические.

В 1974 году была создана Ассоциация солнечной энергетики (SEIA), работающая над разработкой, внедрением и продвижением солнечной энергетики с США. Основной задачей организации являлось создание единой, и прибыльной промышленной отрасли.

Министерство энергетики США открывает Исследовательский институт солнечной энергии, который позже становится известным, как Национальная лаборатория возобновляемой энергетики (NREL). Лаборатория получает ежегодное финансирование от конгресса США, используемое в проектах и разработках.

ARCO Solar становится первой компанией, производящей 1 мегаватт солнечных панелей в год. Два года спустя в Калифорнии компания реализовала первый проект солнечной электростанции мощностью 1 мегаватт. В дальнейшем, после серии слияний и поглощений, ARCO становится корпорацией SolarWorld.

ARCO Solar выпускает первый коммерческий тонкопленочный солнечный модуль (из аморфного кремния). Шесть лет спустя Университет Южной Флориды достигает эффективности тонкопленочных солнечных модулей в 15,9%, используя в модулях теллурид кадмия (на сегодняшний день достигнут показатель 22%).

Pacific Gas & Electric становится первой американской компанией, обеспечивающей поддержку централизованной энергосети, за счет солнечной энергии, вырабатываемой на солнечной электростанции 500 кВт в Кермане, Калифорния.

Изобретатель и ученый Субенду Гуха изобретает первый гибкий тонкопленочный фотоэлектрический модуль, который он назвал «дранкой», который можно использовать в строительстве зданий с интегрированными системами солнечной генерации.

Генерация всех солнечных электростанций в мире переваливает за 1 гигаватт. Только США достигают генерации 1ГВт в 2008 году, и превышают показатель в 25 ГВт в 2015 году.
Компания First Solar открывает крупнейшую в мире фабрику по производству солнечных батарей мощностью 100 МВт в год, до 2005 года мощность производства не превышала 25 МВт.

BP и BP Solar открывают первую заправочную станцию BP Connect в Индианаполисе, использующую полупрозрачные гибкие солнечные модули в качестве крыши и навесов.

Компания Powerlight (которая была в 2006 году приобретена SunPower) устанавливает на крыше тюрьмы Санта-Рита в Дублине, Калифорния, солнечную электростанцию мощностью 1,18 МВт, крупнейшую в США, и четвертую в мире. По расчетам, электростанция должна обеспечить до 30% потребностей тюрьмы в электроэнергии.

Североамериканский совет энергетиков (NABCEP) создал некоммерческую организацию для поддержки программ сертификации и сертификации солнечной энергии. Первый экзамен на соответствие «NABCEP Solar PV Installation Professional» был проведен в следующем году.

Первая конференция и выставка по солнечной энергетике (названная позднее Solar Power International) была проведена в Сан-Франциско.

Компания Nanosolar начинает продажу первых коммерческих тонкопленочных модулей CIGS. В то время это была самая дешевая солнечная панель в мире, ее стоимость составляла 99 центов за 1 ватт.

Компания Enphase выпускает первый коммерческий солнечный сетевой микроинвертер.

Популярность солнечных панелей Zep Solar, основанная на особой инновационной системе крепления солнечных батарей, приводит к тому, что SolarCity покупает компанию Zep Solar в 2013 году.

Департамент энергетики, стараясь повысить конкурентоспособность солнечной энергетики к 2020 году, устанавливает «зеленый тариф» на генерируемую и отдаваемую в центральную сеть, энергию. 10 центов за 1 кВтч для домохозяйств, 8 центов за 1 кВтч для коммерческих зданий, и 6 центов для сетевых солнечных электростанций.

Рынок установок «домашних» солнечных электростанций в США достигает 2 ГВт в год. Общий объем рынка солнечных электростанций превышает 20 ГВт.

Google запускает проект Project Sunroof, использующий спутниковые снимки для анализа и принятия решений по размещению солнечных панелей на крышах (в пределах США).

В апреле 2016 года установлен миллионный массив солнечных панелей в США. К 2018 этот объем должен удвоиться.

Генерация солнечных электростанций в США достигла 14,625 МВт в год, что на 95% превысило показатель 2015 года в 7,493 МВт. В 2016 году каждый следующий мегаватт солнечной энергии подключался к сети каждые 36 минут.

В этом году стоимость солнечных панелей падает до рекордно-низкого уровня. Общая стоимость систем для жилых зданий снижается до 2,8 $ за 1 Вт.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий