1839: Начало истории
В 1839 году Александр Эдмон Беккерель 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
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.
Solar-news есть везде: Яндекс.Дзен | Telegram | Вконтакте | YouTube | Подкасты
В 1877 физики Уилл Адамс и Рич Дэй, проводили с селеном ряд экспериментов, результаты которых были опубликованы в научной статье «The action of light on selenium». Описанные эксперименты показывают, что направляемый на соединение селена и платины свет вызывает фотогальванический эффект. В работе содержались доказательства, что ультракрасные или ультрафиолетовые лучи имеют небольшой эффект или не действуют вовсе, а также что интенсивность действия зависит от освещающей силы света. Фактически, именно в этой работе впервые описана возможность получать электричество из солнечного света, что и привело к созданию современной солнечной батареи.
1883: Создание первой солнечной панели
Американский изобретатель Чарльз Фриттс создает первую в мире солнечную панель. Селеновая пластина, покрытая тонким слоем золота, была установлена в 1884 году на крыше одного из домов Нью-Йорка.
Солнечная панель, созданная Фриттсем имела электрический КПД преобразования всего около 1%. Учитывая высокую стоимость материалов, использовать такую панель для электроснабжения было невыгодно. Тем не менее селеновые элементы нашли и другие применения, например, в качестве датчиков света для определения времени экспозиции в фотокамерах, где они были широко распространены вплоть до 1960-х годов.
1887: Открытие фотоэлектрического эффекта
Немецкий физик Генрих Герц наблюдал интересную закономерность. Он заметил, что если на цинковые разрядники направить поток ультрафиолетового излучения, то прохождение искры облегчается. Позднее было показано, что энергия вылетающего с поверхности электрона строго зависит от частоты поступающего излучения, в то время как от интенсивности облучения не зависит. Генриху Герцу даже удалось обнаружить, что максимальной генерации можно добиться не от видимого, а от ультрафиолетового излучения.
В этот же год исследователь Джеймс Мозер сообщает, что о фотоэлектрохимической ячейке, чувствительность которой увеличена с помощью красителя.
1888: Первый патент на производство солнечной панели
Эдвард Вестон, американский химик, изобретатель и предприниматель британского происхождения, основывает Weston Electrical Instrument Corporation. Сразу после основания компании, в числе других, он получает сразу два патента: Art of utilizing solar radiant energy и Apparatus for utilizing solar radiant energy. Именно они становятся первыми в истории патентами в области солнечной энергетики.
Первые патенты солнечной энергетики: «Искусство использования солнечной лучистой энергии» и «Устройство для использования солнечной лучистой энергии»
1891: Открытие внешнего фотоэффекта
Русский физик А. Г. Столетов, сделал несколько интересных открытий и сформулировал первый закон внешнего фотоэффекта. Столетову удалось создать первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте.
Благодаря созданному устройству ему удалось сделать ряд фундаментальных открытий. Ученый стал основоположником количественных методов исследования фотоэффекта и автором метода фотоэлектрического контроля интенсивности света.
Кроме того, именно Столетов открыл явление понижения чувствительности фотоэлемента со временем, рассмотрел инерционность фототока и оценил его запаздывание в 0,001 с.
1904: Первый солнечный электрогенератор
Джордж Коув разработал солнечный электрогенератор, после чего сразу же выставил его в Metropole Building в Галифаксе, Новая Шотландия.
Некоторое время Коув содержал мастерскую в Нью-Йорке, где производились солнечные электрические генераторы. Однако уже через год Коув был похищен - похитители "предлагали" изобретателю перестать рекламировать свои устройства в обмен на 25.000$. Не смотря на то, что Коув отказался от столь щедрого предложения, после похищения его предприятие закрылось.
1905: Квантовая теория фотоэффекта
Альберт Эйнштейн опубликовал научную статью «On a Heuristic Viewpoint Concerning the Production and Transformation of Light», где описал, каким образом свет несёт энергию и как возникает фотоэлектрический эффект.
