Lịch sử của tấm pin năng lượng mặt trời

Lịch sử của tấm pin năng lượng mặt trời

Lịch sử của các tấm pin mặt trời có thể được mô tả bằng phát hiện của Becquerel về hiệu ứng quang điện, hoặc phát minh ra tế bào quang điện đầu tiên của Chapin, Fuller và Pearson tại Bell Labs. Nhưng câu chuyện còn lớn hơn thế nhiều. Kể từ khi bắt đầu sự sống trên Trái đất, Mặt trời là nguồn năng lượng của các nguồn năng lượng. 

Tuy nhiên, phần đáng chú ý đã bắt đầu khi con người bắt đầu khai thác năng lượng này để chuyển đổi thành các dạng khác và sử dụng nó theo cách linh hoạt hơn. Chúng ta đang ở thời điểm bắt đầu mong đợi một thế giới hoạt động gần như hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời. Do đó, nó trở nên thú vị để hiểu cách thức các tấm pin hoạt động, và thậm chí nhìn lại lịch sử của nó.

Ai phát minh ra tấm pin mặt trời?

Công nghệ năng lượng mặt trời đã phát triển liên tục và tiếp tục phát triển cho đến ngày nay. Do đó, những vấn đề liên quan cho việc phát minh ra tấm pin quang điện hiện đại không thể chỉ đè cập một cá nhân / thực thể duy nhất.

Tất cả bắt đầu vào năm 1839 với nhà vật lý 19 tuổi tên là Edmond Becquerel. Trong khi nghiên cứu lớp phủ của các điện cực bạch kim bằng bạc clorua, ông đã phát hiện ra sự tăng điện áp khi tiếp xúc với ánh sáng. Hiệu ứng này được đặt tên là hiệu ứng quang điện. Vào thời điểm đó, không ai có thể dự đoán rằng nó sẽ trở thành nền tảng cho phương pháp sản xuất năng lượng lớn nhất được dự đoán trong 200 năm tới.

Gần hai thập kỷ sau, một nhà phát minh người Pháp khác tên là Augustin Mouchot đã nhận ra rằng than đá cuối cùng sẽ cạn kiệt. Mặc dù phát minh của ông là một động cơ hơi nước mặt trời chứ không phải là một tấm pin mặt trời, nhưng đó là một điều quan trọng trong lịch sử của các thiết bị năng lượng mặt trời.

Hai thập kỷ nữa trôi qua, và vào năm 1883, tế bào quang điện đầu tiên đã được Charles Fritts nghĩ ra, được chế tạo từ Selenium và có hiệu suất chỉ 1%.

Vài năm sau, nhà khoa học người Nga Alexander Stoletov, được coi là người sáng lập kỹ thuật điện, bắt đầu nghiên cứu hiệu ứng quang điện. Khi mở rộng nghiên cứu, ông cũng chế tạo một tế bào quang điện theo nguyên tắc tương tự, và thậm chí còn phát hiện ra sự giảm độ nhạy (mỏi) của của chúng theo thời gian.

Trong cùng năm đó, Edward Weston đã nộp bằng sáng chế cho các loại pin nhiệt điện hiện tại sử dụng ống kính phóng đại để tập trung ánh sáng mặt trời. Trong vòng sáu năm, Melvin Severy, tác giả, nhạc sĩ, kỹ sư và nhà phát minh, cũng đã nộp bằng sáng chế liên quan đến nhiệt điện.

Đầu thế kỷ 20 chứng kiến ​​Albert Einstein xuất bản một bài báo về hiệu ứng quang điện (1905AD). Nó thậm chí còn giành cho anh một giải thưởng Nobel

Giữa thế kỷ XX đánh dấu một kỷ nguyên phát triển rất quan trọng trong các tấm pin mặt trời. Kỹ sư người Mỹ Russell Ohl đã thực hiện khám phá đột phá về P-N. Các mối nối P-N được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử phức tạp hiện nay. Ông cũng đã phát minh ra tế bào hiện đại đầu tiên hoạt động bằng cách sử dụng đường giao nhau P-N. Ngày nay, tế bào PV rất giống với tế bào Ohl.

