KRATKA ZGODOVINA SONČNIH PLOŠČ | SPONZORIRANI | SMITHSONIAN - ČLANKI, INOVACIJE, ENERGIJA, SPONZORIRANI

Znanstveniki so že dolgo pred prvim dnevom Zemlje, ki so ga praznovali 22. aprila 1970, ustvarili ozaveščenost o okolju in podporo varstvu okolja, prva odkritja sončne energije. Vse se je začelo z Edmondom Becquerelom, mladim fizikom iz Francije, ki je leta 1839 opazoval in odkril fotovoltaični učinek - postopek, ki ustvarja napetost ali električni tok, izpostavljen svetlobi ali sevalni energiji. Nekaj desetletij pozneje se je s fizikalnim delom zgledoval francoski matematik Augustin Mouchot. Patente za motorje na sončno energijo je začel registrirati v 1860-ih. Iz Francije v ZDA so izumitelji navdihnili patente matematika in prijavili patente na naprave s sončnim pogonom že leta 1888.

Charles Fritts je prve sončne panele namestil na streho New Yorka leta 1884. (avtor dovoljenja John Perlin)

Naredite lahkoten korak nazaj do leta 1883, ko je newyorški izumitelj Charles Fritts ustvaril prvo sončno celico s prevleko selena s tanko plastjo zlata. Fritts je poročal, da je selenski modul proizvajal tok, "ki je neprekinjen, stalen in velike sile." Ta celica je dosegla stopnjo pretvorbe energije od 1 do 2 odstotka. Večina sodobnih sončnih celic deluje z učinkovitostjo od 15 do 20 odstotkov. Torej, Fritts je ustvaril sončno celico z majhnim vplivom, vendar je bil to začetek inovativnosti fotovoltaičnih sončnih panelov v Ameriki. Poimenovan po italijanskem fiziku, kemiku in pionirju električne energije in energije, Alessandru Volti, je fotovoltaika bolj tehnični izraz za pretvorbo svetlobne energije v električno energijo in se izmenjujoče uporablja z izrazom fotoelektrična.

Edward Weston "Aparat za uporabo sončne sevalne energije", patentiran 4. septembra 1888. (US patent 389.124)

Le nekaj let pozneje leta 1888 je izumitelj Edward Weston prejel dva patenta za sončne celice - ameriški patent 389, 124 in ameriški patent 389, 425. Za oba patenta je Weston predlagal, da "sevalno energijo, pridobljeno iz sonca, pretvorimo v električno ali prek električne energije v mehansko energijo." Svetlobna energija je skozi lečo (f) usmerjena na sončno celico (a), "termopile (elektronska naprava, ki pretvori toplotno energijo v električno), sestavljena iz palic različnih kovin. "Luč segreva sončno celico in povzroči sproščanje elektronov in pretok toka. V tem primeru svetloba ustvarja toploto, kar ustvarja elektriko; to je ravno obratna smer delovanja žarnice z žarilno nitko, ki pretvori električno energijo v toploto, ki nato ustvari svetlobo.

Istega leta je ruski znanstvenik po imenu Aleksander Stoletov ustvaril prvo sončno celico na podlagi fotoelektričnega učinka, in sicer takrat, ko svetloba pade na material in se sprostijo elektroni. Ta učinek je prvi opazil nemški fizik Heinrich Hertz. Hertz je v svoji raziskavi odkril, da več moči ustvarja ultravijolična svetloba kot vidna svetloba. Danes sončne celice uporabljajo fotoelektrični učinek za pretvorbo sončne svetlobe v moč. Leta 1894 je ameriški izumitelj Melvin Severy prejel patente 527.377 za "Aparat za vgradnjo in upravljanje termopilov" in 527.379 za "Aparat za proizvodnjo električne energije s sončno toploto." Oba patenta sta bili v bistvu zgodnje sončne celice, ki temeljijo na odkritju fotoelektričnega učinka. Prvi je ustvaril "elektriko z delovanjem sončne toplote na termoplastiki" in je lahko ustvaril stalen električni tok med dnevnimi in letnimi sončnimi gibi, kar je komurkoli olajšalo gibanje termopile glede na gibanje sonca. Drugi patent podjetja Severy iz leta 1889 je bil namenjen tudi uporabi sončne toplotne energije za proizvodnjo električne energije za toploto, svetlobo in moč. "Termo-kupi" ali sončne celice, kot jih danes imenujemo, so bili nameščeni na standard, ki jim je omogočal nadzor v navpični smeri in na gramofon, kar jim je omogočilo premikanje v vodoravni ravnini. "S kombinacijo teh dveh gibov lahko obraz kup obdrži nasproti soncu ves čas dneva in vse letne čase, " piše v patentu.

Melvin L. Severy "Aparat za vgradnjo in uporabo termopilov", ki je bil patentiran 9. oktobra 1894 (patent ZDA 527.377)

"Aparat za proizvodnjo električne energije s sončno toploto" Melvina L. Severyja, patentiran 9. oktobra 1894 (US patent 527.379)

Skoraj desetletje pozneje je ameriški izumitelj Harry Reagan dobil patente za toplotne baterije, ki so strukture, ki se uporabljajo za shranjevanje in sproščanje toplotne energije. Termična baterija je bila izumljena za zbiranje in shranjevanje toplote z veliko maso, ki lahko segreva in sprošča energijo. Ne shranjuje električne energije, temveč "toploto", vendar danes sistemi uporabljajo to tehnologijo za pridobivanje električne energije s konvencionalnimi turbinami. Leta 1897 je Reaganu podelil ameriški patent 588, 177 za "uporabo sončne toplote na termo baterije". Reagan je v trditvah o patentu dejal, da njegov izum vključuje "novo konstrukcijo naprave, v kateri sončni žarki uporabljajo za ogrevanje termo- akumulatorji, katerih cilj je koncentracija sončnih žarkov v fokus in en sklop termo-akumulatorja v žarišču žarkov, medtem ko se na druge stičišče omenjene termo-baterije uporabljajo ustrezne hladilne naprave. "Njegov izum je bilo sredstvo za zbiranje, shranjevanje in distribucijo sončne toplote po potrebi.