Эйнштейн выдвинул тезис, что не только излучение, но и распространение и поглощение света дискретны; позднее эти порции (кванты) получили название фотонов. Этот тезис позволил ему объяснить две загадки фотоэффекта: почему фототок возникал не при всякой частоте света, а только начиная с определённого порога, зависящего только от вида металла, а энергия и скорость вылетающих электронов зависели не от интенсивности света, а только от его частоты. Теория фотоэффекта Эйнштейна с высокой точностью соответствовала опытным данным, что позднее подтвердили эксперименты Милликена в 1916 году. В 1921 году Эйнштейн получит за эту работу Нобелевскую премию в области физики.
1932: Открыт фотоэлектрический эффект в селениде кадмия
Одоберт и Стора открывают фотоэлектрический эффект в селениде кадмия (CdSe), фотогальваническом материале, используемом до сих пор.
1938: В СССР создан первый фотоэлемент
В 1938 году в Физико-техническом институте Академии Наук два аспиранта академика А.Ф. Иоффе создали первый фотоэлемент. КПД получаемых тогда сернисто-таллиевых элементов не превышал 1%.
А.Ф. Иоффе, бессменный руководитель института, ученик знаменитого немецкого физика Вильгельма Конрада Рентгена, сразу же осознал значение полученных результатов. Уже тогда он предложил разработать государственную программу «солнечных крыш». Тогда это предложение смотрелось как утопия и поддержки не получило.
1948: Открыт метод производства кремния
Гордон Тил и Джон Литтл адаптировали метод выращивания кристаллов Чохральского, открытого 1918 в году. Адаптированный метод он использовали для производства монокристаллического германия, а позже и кремния.
1950: Солнечные панели начинают использовать для освоения космоса
С начала космической эры, в 1950-х годах, солнечные элементы считались основным выбором для долгосрочного производства электроэнергии для спутников и космических систем.
Это в основном связано с их высоким отношением мощности к массе и хорошей масштабируемостью солнечных модулей в соответствии с требованиями к мощности космической миссии. В течение десятилетий подробные исследования материалов солнечных элементов, включая нетривиальное взаимодействие с высокоэнергетическими космическими частицами, привели к постоянному и значительному повышению эффективности устройств.
1953: Исследования литий-кремниевых фотоэлементов
Джеральд Пирсон начинает исследования литий-кремниевых фотоэлектрических элементов. Уже через год, компания Bell Labs, в которой работает Пирсон, объявляет об изобретении первого практичного кремниевого солнечного элемента.
Это первые в истории солнечные панели, эффективность которых составляет 6%. После презентации панелей на собрании Национальной академии наук, The New York Times прогнозирует, что солнечные элементы в конечном итоге станут источником «безграничной солнечной энергии».
Спустя 3 года, Мохамед М. Аталла, также сотрудник Bell Laboratories, разрабатывает процесс пассивации поверхности кремния путем термического окисления. С тех пор процесс пассивации поверхности имеет решающее значение для эффективности солнечных элементов.
1955: Первый автомобиль на солнечной энергии
Первой изобретенной моделью автомобиля на солнечных батареях был Sunmobile - крошечный 15-дюймовый автомобиль, созданный сотрудником General Motors. Автомобиль работал на 12 селеновых фотоэлементах и имел небольшой электродвигатель.
General Motors в то время заявила, что автомобиль, демонстрирующий футуристические возможности, непрактичен, потому что даже если бы солнечные элементы работали со 100% эффективностью, они производили бы только 12 лошадиных сил, чего недостаточно для приведения в движение среднего автомобиля того времени.
1958: Первый спутник на солнечной энергии
Лаборатория Корпуса связи США, создает кремниевые солнечные элементы, которые более устойчивы к радиационному повреждению и лучше подходят для космоса.
Hoffman Electronics выпускают на рынок солнечные панели, КПД которых составляет 9%.
Позднее в этом же году будет запущен Авангард I, первый спутник на солнечной энергии, был запущен с солнечной панелью мощностью 0,1 Вт и площадью 100 см².
1961: Проходит конференция ООН «Новые источники энергии и развитие энергетики»
В августе 1961 года в течении 10 дней проходит научная конференция ООН «Новые источники энергии и развитие энергетики», в рамках которой рассматриваются новые источники энергии: солнечная энергия - энергия ветра - геотермальная энергия.
