70 години от създаването на първия практичен соларен панел

Той има ефективност, която може да захрани електрическа крушка

11:16 | 25 април 2024 | Редактор: Стоян Гогов 1 1359

Историята на соларните панели, които преобразуват слънчевата светлина в електрически ток, започва още от 19 век. Ефективността им обаче е толкова ниска, че те не могат да намерят практично приложение. Това се променя точно преди 70 години на 25 април 1954 г. Изследователи от Bell Laboratories демонстрират първата в света практична силиконова фотоволтаична клетка.

Историята на соларните панели започва с едно ранно и необяснено по това време наблюдение на фотоволтаичния ефект през 1839 г.

Френският физик Александър-Едмон Бекерел експериментира с метални електроди в електролитен разтвор, когато забеляза че се получават слаби токове, когато металите са изложени на светлина. Ученият не успява да си обясни ефекта и той ще е мистерия до 1873 г. Англичанинът Уилоуби Смит открива фотопроводимостта на селена, докато тества материали за подводни телеграфни кабели. През 1883 г. американският изобретател Чарлз Фритс прави първите фотоволтаични клетки от селен. Фритс се надява, че неговите слънчеви клетки могат да се конкурират с електроцентралите на Едисън, работещи с въглища. За негова жалост, тяхната ефективност на преобразуването на слънчевата светлина в електричество е под 1%.

Следващият голям напредък в технологията на соларните клетки е направен през 1940 г. от Ръсел Шумейкър Ол, изследовател на полупроводници в Bell Labs. Той по случайност въвежда p-n прехода при експерименти със силициеви проби. P-n преход е област на съприкосновение на полупроводници с различна проводимост. В експериментите на Ол едната страна е положително легирана, а другата страна е отрицателно легирана. Излишният положителен заряд се натрупва от едната страна на p-n бариерата, а излишният отрицателен заряд се натрупва от другата страна на бариерата, създавайки електрическо поле. Така се ражда първата фотоволтаична клетка с ефективност от 1%. Това обаче все още е далеч от практичното приложение.

Първата практична силициева слънчева клетка е създадена тринадесет години по-късно от екип учени, работещи заедно в Bell Labs.

През 1953 г. инженерът Дарил Чапин, който преди това е работил върху магнитни материали в лабораторията, се опитва да разработи източник на енергия за телефонни системи в отдалечени влажни места, където сухите клетъчни батерии се разграждат твърде бързо.

Чапин проучва няколко алтернативни източника на енергия и се спира на слънчевата енергия. Той експериментира със селенови фотоволтаични клетки, но ги намира за твърде неефективни.

Междувременно химикът Калвин Фулър и физикът Джералд Пиърсън работят върху контролирането на свойствата на полупроводниците чрез въвеждане на примеси.

Фулър дава на Пиърсън парче силиций, съдържащо примеси от галий. Пиърсън го потапя в литий, създавайки p-n преход. След това Пиърсън закача амперметър към парчето силиций и го осветява със светлина. За тяхна изненада амперметърът "подскача значително".

Двамата познават Дарил Чапин и веднага се свързват с него. След това учените работят няколко месеца върху подобряването на свойствата на своите силициеви фотоволтаици. След редица подобрения в дизайна, те свързват няколко фотоволтаични клетки, за да създадат първата "слънчева батерия".

Bell Labs обявява изобретението на 25 април 1954 г. в Ню Джърси. Учените провеждат публична демонстрация на своя слънчев панел, като го използват за захранване на малка играчка виенско колело, както и на радиопредавател.

Тези първи силициеви фотоволтаични клетки имат около 6 процента ефективност при преобразуването на енергията на слънчевата светлина в електричество, огромно подобрение спрямо всички предходни опити в областта.

New York Times пише, че силициевата слънчева клетка "може да отбележи началото на нова ера, водеща в крайна сметка до осъществяването на една от най-съкровените мечти на човечеството - овладяването на почти неограничената енергия на Слънцето за нуждите на цивилизацията".

Първите силициеви слънчеви клетки са скъпи за производство и ранните усилия за комерсиализация не водят до успех.

Но в рамките на само няколко години слънчевите клетки навлизат ударно в космическата индустрия. Иновацията е възприета и от двете страни на Желязната завеса и скоро в орбита политат съветски и американски апарати, захранвани с ток от Слънцето.

Технологията не спира да се развива, като паралелно се намират по-евтини начини за производство, а ефективността се увеличава.

Днес средната ефективност на фотоволтаични системи е 14-18%. Има соларни системи предлагащи и доста над това, като рекордът е около 40 процента.

В момента Китай държи най-големия дял от слънчеви мощности в света, като само през 2020 г. са въведени в експлоатация около 40 гигавата мощности. Така мечтата на американския изобретател от 19 век се оказва реалност и фотоволтаичните централи наистина съперничат на ТЕЦ-овете и дори на атомните електроцентрали.