Lịch sử ngành năng lượng mặt trời

Mặc dù năng lượng mặt trời đã tìm thấy một vai trò quan trọng và cần thiết trong nền kinh tế năng lượng sạch ngày nay, nhưng có một lịch sử lâu dài đằng sau quang điện. Lịch sử nghiên cứu phát triển ứng dụng đã đưa khái niệm điện năng lượng mặt trời thành hiện thực. Với chi phí năng lượng mặt trời đã giảm mạnh trong thập kỷ qua, thật dễ dàng để quên rằng đi năng lượng mặt trời có một ý nghĩa hoàn toàn khác ngay cả chỉ 15 năm trước. Chúng ta hãy quay trở lại một vài thế kỷ về nguồn gốc của pin mặt trời và khám phá lịch sử của năng lượng mặt trời và công nghệ năng lượng mặt trời.

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

Về lý thuyết, năng lượng mặt trời được con người sử dụng từ đầu thế kỷ thứ 7 trước Công nguyên khi lịch sử cho chúng ta biết rằng con người đã sử dụng ánh sáng mặt trời để đốt lửa bằng vật liệu thủy tinh phóng đại. Sau đó, vào thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên, người Hy Lạp và La Mã đã biết khai thác năng lượng mặt trời bằng gương để đốt đuốc cho các nghi lễ tôn giáo. Những chiếc gương này đã trở thành một công cụ được chuẩn hóa được gọi là gương đốt cháy. Nền văn minh Trung Quốc đã ghi nhận việc sử dụng gương cho cùng một mục đích vào cuối năm 20 sau Công nguyên.

Một cách sử dụng sớm khác cho năng lượng mặt trời vẫn còn phổ biến ngày nay là khái niệm về “Sunroom” phòng tắm nắng trong các tòa nhà. Những phòng tắm nắng này đã sử dụng các cửa sổ lớn để hướng ánh sáng mặt trời vào một khu vực tập trung. Một số nhà tắm La Mã mang tính biểu tượng, điển hình là những nhà nằm ở phía nam của các tòa nhà, là phòng tắm nắng. Sau đó vào những năm 1200 sau Công nguyên, tổ tiên của người Thổ Nhĩ Kỳ được gọi là Anasazi nằm ở phía nam trên vách đá để đón sự ấm áp của mặt trời trong những tháng mùa đông lạnh giá.

Vào cuối những thế kỷ 16,17 các nhà nghiên cứu và nhà khoa học đã thành công khi sử dụng ánh sáng mặt trời để cung cấp năng lượng cho lò nướng cho những chuyến đi dài. Cuối cùng, rõ ràng rằng thậm chí hàng ngàn năm trước kỷ nguyên của các tấm pin mặt trời, khái niệm thao túng sức mạnh của mặt trời là một thực tế phổ biến.

Khi nào tấm pin mặt trời được phát minh?

Sự phát triển của công nghệ pin mặt trời là một bước lặp có sự đóng góp của nhiều nhà khoa học khác nhau. Đương nhiên, có một số tranh luận xung quanh khi chính xác chúng được tạo ra và ai nên được ghi nhận cho phát minh này. Một số người tin rằng việc phát minh ra pin mặt trời cho nhà khoa học người Pháp Edmond Becquerel , người đã xác định ánh sáng có thể tăng sản lượng điện khi hai điện cực kim loại được đặt vào một giải pháp dẫn điện. Bước đột phá này, được định nghĩa là hiệu ứng quang điện trên mạng, có ảnh hưởng trong các phát triển PV sau này với nguyên tố selen.

Năm 1873, Willoughby Smith đã phát hiện ra rằng selen có tiềm năng quang dẫn, dẫn đến khám phá năm 1876 của William Grylls Adams và Richard Evans Day rằng selenium tạo ra điện khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Vài năm sau, vào năm 1883, Charles Fritts thực sự đã sản xuất pin mặt trời đầu tiên được làm từ tấm selenium – lý do một số nhà sử học tin rằng Fritts với phát minh thực tế về pin mặt trời.