На конференции поднимаются вопросы доступность солнечной энергии и ее измерения, а так же рассматриваются основные направления использования солнечной энергии в будущем.
Доклад ООН затрагивает такие важные темы как дистилляция и производство пресной воды, создание солнечных печей для высокотемпературной обработки, использование энергии в космосе. Разумеется, не обходят стороной и бытовые вопросы: генерацию электричества и реализацию работы бытовых приборов от энергии солнца.
1962 - Запуск первого спутника, работающего на солнечных панелях
Телекоммуникационный спутник Telstar 1 был запущен 10 июля 1962 года. Он успешно передал через космос первые телевизионные изображения, телефонные звонки и телеграфные изображения, а также обеспечил первую трансатлантическую телевизионную трансляцию в прямом эфире.
Telstar 1, открывший новую эру коммерческого использования технологий, стал жертвой эпохи холодной войны. Ядерные испытания, проводимые США и СССР привели к выходу из строя хрупких транзисторов Telstar. Он вышел из строя в ноябре 1962 года после обработки более 400 телефонных, телеграфных, факсимильных и телевизионных передач.
Не смотря на то, что спутник Telstar 1 больше не используется, он все еще вращается вокруг Земли.
1964 - Опубликована книга «Прямое использование солнечной энергии»
В Университете штата Висконсин Фаррингтон Даниэльс создал лабораторию по изучению возможностей использования солнечной энергии, в настоящее время считается одним из пионеров использования солнечной энергии.
Книга "Прямое использование солнечной энергии" - это попытка профессионала от мира солнечной энергетики объяснить обывателю простым языком почему можно и нужно использовать энергию солнца. В книге Даниэлса затрагивалась тема истощения ресурсов земли, неисчерпаимости солнечной энергии. Не вдаваясь в математические и инженерные подробности (хотя и включая полные ссылки на источники такого рода информации), он описывает весь спектр экспериментальных работ, включающих коллекторы солнечной радиации, воду для приготовления пищи и отопления, сельскохозяйственную и промышленную сушку, аккумулирование тепла, солнечные печи и двигатели, охлаждение и охлаждение, фотохимическая конверсия и многие другие применения. Книга дает максимальный обзор существующих знаний в этой области и указывает на возможности будущих исследований.
1967: Запуск первого пилотируемого космического корабля с питанием от солнечных батарей
«Союз-1» был запущен на орбиту 23 апреля 1967 года. Это был первый пилотируемый корабль, работающий на солнечных панелях.
После выхода корабля «Союз-1» на орбиту: не раскрылась одна из двух панелей солнечных батарей, корабль стал испытывать дефицит электроэнергии. Космонавт пытался открыть солнечную батарею раскруткой корабля вокруг своей оси, однако это не привело к желаемым результатам. Вследствие этой неисправности полёт был досрочно прекращён.
1970: Созданы первые высокоэффективные солнечные батареи на основе гетеропереходов
Солнечные панели были созданы Жоресом Алферовым и его командой в СССР. В дальнейшем Алфёровым, была создана научная школа и сформировано новое направление, связанное с созданием теории и практики получения, исследования и применения в различных отраслях науки и техники многослойных, так называемых «каскадных» структур. Эти устройства нашли широкое применение в различных отраслях науки и техники, в частности — фотоэнергетике.
1972: Созданы первые наручные часы, работающие на солнечной батарее
Массовое производство часов, значительно опередивших свое время начнется спустя 4 года после их презентации — в 1972 году.
Модель Synchronar 2100, разработанная амбициозным инженером Роджером В. Рилем, была по-настоящему инновационной и визионерской. Уникальный гаджет впервые объединил несколько областей науки и технологи.
1974: Открытие Центра Солнечной Энергии (FSEC) во Флориде
Задачи нового центра - исследовать и разрабатывать технологии вобласти солнечной энергетики, а также знакомить общественность, студентов и практиков с результатами исследований.
Исследования в FSEC основаны на мониторинге, компьютерном моделировании и контролируемых экспериментах в лабораторных условиях. Все исследования центра проводятся в тандеме с некоммерческими организациями, частными спонсорами и национальными лабораториями.
Центр получил национальное и международное признание за широкий спектр исследований, образования, обучения и сертификации.
