Povijest solarne energije (1839. – 2021.)

Povijest solarne energije seže daleko u prošlost. Ipak, Sunce je staro oko 4.603 milijarde godina!

Bez Sunca, Zemlja bi bila kugla leda bez ikakve mogućnosti života.

Solarna energija bila je prisutna na našoj Zemlji mnogo prije nego što su izumljeni fotonaponski paneli.

Čovječanstvo je koristilo solarnu energiju na različite načine kroz povijest, ali isto tako i životinje i biljke, na primjer, putem fotosinteze.

Ovaj članak ima za cilj raspraviti povijest solarne energije, ili preciznije, fotonaponskog učinka, i kako je to dovelo do masovne proizvodnje fotonaponskih panela.

Što je sunčeva svjetlost?

sto je sunceva svjetlost

Povijest solarne energije.

Sunčeva svjetlost prekriva oko 696.340 km u promjeru i ima masu od 1.9891×10^30 kg = 4.384×10^30 lb = 2.192×10^27 tona, što je masa 333.000 puta veća od Zemljine.

To je nevjerojatno!

Temperatura njegove površine iznosi 5.778 K. Ovu temperaturu može doseći kroz nuklearne reakcije spajanja u svojoj jezgri.

Ove reakcije emitiraju energiju, koja se uglavnom sastoji od vidljive svjetlosti, ultraljubičastog svjetla i infracrvenog zračenja.

Oko tri četvrtine Sunčeve mase sadrži vodik (~ 73%). Ostatak se sastoji uglavnom od helija (~ 25%), s mnogo manjim količinama težih elemenata, kao što su kisik, ugljik, neon i željezo.

Sunčeva jezgra spaja otprilike 600 milijuna tona vodika u helij svake sekunde. To znači da se 4 milijuna tona materije pretvori u energiju svake sekunde.

Energiji koja se oslobađa može trebati između 10,000 i 170,000 godina da pobjegne iz Sunčeve jezgre. To je izvor svjetla i topline Sunca koju ti i ja danas osjećamo.

Kada se fuzija vodika u Sunčevoj jezgri smanji do točke kada više nije u stanju hidrostatske ravnoteže, jezgra će se povećati u gustoći i temperaturi. Dok se to događa, njezini vanjski slojevi će se proširiti, pretvarajući se u crvenog diva.

Znanstvenici su izračunali da će Sunce postati dovoljno veliko da proguta sadašnje orbite Merkura i Venere. Doista, do trenutka kada se to dogodi, Zemlja više neće postojati.

Međutim, ne brini se još, jer će se to dogoditi tek za sljedećih 5 milijardi godina.

Nakon toga će izgubiti svoje vanjske slojeve, postajući gusti zvjezdani ostatak poznat kao bijeli patuljak. Više neće proizvoditi energiju kroz fuziju, ali će i dalje svijetliti i emitirati toplinu od svojih prethodnih količina fuzije.

Sada kada razumijemo što je Sunce i kako proizvodi svoju energiju, možemo bolje shvatiti kako bismo mogli iskoristiti ovu energiju od samog početka.

kratka povijest solarne energije

FOTONAPONSKI UČINAK (1839.)

Godine 1893. francuski fizičar Alexandre-Edmond Becquerel, tada devetnaestogodišnjak, otkrio je fotonaponski (PV) učinak.

To je učinio eksperimentirajući s metalnim elektrodama i elektrolitima. Tijekom tih eksperimenata, Becquerel je otkrio da se vodljivost povećava s osvjetljenjem.

Također je shvatio da gotovo nema razlike u količini struje pod uvjetima svjetla ili tame.

U tom je trenutku otkrio osnovne principe fotonaponskog učinka. Ipak, trebalo je proći mnogo vremena prije nego što se to stvarno implementiralo.

 

PARNI STROJEVI NA SOLARNI POGON (1860-e)

Tijekom 1860-ih, francuski matematičar August Mouchet osmislio je ideju parnih strojeva na solarni pogon.

U narednim desetljećima, on i njegov pomoćnik Abel Pierre razvili su prve parne strojeve na solarnu energiju. Ovaj izum postao je prethodnik suvremenih paraboličnih kolektora.

 

ČVRSTI MATERIJALI PRETVARAJU SVJETLO U ELEKTRIČNU ENERGIJU (1876.)

Godine 1876., Richard Evans Day i William Grylls Adams otkrili su da selen proizvodi električnu energiju kada je izložen svjetlu.

Međutim, selenove solarne ćelije nisu uspjele pretvoriti dovoljno sunčeve svjetlosti u električnu energiju, stoga se električni uređaji nisu mogli napajati ovom metodom.

