2022-06-06
«Η Γέννηση των Φωτοβολταϊκών
Το 1839, ο AE Becquerel, ένας 19χρονος Γάλλος επιστήμονας, εισήγαγε αργά δύο ηλεκτρόδια πλατίνας σε ένα όξινο διάλυμα χλωριούχου αργύρου στο εργαστήριο του πατέρα του.Εν αγνοία του, η πόρτα στον κόσμο των φωτοβολταϊκών άνοιγε σιγά σιγά με αυτό το «λάθος» πείραμα.Μετρώντας το ρεύμα που ρέει μεταξύ αυτών των ηλεκτροδίων, διαπίστωσε ότι το ρεύμα στο φως ήταν ελαφρώς υψηλότερο από το ρεύμα στο σκοτάδι.ονόμασε αυτό το φαινόμενο φωτοβολταϊκό φαινόμενο.Αυτό που δεν περίμενε ήταν ότι το μικρό φωτορεύμα που παρατήρησε σε αυτό το πείραμα θα επέφερε μια σημαντική αλλαγή στη χρήση της ανθρώπινης ενέργειας έναν αιώνα αργότερα.Προς τιμήν της ανακάλυψής του, το φωτοβολταϊκό φαινόμενο είναι γνωστό και ως «φαινόμενο Μπεκερέλ».
Αφού τα πειράματα του Μπεκερέλ ήταν αδρανή για 37 χρόνια, ο Βρετανός επιστήμονας William Grills Adams και ο μαθητής του Richard Evans Day ανακάλυψαν ότι το σελήνιο παράγει ηλεκτρισμό όταν εκτίθεται στο φως.Αν και το σελήνιο δεν μπορούσε να παράσχει την ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται εκείνη την εποχή, αυτό απέδειξε ότι τα στερεά μέταλλα μπορούσαν να μετατρέψουν απευθείας το φως σε ηλεκτρική ενέργεια.
Το 1883, ο Αμερικανός επιστήμονας Τσαρλς Φριτς έστρωσε ένα στρώμα ηλεκτροδίου μετάλλου σεληνίου σε φύλλο γερμανίου για να δημιουργήσει το πρώτο φωτοβολταϊκό στοιχείο.Αν και είχε απόδοση μετατροπής μόνο 1% και ήταν εξαιρετικά δαπανηρή, ο Fritz ήταν φιλόδοξος: «Παράγει ηλεκτρική ενέργεια συνεχώς και σταθερά, όχι μόνο στο φως της ημέρας, αλλά και χρησιμοποιώντας διάσπαρτο φως και ακόμη και χαμηλό φως...Μπορεί σύντομα να δούμε φωτοβολταϊκά πάνελ που ανταγωνίζονται [σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα]!» Δυστυχώς, η πρόβλεψή του δεν έγινε πραγματικότητα.Είχε στείλει ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο στη Siemens, τότε στο ίδιο επίπεδο με τον Έντισον, ο οποίος εξήρε την εφεύρεσή του.Η Siemens πίστευε ότι η φωτοβολταϊκή τεχνολογία είχε μεγάλη σημασία στην επιστήμη, και ο Maxwell, ο ταύρος της φυσικής της εποχής, συμφώνησε επίσης, καθώς είχε κάνει το περίφημο «σύστημα εξισώσεων του Maxwell» διάσημο στη φυσική.Από τότε, πολλοί επιστήμονες άρχισαν να διεξάγουν βασική έρευνα για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.Ωστόσο, είτε πρόκειται για Siemens είτε για Maxwell, δεν κατάφεραν να κρύψουν το μυστικό πίσω από τα φωτοβολταϊκά.
Μετά από 24 χρόνια αυτού του μυστηρίου, επιτεύχθηκε τελικά μια σημαντική ανακάλυψη από έναν άλλο γίγαντα της φυσικής, τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος το 1907 έδωσε μια θεωρητική εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου με βάση την κβαντική του υπόθεση του 1905 για το φωτόνιο.Για αυτό, του απονεμήθηκε το Νόμπελ Φυσικής το 1921. Μεταξύ 1912 και 1916, ο Αμερικανός πειραματικός φυσικός Robert Andrews Milliken επιβεβαίωσε την εικασία του Αϊνστάιν για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο μέσω πειραμάτων και του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1923. Με τη σταθερή υποστήριξη της θεωρίας, η ανάπτυξη των φωτοβολταϊκών άρχισε να μπαίνει στη γρήγορη λωρίδα.
Το 1916, ο Πολωνός χημικός Jan Czeklarski ανακάλυψε τη διαδικασία έλξης κρυστάλλων για τον καθαρισμό του μονοκρυσταλλικού πυριτίου και την ονόμασε Μέθοδος Czeklarski προς τιμήν του.Αυτή η τεχνολογία δεν άρχισε να εφαρμόζεται πρακτικά στην κατασκευή γκοφρετών στη βιομηχανία κατασκευής ημιαγωγών μέχρι τη δεκαετία του 1950, και με την αυξανόμενη ζήτηση για μεγάλης κλίμακας συσκευές ημιαγωγών, αυτή η διαδικασία εξελίσσεται συνεχώς.
