Для большинства людей индустрия производства солнечной энергии по-прежнему выглядит, как некий прорыв, совершенный в последние полтора десятилетия. Однако, сама идея и начало развития солнечной энергетики уходит вглубь истории почти на двести лет.
Использование линз и зеркал для фокусировки солнечных лучей, например, для нагрева воды, использовалось с древних времен, но в 1839 году французский ученый Эдмонд Беккерель начал экспериментировать с электролитическими ячейками, генерирующими электричество под воздействием солнечного света. Беккерелю было всего 19 лет, когда он создал на базе хлорида серебра и кислотного раствора ячейку, генерирующую электроэнергию под воздействием солнечных лучей
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.
Одаренный и пытливый разум Альберта Эйнштейна, наконец, теоретически обосновывает возникновение фотоэлектрического эффекта. Эйнштейн в своей статье объясняет, что свет содержит пакеты энергии, которые он назвал «квантами света». Сегодня эти «кванты» мы называем фотонами. Теория Эйнштейна помогла объяснить, как фотоны могут генерировать электроэнергию. В 1921 году Эйнштейн Получил Нобелевскую премию за «вклад в теоретическую физику, и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта».
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.
Источник
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.
Январь 2018