Unatoč tome, dvojica znanstvenika su otkrila da čvrsti materijali mogu pretvoriti svjetlo u električnu energiju bez topline ili pokretnih dijelova.

 

EINSTEIN OBJAVLJUJE RAD O FOTOELEKTRIČNOM UČINKU (1905.)

Profesor Albert Einstein objavljuje svoj rad o fotoelektričnom učinku, zajedno sa svojom teorijom relativnosti.

Ova publikacija potaknula je interes mnogih znanstvenika.

 

DOKAZ FOTOELEKTRIČNOG UČINKA (1916.)

Robert Millikan daje eksperimentalni dokaz da fotoelektrični učinak radi.

 

JEDNOKRISTALNI SILICIJ (1918.)

Poljski znanstvenik Jan Czochralski razvio je metodu za uzgoj jednokristalnog silicija. 

 

PASIVNE SOLARNE GRAĐEVINE (1947.)

Prošireni Drugi svjetski rat doveo je do povećane potražnje za solarnim građevinama u Sjedinjenim Državama zbog ograničene energije.

Libbey-Owens-Ford Glass Company odlučila je objaviti knjigu pod nazivom “Your Solar Home,” koja je profilirala četrdeset devet najboljih solarnih dizajnera u zemlji.

 

FOTONAPONSKA TEHNOLOGIJA JE ROĐENA (1954.)

Godine 1954., Daryl Chapin, Calvin Richer i Gerald Pearson konačno su razvili silicijsku fotonaponsku (PV) ćeliju u Bell Labs.

Ovo je bila prva silicijska solarna ćelija sposobna pretvoriti dovoljno sunčeve energije u električnu energiju za napajanje svakodnevnih električnih uređaja.

Isprva, komercijalne silicijske solarne ćelije imale su učinkovitost od 4%, ali kasnije su tu učinkovitost povećali na 11%.

 

PRIJEDLOG ZA SATELITE U ORBITI (1956.)

Godine 1956., William Cherry iz U.S. Signal Corps Laboratories obratio se Paul Rappaportu i Josephu Loferskiju iz RCA Labs s pitanjem o mogućnostima razvoja solarnih ćelija za satelite u Zemljinoj orbiti.

 

N-NA-P SILICIJ SOLARNE ĆELIJE (1958.)

T. Mandelkorn iz U.S. Signal Corps Laboratories razvio je n-na-p silicijske solarne ćelije (što je postalo važno za svemirske ćelije zbog njihove otpornosti na radijaciju).

 

SATELIT VANGUARD 1 (1958.)

Satelit Vanguard 1 koristio je vrlo mali solarni niz (manje od jednog vata) za napajanje svojih radija.

Kasnije te godine, sateliti Explorer III, Vanguard II i Sputnik-3 lansirani su sa PV sustavima na brodu.

Unatoč mnogim neuspjelim pokušajima komercijalizacije silicijske solarne ćelije 1950-ih i 60-ih, ona je uspješno korištena za napajanje satelita. Postala je prihvaćen izvor energije za svemirske aplikacije i ostaje to i danas.

 

SMANJENJE TROŠKOVA SOLARNIH ĆELIJA (1970-e)

Dr. Elliot Berman, uz pomoć Exxon Corporation, razvio je značajno jeftiniju solarnu ćeliju, smanjujući cijenu sa 100 dolara po vatu na 20 dolara po vatu, što je značajno smanjenje cijene!

Solarne ćelije počele su napajati signalna svjetla i sirene na mnogim naftnim i plinskim platformama, svjetionicima, željezničkim prijelazima, a kućne solarne aplikacije počele su se smatrati praktičnim u udaljenim područjima gdje nije bilo moguće uspostaviti mrežnu energiju.

 

SOLAR ONE (1973.)

Sveučilište Delaware izgradilo je Solar One, jednu od prvih kuća na svijetu pogonjenih PV energijom.

Sustav je zahtijevao PV/termalni hibrid.

Krovno integrirani solarni nizovi dovodili su višak energije putem posebnog brojila u mrežu tijekom dana i kupovali energiju iz mreže tijekom noći.

Također, stvarni nizovi djelovali su kao ravne termalne kolektore, s ventilatorima koji su puhali topli zrak preko niza u spremnike za pohranu topline.

 

NREL JE OSNOVAN (1977.)

Godine 1977., U.S. Department of Energy pokrenuo je Solar Energy Research Institute (National Renewable Energy Laboratory).

 

VOLKSWAGEN (1982.)