Lịch sử của tấm pin năng lượng mặt trời 1

Daryl Chapin, Gerald Pearson và Calvin Fuller của Phòng thí nghiệm Bell, đã công khai các tế bào quang điện đầu tiên. Nó cung cấp điện cho đồ chơi Ferris và một máy phát radio.

Lịch sử của tấm pin năng lượng mặt trời 2

Các tấm pin mặt trời được phát minh khi nào?

Như đã thảo luận trước đây, việc đưa ra một người hoặc một thời điểm duy nhất với việc phát minh ra các tấm pin sẽ không công bằng.

Để xây dựng một bức tranh rõ ràng về dòng thời gian phát triển của các tấm pin mặt trời, chúng ta có thể chia nó thành ba phần chính. Ở đây, chúng ta sẽ xem xét sự phát triển trong thế kỷ 19, 20 và thế kỷ 21:

Thế kỷ 19

Thế kỷ 19 chứng kiến các nhà khoa học vấp phải khả năng của ánh sáng / nhiệt mặt trời để tạo ra các loại năng lượng khác. Vào cuối thế kỷ này, các nhà vật lý đã chế tạo các thiết bị đơn giản khai thác năng lượng mặt trời để tạo ra năng lượng, mặc dù hiệu quả kém.

Lịch sử của tấm pin năng lượng mặt trời 3

Tuy nhiên, điều này đã mở đường cho các công nghệ tiên tiến hơn tiếp theo trong các thế kỷ sau. Một số ví dụ là động cơ năng lượng mặt trời Augustin Mouchot, 1860

Lịch sử của tấm pin năng lượng mặt trời 4

Hệ thống điện mặt trời đầu tiên có nhiều tế bào của Fritts vào năm 1884 đã đánh dấu nhiều sự khởi đầu khác

Một số thiết bị cơ bản đã tạo ra điện, nhưng bằng cách khai thác nhiệt thay vì ánh sáng, không giống như các tế bào hiện đại. Tuy nhiên, đó là những tiến bộ quan trọng trong sự hiểu biết về các thiết bị năng lượng mặt trời, chẳng hạn như nhiệt điện của Weston và Severy (lần lượt là 1888 và 1894).

Lịch sử của tấm pin năng lượng mặt trời 5

Lịch sử của tấm pin năng lượng mặt trời 6

Thế kỉ 20

Bài báo của Einstein và bằng chứng thực nghiệm về hiệu ứng quang điện của Robert Millikan đã cung cấp một cơ sở cho các phát minh. Cùng với ý tưởng của Bell Labs vào năm 1954, Western Electric đã bắt đầu bán bản quyền thương mại cho các công nghệ năng lượng mặt trời PV.

Từ năm 1957 đến 1960, Hoffman Electronics đã đạt được hiệu suất kỷ lục 8 đến 10%. Năm 1963, tập đoàn Sharp đã chế tạo mô-đun đầu tiên. Đến cuối thế kỷ này, một số dự án thí điểm trên toàn thế giới đã được lắp đặt.

Thế kỷ 21

Vào cuối thế kỷ trước, sự phát triển đáng kể đã được thực hiện trong lĩnh vực năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, sự phát triển lớn đã được cho thấy ở việc cải thiện được hiệu quả và chi phí. Đồng thời, đã giảm xuống chưa đến một phần mười, nhờ các quy trình sản xuất tự động và số lượng lớn.

Năng lượng mặt trời được sử dụng lần đầu tiên khi nào?

Việc sử dụng năng lượng mặt trời có chủ ý bằng cách sử dụng các bề mặt phản xạ hoặc khúc xạ cơ bản đã được thực hiện trong nhiều thiên niên kỷ. Nhưng các thiết bị đã chuyển đổi năng lượng này thành các dạng khác có thể sử dụng đã mở ra một kỷ nguyên của công nghệ mới.

