Содержание
- Как люди стали использовать энергию Солнца
- Как развивалась солнечная энергия и кто на Земле впервые применил ее?
- Первое приручение и использование энергии Солнца
- Где было первое практическое использование долговременной Солнечной энергии?
- Когда была построена первая солнечная панель?
- Прогресс в производстве энергии от солнечных батарей
- Создание солнечной батареи
Сила Солнца делает возможной жизнь на Земле. Попытки использовать солнечную энергию в концентрированной форме уже давно преследуют человечество. История солнечной энергетики не так нова, как некоторые могут подумать, поскольку эта технология существует с 19 века и получает существенную государственную поддержку по крайней мере с 1970-х годов. Несмотря на огромные суммы субсидий, солнечная энергия составляет менее 1 процента производства электроэнергии в мире.
Следя за историей этого изобретения и наблюдая за наиболее важными событиями в ее создании, мы сталкиваемся с захватывающими инновациями, сопровождающими эволюцию использования солнечной энергии и развитие солнечных панелей.
Следя за историей этого изобретения и наблюдая за наиболее важными событиями в ее создании, мы сталкиваемся с захватывающими инновациями, сопровождающими эволюцию использования солнечной энергии и развитие солнечных панелей.
Как развивалась солнечная энергия и кто на Земле впервые применил ее?
С доисторических времен первых растений и животных на Земле солнечное излучение согревало и питало все формы жизни на нашей планете. С момента превращения homo erectus в homo sapiens (первых людей), в эпоху среднего палеолита (около 200-250 тысяч лет назад), человечество на разных этапах развития имело базовые знания о силе Солнца.
Как люди совершили этот концептуальный и практический путь от базовых знаний о Солнце к многочисленным открытиям и современному использованию солнечной энергии для питания крупных заводов, просторных домов, экстравагантных жилых комплексов и великих университетов? Постоянно наблюдая за своим окружением, люди увидели, что солнечный свет дает жизнь растениям, согревает человеческое тело и освещает Землю до тех пор, пока она не исчезнет за облаками или за горизонтом.
Перовое применение на практике энергии солнца произошло ориентировочно в 7 веке до нашей эры – энтузиастами того времени был использован свет солнца для розжига огня с помощью эффекта линзы. Потом, греками и римлянами для розжига факелов был сфокусирован солнечный свет с помощью системы зеркал (эффект использовали жрецы в ритуальных целях в 3 веке до нашей эры). Этот эффект применялся и в Китае.
Первые солнечные комнаты были построены в Древнем Риме. В этих выходящих на юг помещениях располагались знаменитые римские бани, и они являются ответом на вопрос «Где впервые на практике использовалась солнечная энергия?» Солнечные лучи падали через большие окна, создавая первые солярии для отдыха, созерцания и оздоровления.
В 13 веке нашей эры предки пуэбло (индейцы анасази) жили в примитивных домах на южных склонах гор, используя солнечный свет для обогрева жилищ в суровые зимы. Это тоже ответ на вопрос о возникновении солнечной энергетики.
Затем, в конце 18 — начале 19 веков, ученые стали использовать солнечную энергию для обогрева котлов на пароходах в дальних плаваниях. Затем они научились использовать солнечную энергию для приведения в движение паровых кораблей. Это были первые инновации в долгой истории использования энергии солнца для питания привода самых разных процессов, механизмов и машин.
В 1839 году Александр Эдмонд Беккерель, 19-летний физик из Франции, открыл способ получения электричества из солнечной энергии с помощью фотогальванического эффекта. Он обнаружил, что электрический ток можно получить, фокусируя свет на электроде, погруженном в высокопроводящий раствор. Однако, несмотря на это выдающееся открытие и обширные последующие исследования и эксперименты, фотоэлектрические устройства до сих пор не способны были генерировать нужное количество электроэнергии.
После великого открытия Беккереля были сделаны другие важные прорывы и разработано множество изобретений, которые впоследствии привели к разработке современных элементов и дальнейшим изобретениям в технологии солнечных панелей, в том числе:
- 1873: Уиллоуби Смит открывает фотоэлектрические свойства селена.
- 1876: Уильям Гриллс Адамс и Ричард Эванс Дэй обнаруживают, что селен производит электрический ток под воздействием прямого солнечного света.
- 1883: Чарльз Фриттс строит первые известные солнечные элементы с использованием селеновых пластин. Фриттса считают изобретателем солнечных элементов, но первые элементы не были запатентованы до 1941 года.