Njemačka tvrtka Volkswagen počela je testirati solarne panele na krovu modela Dasher. Ovi sustavi mogli su proizvesti 160 vata za sustav paljenja.

 

NAJVEĆA SVJETSKA SOLARNA TERMOELEKTRANA (1986.)

Godine 1986., najveća svjetska solarna termoelektrana, smještena u Kramer Junctionu, Kalifornija, puštena je u rad.

Postrojenje je imalo redove ogledala koja su fokusirala Sunčevu energiju na sustav cijevi koji je cirkulirao tekućinu za prijenos topline.

Ova tekućina za prijenos topline zatim je korištena za proizvodnju pare. Ta para je pogonila konvencionalni generator za proizvodnju električne energije.

 

NREL RAZVIJA NOVU SOLARNU ĆELIJU (1994.)

National Renewable Energy Laboratory razvio je novu solarnu ćeliju napravljenu od materijala galij indij fosfida i galij arseniida.

Ova solarna ćelija postala je prva koja je premašila 30% konverzijske učinkovitosti.

 

SOLAR II (1996.)

Američki Department of Energy započinje s radom na Solar 2, nadogradnji Solar One projekta solarnog tornja.

Solar II je bio u funkciji do 1999. godine. Ovaj put je pokazao kako se solarna energija može učinkovito i ekonomično pohraniti tako da se energija može proizvoditi čak i kada Sunce ne sija aktivno.

Solar II također je izazvao interes za komercijalne solarne tornjeve.

 

RAZVOJ EFIKASNIJE SOLARNE ĆELIJE (1999.)

Spectrolab, u suradnji s NREL-om, razvio je fotonaponsku solarnu ćeliju koja pretvara 32,3 posto sunčeve svjetlosti koja je udari u električnu energiju.

Ova visoka konverzijska učinkovitost postignuta je kombiniranjem tri sloja fotonaponskih materijala u jednu solarnu ćeliju.

Kako bi se iskoristile ove vrlo učinkovite solarne ćelije, potrebno ih je postaviti u uređaj koji koristi leće ili ogledala za fokusiranje sunčeve svjetlosti na ćeliju.

Ovi “koncentrator” sustavi postavljeni su na sustav praćenja koji ih održava usmjerenima prema Suncu.

 

SOLARNE ELEKTRIČNE NADSTREŠNICE NA BENZINSKIM POSTAJAMA (2002.)

British Petroleum (BP) i BP Solar najavili su da će otvoriti benzinsku postaju u Indianapolisu koja će imati solarnu električnu nadstrešnicu.

Postaja u Indianapolisu prva je “BP Connect” trgovina u SAD-u, model koji BP koristi za sve nove ili značajno obnovljene benzinske postaje.

Nadstrešnica uključuje prozirne PV module napravljene od tankoslojnog silicija nanesenog na staklo.

 

SOLARNA ENERGIJA DANAS (2021.)

Kina ostaje najveće tržište PV-a na svijetu, s većinom solarnih panela proizvedenih u gradovima kao što su Shenzhen i Hong Kong.

Rast će se nastaviti i u SAD-u uz stalnu podršku politike na saveznoj i državnoj razini.

Indijsko PV tržište doživjelo je značajan pad novih solarnih PV kapaciteta u 2020. zbog kašnjenja povezanih s Covid-om. Međutim, očekuje se da će se zemlja brzo oporaviti u 2021.

Konačno, širom svijeta, očekuje se da će solarna PV proizvodnja električne energije porasti za 145 TWh, gotovo 18%, te približiti se 1 000 TWh u 2021.

 

ZAKLJUČAK

Od ranih 2000-ih, moderna solarna tehnologija se proširila i postala globalni fenomen.

Rezidencijalne kuće diljem svijeta prelaze na obnovljive izvore energije instalirajući najnoviju PV tehnologiju na tržištu.

Nedavno je SAD instalirao svoj milijunti solarni sustav.

Zemlji je trebalo 50 godina da postigne ovaj cilj. Međutim, očekuje se da će se broj instaliranih solarnih sustava udvostručiti u samo dvije godine.

Širom svijeta, nove mogućnosti financiranja postaju dostupne za veće kućne instalacije, solarni paneli postaju jeftiniji, a kvaliteta se poboljšava svake godine.

Sve cijene su u eurima s uključenim PDV-om. Naš cilj je pružiti vam što bolji i točniji opis proizvoda. Unatoč trudu, ne možemo garantirati potpunu točnost podataka. Ne odgovaramo za pogreške u opisu proizvoda, tiskarske greške ili promjene cijena.