• Tấm pin năng lượng mặt trời được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1883 bởi Charle Fritts với hiệu suất ban đầu chỉ đạt được 1% . Nhưng trước đó người khám phá ra hiệu ứng quang điện là nhà vật lý người pháp Alexandre Edmond Becquerel vào năm 1839 . Ông nhận ra rằng năng lượng mặt trời có thể tạo ra một hiệu ứng quang điện (ảnh = ánh sáng, voltaic = điện thế). Trong những năm 1880, các tế bào quang điện selen (PV) được phát triển có thể chuyển ánh sáng thành điện năng với hiệu suất 1-2% hiệu suất của pin mặt trời là tỷ lệ ánh sáng mặt trời có sẵn được chuyển đổi bởi tế bào quang điện thành điện, nhưng sự biến đổi xảy ra không chưa chứng minh được . Do đó, năng lượng quang điện vẫn là một sự tò mò trong nhiều năm, vì nó không hiệu quả khi biến ánh sáng mặt trời thành điện. Tiếp sau đó mãi cho đến khi Albert Einstein đề xuất một lời giải thích cho “hiệu ứng quang điện” vào đầu những năm 1900, sau đó ông đã giành được giải Nobel.

Công nghệ năng lượng mặt trời tiến tới gần như thiết kế hiện tại của nó vào năm 1908 khi William J. Bailey của Công ty thép Carnegie phát minh ra với một hộp cách nhiệt và thanh selen. Để kiểm chứng lại nguyên nhân ông đã đặt thanh selen vào bên trong chiếc hộp có nắp trượt. Khi nắp được đóng kín và không có ánh sáng lọt vào, thanh selen có điện trở cao nhất và thực hiện đúng nhiệm vụ ngăn cản dòng điện. Nhưng khi chiếc nắp được trượt ra để ánh sáng lọt vào, dòng điện chạy qua ngày càng được tăng cường và tăng theo cường độ ánh sáng chiếu vào. Khi đó ông đã đăng tải phát hiện của mình trên tạp chí Nature với nội dung “Tác động của ánh sáng lên selen thông qua quá trình truyền tải dòng điện”. Bài báo cáo đã gây nên sự chú ý đối với nhiều nhà khoa học trên khắp Châu Âu thời bấy giờ. Với nghiên cứu của mình ông được công nhận là người đầu tiên khám phá ra chất quang điện của nguyên tố selen. Khám phá này đã tạo tiền đề cho việc chế tạo ra pin mặt trời sau này.

Tuy nhiên, pin mặt trời như chúng ta biết ngày nay được làm bằng silicon chứ không phải selen. Do đó, một số người coi phát minh thực sự của các tấm pin mặt trời được gắn với Daryl Chapin, Calvin Fuller và Gerald Pearson về việc tạo ra tế bào quang điện silicon tại Bell Labs vào năm 1954 . Nhiều ý kiến ​​cho rằng sự kiện này đánh dấu phát minh thực sự của công nghệ PV vì đây là trường hợp đầu tiên của công nghệ năng lượng mặt trời thực sự có thể cung cấp năng lượng cho một thiết bị điện trong vài giờ mỗi ngày. Pin mặt trời silicon đầu tiên có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời với hiệu suất bốn phần trăm, ít hơn một phần tư so với các tế bào hiện đại có khả năng.

