https://frosthead.com

היסטוריה קצרה של לוחות סולאריים

הרבה לפני שחגג יום האדמה הראשון ב- 22 באפריל 1970, תוך יצירת מודעות לסביבה ותמיכה בהגנה על הסביבה, מדענים גילו את התגליות הראשונות באנרגיה סולארית. הכל התחיל בכך שאדמונד בקרל, פיזיקאי צעיר העובד בצרפת, שבשנת 1839 צפה וגילה את האפקט הפוטו-וולטאי - תהליך שמייצר מתח או זרם חשמלי כאשר הוא נחשף לאנרגיה אור או קורנת. כמה עשורים לאחר מכן, המתמטיקאי הצרפתי אוגוסטין מושו קיבל השראה מיצירת הפיזיקאי. הוא החל לרשום פטנטים למנועים המונעים על ידי השמש בשנות השישים של המאה ה -19. מצרפת לארצות הברית, הממציאים קיבלו השראה מפטנטים של המתמטיקאי והגישו בקשה לפטנטים על מכשירים המונעים סולארית כבר בשנת 1888.

מערך סולארי ראשון - Charles Fritts.jpg צ'רלס פריץ התקין את הפאנלים הסולאריים הראשונים על גג העיר ניו יורק בשנת 1884. (באדיבות ג'ון פרלין)

קח צעד קל אחורה לשנת 1883 כאשר ממציא ניו יורק צ'ארלס פריטס יצר את התא הסולארי הראשון על ידי ציפוי סלניום בשכבה דקה של זהב. פריטס דיווחו כי מודול הסלניום ייצר זרם "שהוא רציף, קבוע ובעוצמה ניכרת." תא זה השיג שיעור המרת אנרגיה של 1 עד 2 אחוזים. מרבית תאי השמש המודרניים פועלים ביעילות של 15 עד 20 אחוזים. אז, Fritts יצר מה שהיה תא סולארי בעל השפעה נמוכה, אך עדיין, זו הייתה תחילתו של חדשנות פאנלים סולאריים פוטו-וולטאיים באמריקה. על שם הפיזיקאי האיטלקי, הכימאי וחלוץ החשמל והכוח, אלסנדרו וולטה, פוטו וולטאי הוא המונח הטכני יותר להפיכת אנרגיית האור לחשמל, ומשמש להחלפה עם המונח פוטואלקטרי.

פטנט על אנרגיה קורנת סולארית "המנגנון לשימוש באנרגיה קורנת סולארית" של אדוארד ווסטון, רשם פטנט ב- 4 בספטמבר 1888. (פטנט אמריקאי 389, 124)

רק כמה שנים אחר כך בשנת 1888, הממציא אדוארד ווסטון קיבל שני פטנטים על תאים סולאריים - פטנט ארה"ב 389, 124 ופטנט ארה"ב 389, 425. בשני הפטנטים, ווסטון הציע, "להפוך אנרגיה קורנת המופקת מהשמש לאנרגיה חשמלית, או באמצעות אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית." אנרגיית האור ממוקדת באמצעות עדשה (f) לתא השמש (א), "תרמופיל. (מכשיר אלקטרוני שממיר אנרגיה תרמית לאנרגיה חשמלית) המורכב מסורגים של מתכות שונות. "האור מחמם את תא השמש וגורם לשחרור האלקטרונים והזרם של הזרם. במקרה זה האור יוצר חום היוצר חשמל; זה ההפך המדויק של הדרך בה נורת ליבון עובדת, וממיר חשמל לחום שיוצר אז אור.

באותה שנה, מדען רוסי בשם אלכסנדר סטולטוב יצר את התא הסולארי הראשון המבוסס על האפקט הפוטואלקטרי, וזה כאשר נופל אור על חומר ומשוחררים אלקטרונים. השפעה זו נצפתה לראשונה על ידי פיזיקאי גרמני, היינריך הרץ. במחקרו גילה הרץ כי יותר כוח נוצר על ידי אור אולטרה סגול מאשר אור גלוי. כיום, תאים סולאריים משתמשים באפקט הפוטואלקטרי כדי להמיר אור שמש לכוח. בשנת 1894, הממציא האמריקני מלווין סייברי קיבל פטנטים 527, 377 עבור "מכשיר להתקנה והפעלה של תרמופילים" ו- 527, 379 עבור "מכשיר לייצור חשמל באמצעות חום סולארי." שני הפטנטים היו למעשה תאים סולריים מוקדמים על בסיס גילוי האפקט הפוטואלקטרי. הראשון שנוצר "חשמל על ידי פעולת חום סולארי על ערמת תרמו" ויכול היה לייצר זרם חשמלי קבוע במהלך תנועות השמש היומי והשנתי, מה שהקל על כל אחד מהצורך להזיז את התרמופיל בהתאם לתנועות השמש. הפטנט השני של Severy משנת 1889 נועד גם לשימוש באנרגיה התרמית של השמש לייצור חשמל לחום, אור וכוח. "ערימות התרמוס" או תאים סולאריים כפי שאנו מכנים אותם היום, הותקנו על תקן כדי לאפשר שליטה עליהם בכיוון האנכי כמו גם על פטיפון, מה שאפשר להם לנוע במישור אופקי. "בשילוב של שתי תנועות אלה, ניתן לשמור על פני הערימה מול השמש בכל שעות היום ובכל עונות השנה", נכתב בפטנט.