Ο τροχός της ιστορίας κινήθηκε προς τα εμπρός σχεδόν 20 ακόμη χρόνια όταν, το 1934, οι επιστήμονες ξεκίνησαν την έρευνα για ηλιακά κύτταρα λεπτής μεμβράνης και οραματίστηκαν τη δημιουργία ενεργειακά αυτάρκειας συστημάτων μέσω ηλιακών κυψελών.Πειραματικά δεδομένα έδειξαν ότι η απόδοση παραγωγής ενέργειας θα μπορούσε να βελτιωθεί με ντόπινγκ του υλικού με μεταλλικές ακαθαρσίες.
Το 1940, ο αμερικανός εμπειρογνώμονας ημιαγωγών Russell Orr δημιούργησε τη βασική δομή της διασταύρωσης διόδων στερεάς κατάστασης pn, η οποία έθεσε γερές βάσεις για την εφεύρεση και την κατασκευή ηλιακών κυψελών, προωθώντας σημαντικά την παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας στο βιομηχανικό πεδίο.
Το 1953, ο Αμερικανός φυσικός Daryl Chapin, ο Gerald Pearson και ο χημικός Calvin Sauser Fowler κατασκεύασαν ηλιακά κύτταρα κρυσταλλικού πυριτίου, το καθένα με μέγεθος περίπου 2 εκατοστών, με απόδοση παραγωγής περίπου 4%.Έκτοτε, οι ηλιακές κυψέλες έφτασαν σταδιακά στη βιομηχανία.
Στη βιομηχανία
Στις 17 Μαρτίου 1958, ο δεύτερος τεχνητός δορυφόρος των ΗΠΑ χρησιμοποίησε χημικά και φωτοβολταϊκά στοιχεία, μέσω του εκτοξευτήρα στο διάστημα.Αυτός ο μικρός δορυφόρος έθεσε τα θεμέλια για τη χρήση ηλιακών κυψελών, τα οποία έχουν αναπτυχθεί σταδιακά για την εξερεύνηση του διαστήματος από τότε.Η αξία της εκτεταμένης διάρκειας ζωής του διαστημικού σκάφους που επιτυγχάνεται μέσω των μπαταριών υπερβαίνει κατά πολύ το υψηλό κόστος κατασκευής ηλιακών κυττάρων.Επιπλέον, τα ηλιακά κύτταρα έχουν γίνει φθηνότερα και λιγότερο επικίνδυνα από τις γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων.Σήμερα, τα περισσότερα διαστημόπλοια είναι εξοπλισμένα με ηλιακά κύτταρα και περίπου 1.000 δορυφόροι στον κόσμο χρησιμοποιούν φωτοβολταϊκά για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.Στο διάστημα, οι ηλιακές κυψέλες επιτυγχάνουν ισχύ 220 Watt ανά τετραγωνικό μέτρο.
Το 1976, η αυστραλιανή κυβέρνηση αποφάσισε να λειτουργήσει ολόκληρο το δίκτυο τηλεπικοινωνιών στο εξωτερικό μέσω σταθμών φωτοβολταϊκών κυψελών.Η ίδρυση και λειτουργία φωτοβολταϊκών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής ήταν τόσο επιτυχημένη που αύξησε την εμπιστοσύνη στην ηλιακή τεχνολογία παγκοσμίως.
Από το 1980, μικρές μη επανδρωμένες πλατφόρμες γεώτρησης πετρελαίου στον Κόλπο του Μεξικού έχουν εξοπλιστεί με ηλιακές μονάδες και έχουν αντικαταστήσει σταδιακά τις μεγάλες μπαταρίες που χρησιμοποιούνταν προηγουμένως με τα πλεονεκτήματα της οικονομίας και της πρακτικότητας.
Από το 1983, η Ακτοφυλακή των ΗΠΑ άρχισε να χρησιμοποιεί φωτοβολταϊκά για τα φώτα σηματοδότησης και την τροφοδοσία των φώτων πλοήγησης.Αυτή τη στιγμή, το μερίδιο των ΗΠΑ στην παγκόσμια αγορά φωτοβολταϊκών ήταν περίπου 21%, και η αγορά των φωτοβολταϊκών αφορούσε κυρίως λύσεις αυτόνομων συστημάτων.
Από το 1990, ο Ελβετός μηχανικός Markus Real πρότεινε ότι είναι πιο οικονομικό να εξοπλίζεται κάθε σπίτι με το δικό του φωτοβολταϊκό σύστημα, δηλαδή να υποστηρίζει την αποκεντρωμένη μετατροπή ενέργειας.Τοποθέτησε 333 Φ/Β συστήματα ταράτσας ισχύος 3 kW σε μεμονωμένα κτίρια στη Ζυρίχη.
Το 1991, η Γερμανία ξεκίνησε το πρόγραμμα 1.000 Στέγες και ο «Νόμος Τροφοδοσίας» κατέστησε υποχρεωτική για τις εταιρείες κοινής ωφέλειας να λαμβάνουν ηλεκτρική ενέργεια από μικρές μονάδες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.Η Solon AG στο Βερολίνο και μια ηλιακή μονάδα στο Φράιμπουργκ ιδρύθηκαν.
Το 1994 και το 1997, η Ιαπωνία και οι Ηνωμένες Πολιτείες ξεκίνησαν το πρόγραμμα Million Roof.
Το 2010, η συνολική ονομαστική ισχύς των φωτοβολταϊκών συστημάτων στη Γερμανία ξεπέρασε τα 10 γιγαβάτ και το 2015 η ονομαστική ισχύς των φωτοβολταϊκών συστημάτων παγκοσμίως έφτασε τα 200 γιγαβάτ.
Μας στείλετε την έρευνά σας άμεσα σε
