EN KORT HISTORIE MED SOLCELLEPANELER | SPONSORERET | SMITHSONIAN - ARTIKLER, INNOVATION, ENERGI, SPONSORERET

Længe før den første jorddag blev fejret den 22. april 1970 og skabt opmærksomhed omkring miljøet og støtte til miljøbeskyttelse, gjorde forskerne de første opdagelser inden for solenergi. Det hele begyndte med Edmond Becquerel, en ung fysiker, der arbejdede i Frankrig, som i 1839 observerede og opdagede den fotovoltaiske virkning - en proces, der producerer en spænding eller elektrisk strøm, når den udsættes for lys eller strålende energi. Et par årtier senere blev den franske matematiker Augustin Mouchot inspireret af fysikerens arbejde. Han begyndte at registrere patenter på solcelledrevne motorer i 1860'erne. Fra Frankrig til USA blev opfinderne inspireret af matematikernes patenter og indgivet patenter på solcelledrevne enheder allerede i 1888.

Charles Fritts installerede de første solcellepaneler på taget i New York City i 1884. (Med tilladelse fra John Perlin)

Tag et let skridt tilbage til 1883, da New York-opfinderen Charles Fritts skabte den første solcelle ved at belægge selen med et tyndt guldlag. Fritts rapporterede, at selenmodulet producerede en strøm “der er kontinuerlig, konstant og med betydelig kraft.” Denne celle opnåede en energikonverteringshastighed på 1 til 2 procent. De fleste moderne solceller fungerer med en effektivitet på 15 til 20 procent. Så Fritts skabte, hvad der var en solcelle med lav indvirkning, men alligevel var det begyndelsen på solcellepanelinnovation i Amerika. Opkaldt efter den italienske fysiker, kemiker og pioner inden for elektricitet og magt, Alessandro Volta, er fotovoltaik det mere tekniske udtryk for at omdanne lysenergi til elektricitet og bruges om hverandre med betegnelsen fotoelektrisk.

Edward Westons "Apparat til udnyttelse af solstrålingsenergi", patenteret 4. september 1888. (US patent 389.124)

Kun få år senere i 1888 modtog opfinderen Edward Weston to patenter på solceller - US patent 389, 124 og US patent 389, 425. For begge patenter foreslog Weston, "at omdanne strålingsenergi, der stammer fra solen til elektrisk energi, eller gennem elektrisk energi til mekanisk energi." Lysenergi fokuseres via en linse (f) til solcellen (a), "en termopil (en elektronisk enhed, der konverterer termisk energi til elektrisk energi) sammensat af stænger af forskellige metaller. ”Lyset varmer op solcellen og får elektroner til at blive frigivet og strømmen strømmer. I dette tilfælde skaber lys varme, der skaber elektricitet; dette er det nøjagtige omvendt af den måde, hvorpå en glødepære fungerer, og omdanner elektricitet til varme, der derefter genererer lys.

Samme år skabte en russisk videnskabsmand ved navn Aleksandr Stoletov den første solcelle baseret på den fotoelektriske effekt, som er, når lyset falder på et materiale og elektroner frigives. Denne virkning blev først observeret af en tysk fysiker, Heinrich Hertz. I sin forskning opdagede Hertz, at der blev skabt mere kraft af ultraviolet lys end synligt lys. I dag bruger solceller den fotoelektriske effekt til at konvertere sollys til strøm. I 1894 modtog den amerikanske opfinder Melvin Severy patenter 527.377 til et "Apparat til montering og betjening af termopile" og 527.379 for et "Apparat til generering af elektricitet ved solvarme." Begge patenter var i det væsentlige tidlige solceller baseret på opdagelsen af den fotoelektriske effekt. Den første genererede "elektricitet ved hjælp af solvarme på en termohøjle" og kunne producere en konstant elektrisk strøm under den daglige og årlige bevægelse af solen, hvilket lettede enhver fra at skulle flytte termopilen i henhold til solens bevægelser. Severy's andet patent fra 1889 var også beregnet til at bruge solens termiske energi til at producere elektricitet til varme, lys og strøm. "Termosbunkerne" eller solcellerne, som vi kalder dem i dag, var monteret på en standard for at lade dem kontrolleres i lodret retning samt på en drejeskive, som gjorde det muligt for dem at bevæge sig i et vandret plan. ”Ved kombinationen af disse to bevægelser kan bunken holdes overfor solen alle tidspunkter af dagen og alle årstider, ” lyder patentet.

Melvin L. Severy's "Apparat til montering og betjening af termopile", patenteret 9. oktober 1894 (US patent 527, 377)

Melvin L. Severy's "Apparat til generering af elektricitet ved solvarme", patenteret 9. oktober 1894 (US patent 527.379)

Næsten et årti senere modtog den amerikanske opfinder Harry Reagan patenter til termiske batterier, som er strukturer, der bruges til at opbevare og frigive termisk energi. Det termiske batteri blev opfundet for at opsamle og opbevare varme ved at have en stor masse, der kan varme op og frigive energi. Det opbevarer ikke elektricitet, men "varme". Systemer bruger i dag denne teknologi til at generere elektricitet ved konventionelle turbiner. I 1897 blev Reagan tildelt US patent 588 177 for en "anvendelse af solvarme til termobatterier." I patentkravene sagde Reagan, at hans opfindelse omfattede "en ny konstruktion af apparater, hvor solstrålene bruges til opvarmning af termo- batterier, hvor formålet er at koncentrere solens stråler til et fokus og have et sæt forbindelser af et termobatteri i fokus for strålene, mens passende køleindretninger påføres de andre forbindelser i nævnte termobatteri. ”Hans opfindelse var et middel til at opsamle, opbevare og distribuere solvarme efter behov.