"מכשירים להתקנה והפעלה של תרמופילים" של מלווין ל. סייברי, רשמו פטנט ב- 9 באוקטובר 1894 (פטנט אמריקאי 527, 377) "מכשירים לייצור חשמל באמצעות חום סולרי" של מלווין ל. סייברי, רשמו פטנט על 9 באוקטובר 1894 (פטנט אמריקאי 527, 379)

כמעט עשור לאחר מכן, הממציא האמריקני הארי רייגן קיבל פטנטים על סוללות תרמיות, שהן מבנים המשמשים לאחסון ושחרור אנרגיה תרמית. הסוללה התרמית הומצאה כדי לאסוף ולאגור חום באמצעות מסה גדולה שיכולה להתחמם ולשחרר אנרגיה. זה לא אוגר חשמל אלא "חום", אולם מערכות כיום משתמשות בטכנולוגיה זו כדי לייצר חשמל באמצעות טורבינות קונבנציונאליות. בשנת 1897 קיבלו רייגן פטנט אמריקאי 588, 177 על "יישום של חום סולארי על סוללות תרמו." בטענות הפטנט, רייגן אמר כי המצאתו כללה "קונסטרוקציה חדשה של מכשירים בהם קרני השמש משמשות לחימום תרמו- סוללות, כאשר המטרה היא לרכז את קרני השמש למוקד ויש להן צמתים אחת של סוללה תרמו במוקד הקרניים, ואילו מכשירי קירור מתאימים מוחלים על הצמתים האחרים של הסוללה התרמו האמורה. "המצאתו היה אמצעי לאיסוף, אחסון והפצת חום סולארי לפי הצורך.

Reagan סוללה תרמו פטנט .png "יישום חום סולארי על סוללות תרמו" של HC רייגן, רשם פטנט ב- 17 באוגוסט 1897 (פטנט אמריקאי 588, 177)

בשנת 1913, ויליאם קובלנץ, מוושינגטון הבירה, קיבל פטנט 1, 077, 219 על "גנרטור תרמי", שהיה מכשיר שהשתמש בקרני אור "כדי לייצר זרם חשמלי בעל יכולת כזו לעשות עבודה מועילה." המצאה לבנייה זולה וחזקה. למרות שפטנט זה לא נועד לפאנל סולארי, גנרטורים תרמיים אלה הומצאו להמיר חום ישירות לחשמל או כדי להפוך אנרגיה זו לכוח לחימום וקירור.

מחולל תרמי .png "המחולל התרמי" של ה- WW Coblentz, רשם פטנט ב- 28 באוקטובר 1913 (פטנט אמריקאי 1, 077, 219)

בשנות החמישים, מעבדות בל הבינו שחומרים מוליכים למחצה כמו סיליקון יעילים יותר מאשר סלניום. הם הצליחו ליצור תא סולארי היעיל ב -6 אחוזים. הממציאים דריל צ'אפין, קלווין פולר, וג'רלד פירסון (הוחלפו בהיכל התהילה הלאומי הממציאים בשנת 2008) היו המוח מאחורי תא השמש הסיליקון במעבדות בל. הוא אמנם נחשב למכשיר המעשי הראשון להמרת אנרגיה סולארית לחשמל, אך לרוב האנשים זה עדיין היה עלול להיות אוסר. תאים סולאריים מסיליקון יקרים לייצור, וכשמשלבים מספר תאים ליצירת פאנל סולארי, זה יקר עוד יותר עבור הציבור לרכוש. אוניברסיטת דלאוור זוכה לזכות ביצירת אחד מבנייני השמש הראשונים, "סולארי אחד", בשנת 1973. הבנייה התנהלה על שילוב של אנרגיה סולארית סולארית ופוטו-וולטאי סולארי. הבניין לא השתמש בפאנלים סולאריים; במקום זאת, השילוב היה משולב בגג.