1974: Первое в мире здание, которое отапливалось и питалось исключительно за счет энергии солнца и ветра
Дж. Болдуин из Integrated Living Systems совместно разрабатывает первое в мире здание (в Нью-Мексико), отапливаемое и питаемое исключительно солнечной и ветровой энергией.
1977: Основан Научно-Исследовательский Институт Солнечной Энергии NREL в Колорадо
Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) с с момента открытия и по сегодняшний день специализируется на исследованиях и разработках в области возобновляемых источников энергии, энергоэффективности и интеграции энергетических систем.
NREL тесно сотрудничает с рядом частных партнеров. Одна из главных задач такого партнерства — перенести технологические разработки в области возобновляемых источников энергии на рынок и в социальную сферу.
1978: Созданы первые калькуляторы на солнечных батареях
Калькуляторы имели размеры, сопоставимые с размерами кредитной карточки, а размер солнечной панели составлял 76x50 мм.
1980: Разработан первый тонкопленочный солнечный элемент
Автором разработки выступает Институт преобразования энергии Университета Делавэра (IEC), энерго-эффективность новинки составляет более 10%.
1981: Первое серийное производство двусторонних солнечных элементов
Isofoton — первая компания, начавшая массовое производство двусторонних солнечных элементов на основе разработок Антонио Луке и др. в Институте солнечной энергии в Мадриде.
1983: Мировое производство фотогальванических элементов превышает 21,3 МВт
В общей сложности, к 1983 году солнечных панелей было продано на сумму более 250 миллионов долларов.
1985: Запуск солнечной тепловой электростанции башенного типа в СССР
Экспериментальная станция СЭС-5 была построена между Акташским солёным озером и берегом Казантипского залива, у села Азовское, и была первой солнечной электростанцией башенного типа в СССР. Спроектирована при участии тридцати проектно-конструкторских организаций Министерство энергетики и электрификации СССР.
Первое пробное включение генератора станции СЭС-5 в сеть состоялось в сентябре 1985г. В тот момент функционировало 420 гелиостатов.
Полностью станция вступила в строй в 1986 году — количество гелиостатов составляло1600 штук, при этом каждый состоял из 45 зеркальных фацет, размерами 550×1030 мм, суммарной площадью 25,5 м². Установленная мощность станции составляла 5 МВт.
1987: В СССР запущена солнечная печь мощностью 1Мвт
Гелиокомплекс «Солнце» до сих пор остается одной из крупнейших солнечных печей в мире. Высота концентратора 54м, ширина 47м, также она включает в себя 62 гелиостата. Комплекс был построен для научно–исследовательских работ по изучению материалов при очень высоких температурах. Обеспечивая нагрев свыше 3000°С за несколько секунд, печь позволяет изучать влияние термических ударов, что в первую очередь важно для авиационной и аэрокосмической отраслей.
1988: Создан солнечный элемент, сенсибилизированный красителем
Майкл Гретцель и Брайан О'Реган создали солнечный элемент, сенсибилизированный красителем. Эти фотоэлектрохимические элементы работают от соединения органического красителя внутри элемента и стоят вдвое меньше, чем кремниевые солнечные элементы.
1991: Разработаны эффективные фотоэлектрохимические ячейки
Такие ячейки рассматриваются как способ конверсии солнечной энергии в транспортабельную форму — водород. Фотогенерирующие ячейки преодолевают 10% барьер экономической эффективности.
1994: NREL разрабатывает двухполюсный концентратор (180 солнц)
Концентратор GaInP/GaAs, становится первым солнечным элементом, эффективность преобразования которого превышает 30%.
1999: Общая установленная во всем мире фотоэлектрическая мощность достигает 1000 мВт.
Дальнейшее использование фотоэлектрических панелей будет расти по экспоненте, затрагивая все больше стран по всему миру.
2006: Создана солнечная панель с эффективностью более 40%
При финансовой поддержке Министерства энергетики США, концентратор солнечной батареи, произведенный Boeing-Spectrolab, достиг мирового рекорда эффективности преобразования в 40,7%, установив новую веху в эффективность преобразования солнечного света в электричество.