HC Reagans "Anvendelse af solvarme til termobatterier", patenteret den 17. august 1897 (US patent 588, 177)

I 1913 modtog William Coblentz, Washington, DC, patent 1.077.219 for en "termisk generator", som var en enhed, der brugte lysstråler "til at generere en elektrisk strøm med en sådan kapacitet til at udføre nyttigt arbejde." Han mente også for opfindelse til at have billig og stærk konstruktion. Selvom dette patent ikke var til et solcellepanel, blev disse termiske generatorer opfundet til enten at konvertere varme direkte til elektricitet eller for at omdanne denne energi til strøm til opvarmning og afkøling.

WW Coblentz's "termiske generator", patenteret 28. oktober 1913 (US patent 1.077.219)

I 1950'erne indså Bell Laboratories, at halvledende materialer som silicium var mere effektive end selen. Det lykkedes dem at skabe en solcelle, der var 6 procent effektiv. Opfinderne Daryl Chapin, Calvin Fuller og Gerald Pearson (indført til National Inventors Hall of Fame i 2008) var hjernerne bag solcelle-solcellen på Bell Labs. Selvom det blev betragtet som det første praktiske udstyr til konvertering af solenergi til elektricitet, var det stadig omkostningsfuldt for de fleste mennesker. Solcelle-solceller er dyre at fremstille, og når du kombinerer flere celler for at skabe et solcellepanel, er det endnu dyrere for offentligheden at købe. University of Delaware er krediteret med at oprette en af de første solbygninger, "Solar One", i 1973. Konstruktionen kørte på en kombination af solvarme og solcelleanlæg. Bygningen brugte ikke solcellepaneler; I stedet blev solenergi integreret i taget.

DM Chapin et al's "Solar Energy Converting Apparatus", patenteret 5. februar 1957 (US patent 2.780.765)

Det var omkring denne tid i 1970'erne, at der opstod en energikrise i De Forenede Stater. Kongressen vedtog lov om forskning, udvikling og demonstration af solenergi fra 1974, og den føderale regering var mere end nogensinde forpligtet til at "gøre levedygtig sol og overkommelig og markedsføre den til offentligheden." Efter debuten af "Solar One" så folk solenergi energi som en mulighed for deres hjem. Væksten aftog i 1980'erne på grund af faldet i traditionelle energipriser. Men i de næste årtier var den føderale regering mere involveret i forskning og udvikling af solenergi, hvilket skabte tilskud og skatteincitamenter for dem, der brugte solsystemer. Ifølge Solar Energy Industries Association har solceller haft en gennemsnitlig årlig vækstrate på 50 procent i de sidste 10 år i De Forenede Stater, stort set på grund af Solar Investment Tax Credit, der blev vedtaget i 2006. Installation af solenergi er også mere overkommelig nu på grund af installation omkostninger falder over 70 procent i det sidste årti.

Når det er sagt, er midlerne til at finde en levedygtig og overkommelig energiløsning i det mindste indtil for nylig vigtigere end at gøre solceller æstetisk behagelige eller smukke. Traditionelle solcellepaneler på amerikanske hustag er ikke nøjagtigt subtile eller behagelige for øjet. De har til tider været et øje for naboer og sikkert en smerte for husejereforeninger at tackle, men fordelene for miljøet er betydelige. Så hvor er balancen? I dag stræber virksomheder mod bedre udseende og avanceret solteknologi, f.eks. Bygningsapplikeret solceller (BAPV). Denne type diskret solcelle er integreret i eksisterende tagsten eller keramiske og glasfasader på bygninger.

Solus Engineering, Enpulz, Guardian Industries Corporation, SolarCity Corporation, United Solar Systems og Tesla (efter deres fusion med SolarCity) er alle blevet udstedt patenter på solceller, der er meget mere diskret end det traditionelle solcellepanel. Alle patenter indeholder fotovoltaiske systemer, der omdanner lys til elektricitet ved hjælp af halvledende materialer, såsom silicium. Solpaneler og solteknologi er nået langt, så disse patenterede opfindelser er et bevis på, at teknologien stadig forbedrer dens effektivitet og æstetik.

SolarCity Corporation's "Photovoltaic Roof Flise", patenteret 26. juni 2018 (US patent D821.614)

United Solar Systems Corporation "Photovoltaic Shingle System", patenteret 1. august 1995 (US patent 5.437.735)

Guardian Industries Corp.'s "Fotovoltaiske systemer og tilknyttede komponenter, der bruges på bygninger og / eller tilknyttede metoder, " patenteret 1. december 2015 (US patent 9.202.958)