פטנט תאים סולריים סיליקון "מכשירים להמרת אנרגיה סולארית" של DM Chapin et al, רשמו פטנט על 5 בפברואר 1957 (פטנט אמריקאי 2, 780, 765)

זה היה בערך הפעם בשנות השבעים של המאה שעברה צבר משבר אנרגיה בארצות הברית. הקונגרס העביר את חוק המחקר, הפיתוח וההפגנה של אנרגיה סולארית משנת 1974, והממשלה הפדרלית התחייבה יותר מתמיד "להפוך את השמש לממשל ובמחיר סביר ולשווק אותו לציבור." לאחר הופעת הבכורה של "Solar One", אנשים ראו שמש אנרגיה כאופציה לבתיהם. הצמיחה האטה בשנות השמונים בגלל הירידה במחירי האנרגיה המסורתיים. אך בעשורים הבאים, הממשלה הפדרלית עסקה יותר במחקר ופיתוח באנרגיה סולארית, ויצרה מענקים ותמריצי מיסים למי שהשתמש במערכות סולאריות. על פי נתוני התאחדות תעשיות אנרגיה סולארית, השמש היה בעל צמיחה שנתית ממוצעת של 50 אחוזים בעשר השנים האחרונות בארצות הברית, בעיקר בגלל זיכוי מס השקעות סולארי שנחקק בשנת 2006. התקנת סולארית היא גם משתלמת יותר כעת בגלל ההתקנה. עולה בעשור האחרון מעל 70 אחוז.

עם זאת, לפחות עד לאחרונה האמצעים למצוא פתרון אנרגיה בר-קיימא ובמחיר סביר חשובים יותר מהפיכת תאים סולאריים לאסתטיים או יפהפיים. פאנלים סולאריים מסורתיים בגגות אמריקאיים אינם עדינים או נעימים לעין. זה היה לעיתים קרובות שמחה על השכנים, ובוודאי שכאב עמותות בעלי בתים להתמודד איתם, אך היתרונות לסביבה הם משמעותיים. אז איפה האיזון? כיום חברות חותרות לטכנולוגיה סולארית ומתקדמת יותר למראה, כמו פוטו וולטאי מיושם (BAPV). סוג זה של תא סולארי דיסקרטי משולב באריחי גג קיימים או בחזיתות קרמיקה וזכוכית של מבנים.

Solus Engineering, Enpulz, Guardian Industries Corporation, SolarCity Corporation, United Solar Systems ו- Tesla (לאחר מיזוגם עם SolarCity) הוצאו לכולם פטנטים על תאים סולאריים שהם דיסקרטיים בהרבה מהפאנל הסולארי המסורתי. כל הפטנטים כוללים מערכות פוטו-וולטאיות, שהופכות אור לחשמל באמצעות חומרים מוליכים למחצה כמו סיליקון. פאנלים סולאריים וטכנולוגיה סולארית עברו דרך ארוכה, ולכן המצאות פטנט אלה מהוות הוכחה לכך שהטכנולוגיה עדיין משפרת את היעילות והאסתטיקה שלה.

"אריח גג פוטו-וולטאי" של חברת SolarCity תאגיד פטנט ב- 26 ביוני 2018 (פטנט אמריקאי D821, 614) "מערכת שלבקת חוגרת פוטו-וולטאית של יונייטד, " רשמה פטנט ב- 1 באוגוסט 1995 (פטנט אמריקאי 5, 437, 735) "מערכות פוטו וולטאיות ורכיבים נלווים המשמשים במבנים ו / או בשיטות נלוות, " רשמה פטנט ב- 1 בדצמבר 2015 (פטנט אמריקאי 9, 202, 958) "מערכת בניין משולבת פוטו וולטאית משולבת לגגות רעפים" של חברת SolarCity תאגיד פטנט 8 במאי 2018 (פטנט אמריקאי 9, 966, 898) Enpulz, "מחוון אור פאנל סולארי / מערכת דקורטיבית של LLC", רשמה פטנט על 1 בינואר 2013 (פטנט אמריקאי 8, 344, 240) "אריחי גג ומערכות קשורות" של סולוס הנדסה, רשמו פטנט על 6 במאי 2014 (פטנט אמריקאי 8, 713, 861)
היסטוריה קצרה של לוחות סולאריים