В дальнейшем эффективность солнечных элементов будет увеличиваться, делая солнечную электроэнергию более конкурентоспособной и неотъемлемой частью энергетического баланса США и всего мира.
2007: Строительство солнечной электростанции Nellis
Фотоэлектрическая электростанция мощностью 14МВт, была построена на базе ВВС США Неллис, штат Невада. В среднем с момента открытия станция ежегодно вырабатывает 32 гигаватт-часа электроэнергии.
2010: Первое успешное использование технологии космического паруса
IKAROS, экспериментальный космический корабль Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), становится первым космическим кораблем, успешно продемонстрировавшим технологию солнечного паруса в межпланетном пространстве.
Квадратный парус, имел диагональ 20м и был сделан из листа полиимида толщиной 7,5мкм. Общая масса паруса составляла 2 килограмма, не считая массы наконечников, прикрепленных панелей и тросов. Внутри лепестков вшиты солнечные батареи и солнечные рули.
2016: Использование панелей, изготовленных из теллурида кадмия
Экспериментальные элементы представленные First Solar способны преобразовывать 22,1% энергии солнечного света в электричество
2018: Открыт первый завод по переработке солнечных панелей в Европе
На заводе планируется переработать 1300 тонн солнечных панелей в 2018 году, а так же увеличить объемы переработки до 4000 тонн к 2022 году. Это первый завод во Франции и Европе.
2019: Мировой рекорд эффективности солнечных элементов на уровне 47,1%
Рекорд был достигнут за счет использования многопереходных солнечных элементов-концентраторов, разработанных в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Колорадо, США.
2020: Опубликована первая глобальная оценка перспективных подходов к переработке солнечных фотоэлектрических модулей.
Ученые рекомендуют «исследования и разработки для снижения затрат на переработку и воздействия на окружающую среду по сравнению с утилизацией при максимальном восстановлении материалов», а также содействие и использование технико-экономического анализа.
2021 Запущена первая промышленная линия по производству перовскитовых солнечных панелей с использованием процедуры струйной печати
Учеными разработаны прототип и правила проектирования кремниевых солнечных элементов с двусторонним контактом с эффективностью преобразования 26% и выше, что является самым высоким показателем на Земле для этого типа солнечных элементов. Кроме того, исследователи решают ключевую проблему перовскитных солнечных элементов, повышая их стабильность и долгосрочную надежность с помощью формы «молекулярного клея».
2022: Мировая установленная мощность солнечных элементов достигнет отметки в 1Твт
Увеличение общей установленной мощности с 2012 года (100гВт) к 2022 году увеличилось в геометрической прогрессии. Одной из наиболее веских причин такого впечатляющего роста является коллосальное снижение затрат на выработку солнечной энергии, составившее около 90% за период с 2009 по 2021 год.
В 2022 году солнечная энергетика становится глобальным явлением и частью национальной политики множества государств.
Многие страны сейчас активно внедряют технологии солнечной энергетики, дополняя, а иногда и полностью заменяя традиционные источники. Согласно прогнозам специалистов в будущем использование солнечной энергетики будет получать все большее распространение, КПД фотоэлектрических модулей будет увеличиваться, а их стоимость - снижаться.
Данная статья подготовлена специально для паблика Солнечная Энергия при поддержке их хороших друзей из Spares.ru.
Статья является любительским очерком и попыткой объять необъятное — вся информация в статье представлена исключительно для расширения общего кругозора и не претендует на научность. Для удобства дальнейшего изучения темы всеми желающими в тексте оставлены ссылки на источники.
Вероятно, вам также понравятся следующие материалы:
- Самая большая плавучая солнечная электростанция в мире
- Актуальные данные по экономике возобновляемых источников энергии
- Солнечный кофе: итальянцы жарят кофе бесплатно
От автора
друзья, некоторое время назад #Дзен изменил правила для получения оплаты за публикации. Теперь вознаграждение за труд начисляется за активность подписчиков, а не за рекламу.
Потому, если вам нравится то, что я делаю, прошу - подписывайтесь после прочтения статьи, ставьте лайки и пишите комментарии. Это даст хороший буст для развития канала и поможет мне работать еще лучше.
Заранее вам спасибо!