Các sự kiện lớn khác trong lịch sử năng lượng mặt trời

• Các tấm pin mặt trời ở ngoài vũ trụ –  Một số ứng dụng đầu tiên của công nghệ năng lượng mặt trời thực sự ở ngoài vũ trụ nơi năng lượng mặt trời được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các vệ tinh. Năm 1958, vệ tinh Vanguard I đã sử dụng một tấm pin mặt trời một watt nhỏ để cung cấp năng lượng cho bộ đàm của nó. Cuối năm đó, Vanguard II, Explorer III và Sputnik-3 đều được ra mắt với công nghệ PV trên tàu. Năm 1964, NASA chịu trách nhiệm phóng tàu vũ trụ Nimbus đầu tiên, một vệ tinh có thể chạy hoàn toàn trên một dải pin năng lượng mặt trời 470 watt. Năm 1966, NASA đã ra mắt Đài quan sát thiên văn quỹ đạo đầu tiên trên thế giới
• Nơi lưu trữ năng lượng mặt trời đầu tiên –  Năm 1973, Đại học Delwar chịu trách nhiệm xây dựng tòa nhà năng lượng mặt trời đầu tiên, có tên là Solar Solar One. Hệ thống này chạy trên một nguồn cung cấp năng lượng mặt trời và nhiệt điện mặt trời. Đây cũng là ví dụ đầu tiên của việc xây dựng hệ thống quang điện tích hợp – mảng không sử dụng tấm pin mặt trời mà thay vào đó là năng lượng mặt trời tích hợp vào tầng thượng, tương tự như thiết kế cho sản phẩm ngói mặt trời của Tesla.
• Thành tựu về hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời  – Từ năm 1957 đến 1960, Hoffman Electronics đã tạo ra một số bước đột phá với hiệu suất quang điện, cải thiện kỷ lục hiệu suất từ ​​8% đến 14%. Thành tựu lớn tiếp theo là vào năm 1985 khi Đại học South Wales đạt hiệu suất 20% cho các tế bào silicon. Năm 1999, Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia đã hợp tác với SpectroLab Inc. để tạo ra pin mặt trời với hiệu suất 33,3%. Đại học South Wales đã phá vỡ kỷ lục đó một lần nữa vào năm 2016 khi các nhà nghiên cứu đạt hiệu suất 34,5%.
• Máy bay chạy bằng năng lượng mặt trời  – Năm 1981, Paul MacC đã chế tạo Solar Challenger, chiếc máy bay đầu tiên bay bằng năng lượng mặt trời và bay qua eo biển từ Pháp đến Anh. Năm 1998, chiếc máy bay năng lượng mặt trời điều khiển từ xa có tên là Pathfinder. kỷ lục sau khi đạt 80.000 feet. NASA đã phá vỡ kỷ lục đó vào năm 2001 khi họ đạt 96.000 feet bằng máy bay không tên lửa. Năm 2016, Bertrand Piccard đã hoàn thành chuyến bay không khí thải đầu tiên trên toàn thế giới với Solar Impulse 2, máy bay chạy bằng năng lượng mặt trời lớn nhất và mạnh nhất thế giới hiện nay.
• Chi phí năng lượng mặt trời theo thời gian  – Giá cho các tấm pin mặt trời đã giảm đáng kể trong vài thập kỷ qua, dẫn đến nhu cầu tiêu dùng tăng lên đã tạo ra hơn một triệu tấm lắp đặt  tại Mỹ vào đầu năm 2016. Vào năm 1956, các tấm pin mặt trời có giá khoảng 300 đô la mỗi watt . Đến năm 1975, con số đó đã giảm xuống chỉ còn hơn 100$US / watt. Ngày nay, một tấm pin mặt trời có thể có giá chỉ $ 0,4 một watt. Hãy xem xét điều này: kể từ năm 1980, giá pin mặt trời đã giảm ít nhất 10% mỗi năm.Chi phí giảm mạnh chủ yếu là do sự phổ biến ngày càng tăng của năng lượng mặt trời và tính hợp pháp của PV như một nguồn năng lượng đáng tin cậy trong thế giới ngày nay.

• Vào cuối những năm 1950 và 1960, chương trình không gian của NASA đã đóng một vai trò tích cực trong sự phát triển của quang điện. “Các tế bào là nguồn năng lượng điện hoàn hảo cho vệ tinh vì chúng rất chắc chắn, nhẹ và có thể đáp ứng các yêu cầu công suất thấp đáng tin cậy.”
• Năm 1982 Nhà máy điện mặt trời đầu tiên có công suất 1MW được hoàn thành ở Mỹ.
• Năm 1983: sản xuất pin mặt trời trên toàn thế giới vượt mức 20 MW, và doanh số bán vượt mức 250 trieu USD.
• Năm 1997: Sanyo bắt đầu sản xuất hàng loạt pin mặt trời hiệu xuất cao HIT c-Si/a-Si: H.
• Đến năm 1999 tổng công suất lắp đặt pin mặt trời trên thế giới đạt 1GW.
• Năm 2002: Hội nghị Solar Silicon đầu tiên đối phó với cuộc khủng hoảng của nguyên tố Si được tổ chức bởi Photon tại Munich, Đức.
• Năm 2006: Wacker mở rộng sản xuất pin năng lượng mặt trời poly-Si tại Burghausen, Đức, Công suất lên đến 16.000 tấn / năm để trở thành công ty lớn thứ hai trong lĩnh vực này trên toàn thế giới .
• Năm 2010, tổng công suất pin mặt trời trên thế giới ước tính đạt 37,4GW (trong đó Đức có công suất lớn nhất với 7,6GW.)
• Dự đoán công suất pin mặt trời thế giới đến năm 2025

Bất kể lý do tại sao năng lượng mặt trời là thú vị đối với bạn, có một lịch sử mạnh mẽ và hấp dẫn đằng sau sự phát triển của năng lượng mặt trời. Solar có một danh sách dài các ý nghĩa trong thời đại ngày nay. Nó mở rộng các ngành công nghiệp khác nhau và đóng góp sức mạnh cho nguồn năng lượng sạch.

Tổng hợp từ Internet