- В 1888 году ученый из России по имени Александр Столетов построил ранний солнечный элемент в основу которого входил фотоэлектрический эффект, когда лучи света попадают на специальный материал и при этом высвобождаются электроны. Такой же эффект в первый раз отмечал ученый из Германии Генрих Герц. В своих изучениях Герц показал, что ультрафиолетовые лучи образовывают побольше энергии, чем видимый свет. В современных солнечных элементах используются фотоэлектрический эффект для превращения солнечного света в электроэнергию.
- 1954: Дэрил Чапин, Кэлвин Фуллер и Джеральд Пирсон строят первый кремниевый фотоэлектрический (PV) элемент в Bell Labs. Это был первый случай, когда фотогальваническая технология обеспечила достаточно энергии для работы электрического устройства в течение нескольких часов. Хотя этот элемент смог работать с КПД всего 4%, многие ученые считают его пионером современных кремниевых фотоэлектрических элементов. Некоторое время солнечные элементы использовались только для измерения интенсивности света. В 1941 году, более чем через 100 лет после открытия Беккереля, американский инженер-полупроводник и исследователь Рассел С. Оль запатентовал солнечный элемент вскоре после изобретения транзистора. Оль обнаружил, что когда фотоны (свет) направляются на некоторые металлические вещества, их поверхность испускает электроны, а когда свет падает на другие вещества, их поверхность поглощает электроны. Используя правильную комбинацию этих веществ, мы можем направить электроны на проводник для выработки электричества. Это то, что касается фотогальванического явления. Фотогальванический (ФЭ) эффект — это процесс преобразования солнечного света в непрерывный поток электронов для создания электрического тока.
А вы знали?
В 1905 году Альберт Эйнштейн стал лаурятом нобелевской премии за дальнейшее разъяснение фотоэлектрического эффекта в своей статье «Об эвристической точке зрения на производство и преобразование света» (в переводе), когда ему было всего 26 лет!
В 2016 году исследовательская группа показала новейшие свойства наноматериала, одним из которых является магнитная гиперболическая дисперсия. Этот материал излучает свет при увеличении температуры.
В сочетании с термофотоэлектрическими элементами это может генерировать электричество из тепла при отсутствии солнечных лучей.
В 1908 году изобретатели изготовили самый первый солнечный коллектор, имеющий сходство с солнечными коллекторами, широко используемыми сегодня. Мир испытал нехватку энергии во время второй мировой войны. В свою очередь, это привело к увеличению пассивных солнечных зданий в США. В конечном итоге это привело к созданию первого кремниевого фотоэлектрического элемента в 1954 году. В отличие от предыдущего использования селена, он обладал способностью генерировать достаточную мощность для работы электрического оборудования. На этом раннем этапе использования солнечная эффективность составляла всего 4%. Гораздо ниже тех 20%, которые мы наблюдаем сегодня. Однако это стало катализатором появления на рынке большего количества устройств на солнечной энергии.
Кроме того, солнечные технологии начали нагревать воду в коммерческих объектах. В этот момент солнечные элементы стали неотъемлемой частью конструкции спутников. Солнечная энергия до сих пор питает спутники.
В 1970 году все снова начало меняться. Инженеры разработали кремниевые солнечные элементы, более дешевую альтернативу. Это привело к коммерциализации солнечных батарей, что в конечном итоге сделало их пригодными для домашнего использования.
По мере того, как технология продолжала набирать обороты, широкое распространение и возможности использования солнечной энергии во многих различных приложениях становились все более осуществимыми. В очереди создание совершенно нового уровня возможностей. Солнечная энергия теперь может обеспечивать энергией автомобили и даже самолеты. Тем временем солнечные фермы стали набирать популярность благодаря возможности производить электроэнергию в больших масштабах.
В настоящее время солнечные элементы тонкие, как бумага, и их можно производить с помощью промышленных принтеров. Эти элементы могут быть преобразованы в такие продукты, как черепица или другое кровельное покрытие, что, вероятно, было бы немыслимо еще в 1883 году. Современные солнечные элементы обычно имеют КПД преобразования энергии 20 процентов, а одна полоса способна производить около 50 ватт на квадратный метр.
Стоимость солнечной энергии для жилых помещений находится на рекордно низком уровне. Затраты на установку солнечных панелей только за последнее десятилетие снизились более чем на 70 процентов. В настоящее время компании стремятся к эстетически привлекательным солнечным панелям, таким как фотоэлектрические панели для зданий, которые незаметны и встраиваются в имеющуюся черепицу и даже в керамические фасады или фасады из стекла.