HC Reagan "Uporaba sončne toplote za termo-baterije", patentiran 17. avgusta 1897 (patent ZDA 588, 177)

Leta 1913 je William Coblentz iz Washingtona, DC, prejel patent 1, 077, 219 za "toplotni generator", ki je bila naprava, ki je uporabljala svetlobne žarke, "da bi ustvarila električni tok take zmogljivosti za koristno delo." Mislil je tudi na izum za poceni in močno konstrukcijo. Čeprav ta patent ni bil namenjen sončni plošči, so bili ti toplotni generatorji izmerjeni, da bodisi pretvorijo toploto neposredno v električno energijo ali jo pretvorijo v moč za ogrevanje in hlajenje.

"Toplotni generator" WW Coblentz, patentiran 28. oktobra 1913 (US patent 1 077 219)

Do petdesetih let so Bell Laboratories spoznali, da so polprevodni materiali, kot je silicij, učinkovitejši od selena. Uspeli so ustvariti sončno celico, ki je bila 6-odstotno učinkovita. Izumitelji Daryl Chapin, Calvin Fuller in Gerald Pearson (leta 2008 so bili v Nacionalni dvorani slavnih izumiteljev) možgani za silikonsko sončno celico v Bell Labs. Čeprav je veljal za prvo praktično napravo za pretvorbo sončne energije v električno energijo, je bil za večino ljudi še vedno strošek zanemarljiv. Silicijeve sončne celice so drage za izdelavo in ko združite več celic, da ustvarite sončno ploščo, je javnost še dražja za nakup. Univerza v Delawareu je zaslužna za to, da je leta 1973 ustvarila eno prvih sončnih zgradb, "Solar One". Konstrukcija je potekala na kombinaciji sončne termalne in sončne fotovoltaične energije. V stavbi niso bili uporabljeni sončni paneli; namesto tega je bila na streho vgrajena sončna energija.

DM Chapin in drugi, "Aparati za pretvorbo sončne energije", patentirani 5. februarja 1957 (US patent 2, 780, 765)

Približno v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja se je v ZDA pojavila energetska kriza. Kongres je sprejel zakon o raziskavah, razvoju in demonstraciji sončne energije iz leta 1974, zvezna vlada pa se je bolj kot kdajkoli prej zavezala, da bo "sončno preživetje in cenovno dostopno in ga prodala javnosti." Po prvencu "Solar One" so ljudje videli sončno energijo energije kot možnosti za svoje domove. Rast se je v osemdesetih letih upočasnila zaradi padca tradicionalnih cen energije. Toda v naslednjih desetletjih se je zvezna vlada bolj ukvarjala z raziskavami in razvojem sončne energije ter ustvarjala donacije in davčne olajšave za tiste, ki uporabljajo sončne sisteme. Po podatkih združenja industrije sončne energije ima sončna energija v zadnjih 10 letih v ZDA povprečno letno stopnjo rasti v višini 50 odstotkov, predvsem zaradi davka iz naslova davka na sončno naložbo, uvedenega leta 2006. Namestitev sončne energije je zaradi namestitve zdaj tudi bolj dostopna. stroški so v zadnjem desetletju padli za več kot 70 odstotkov.

To je, vsaj do nedavnega, pomenilo, da so sredstva za iskanje uspešne in cenovno dostopne energetske rešitve pomembnejša od tega, da sončne celice postanejo estetsko prijetne ali lepe. Tradicionalni sončni paneli na ameriških strehah niso ravno kvečji ali prijetni za oko. Včasih so bili sosedje, ki so pozorni na sosede, in zagotovo so težave, s katerimi se ukvarjajo združenja lastnikov stanovanj, vendar so koristi za okolje velike. Torej, kje je ravnotežje? Danes si podjetja prizadevajo za boljši videz in napredne solarne tehnologije, kot je na primer stavbni fotovoltaik (BAPV). Ta vrsta diskretne sončne celice je vgrajena v obstoječe strešnike ali keramične in steklene fasade stavb.

Solus Engineering, Enpulz, Guardian Industries Corporation, SolarCity Corporation, United Solar Systems in Tesla (po združitvi s SolarCity) so vsi izdali patente za sončne celice, ki so veliko bolj diskretni od običajnih sončnih panelov. Vsi patenti vsebujejo fotovoltaične sisteme, ki svetlobo pretvorijo v elektriko z uporabo polprevodniških materialov, kot je silicij. Sončni paneli in sončna tehnologija so že daleč, zato so ti patentirani izumi dokaz, da tehnologija še vedno izboljšuje svojo učinkovitost in estetiko.

Fotovoltaična strešna ploščica korporacije SolarCity Corporation, patentirana 26. junija 2018 (patent ZDA D821.614)

Fotovoltaični skodel United Solar Systems Corporation, ki je patentiran 1. avgusta 1995 (patent ZDA 5, 437, 735)

Guardian Industries Corp., "Fotovoltaični sistemi in z njimi povezane komponente, ki se uporabljajo na zgradbah in / ali z njimi povezanimi metodami", patentiran 1. decembra 2015 (US patent 9, 202, 958)