Nói một cách nghiêm túc về các tấm quang điện mặt trời, việc sử dụng hệ thống đầu tiên được thực hiện bởi Charles Fritts. Ông đã cài đặt hệ thống mái nhà đầu tiên trên thế giới tại New York, vào năm 1884, trước khi năng lượng mặt trời bắt đầu trở thành phổ biến. Các tấm được làm từ selenium và cho thấy hiệu quả chỉ 1%, trong khi các bộ phận được sử dụng để chế tạo tấm pin mặt trời ngày nay có rất nhiều loại và cho thấy hiệu quả đáng kinh ngạc vượt quá 20%.

Lịch sử của tấm pin năng lượng mặt trời 7

Ứng dụng không gian đầu tiên của các tấm pin mặt trời xuất hiện vào năm 1958, khi vệ tinh Vanguard I được phóng lên. Mặc dù nó chỉ có một tế bào 1 watt được sử dụng để cung cấp năng lượng, đây là sự khởi đầu. Các vệ tinh khác như Vanguard II, Sputnik 3 và Explorer III cũng sử dụng các tấm pin mặt trời.

Lịch sử của tấm pin năng lượng mặt trời 8

Vào năm 1973, ‘Solar One’, nơi cư trú chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên trên thế giới được xây dựng bởi Đại học Delwar. Năm 1981, chiếc máy bay chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên có tên The Solar Challenger được chế tạo bởi Paul MacCready

Lịch sử của tấm pin năng lượng mặt trời 9

Năm 1982 đã chứng kiến ​​nhà máy điện thương mại quy mô megawatt đầu tiên ở California, mặc dù chi phí lắp đặt cao. Theo đó, nhiều nhà máy năng lượng mặt trời thương mại bắt đầu xuất hiện trên bản đồ, như nhà máy ở Pellworm, Đức năm 1983.Kể từ đó, đồ thị không bao giờ ngừng tăng lên, dẫn đến công suất lắp đặt tích lũy hơn 500GW vào năm 2018, như bảng điều khiển năng lượng mặt trời các công ty lắp đặt có kinh nghiệm cài đặt cao hơn các quốc gia đã làm trong quá khứ.

Sự phát triển các tấm pin mặt trời theo thời gian

Ngay cả khi chúng tôi xem xét dòng thời gian từ tế bào của Bell Labs, cho đến ngày nay, các tấm pin mặt trời đã đi được một chặng đường dài. Tất cả mọi thứ từ kích thước trên một đơn vị công suất đến màu sắc của các tấm pin cũng đã trải qua một sự thay đổi. Hiệu quả đã nhân lên từ 10 đến 15 lần và chi phí đã giảm từ một phần mười trở lên. Cứ sau vài năm, các nhà nghiên cứu phát hiện ra những vật liệu mới hơn, rẻ hơn, hiệu quả hơn. Trong những năm qua, các vật liệu Gallium Arsenide, Cadmium Telluride, Perovskite, Copper Indium Gallium Selenide, v.v. đã trở thành những lựa chọn thay thế thú vị và đầy hứa hẹn cho pin mặt trời thông thường. Ngay cả cách các tấm pin mặt trời được tạo ra ngày nay cũng được cải thiện rất nhiều, với sự sản xuất tự động có năng suất vượt trội.

Về phía ứng dụng, chúng tôi đã bắt đầu trên cho ra các sản phẩm di động, xây dựng PV và những con đường năng lượng mặt trời. Một số người cũng tin vào năng lượng mặt trời trên không gian có thể truyền năng lượng không dây mà không bị ảnh hưởng bởi chu kỳ ngày đêm và các yếu tố nhiệt độ. Các nhà máy năng lượng hứa hẹn hiệu quả cao hơn nhờ làm mát tốt hơn. Các ứng dụng nhỏ hơn như các sản phẩm năng lượng mặt trời cho gia đình và đèn năng lượng mặt trời đã phá vỡ suy nghĩ rằng chúng tốn kém

Trong tương lai, câu chuyện về năng lượng mặt trời cũng sẽ rất thú vị, và nó sẽ là một ngành công nghiệp đang phát triển với những phát triển mới để khai thác.