Khi pin năng lượng mặt trời được phát minh, nó tạo ra sự thay đổi trong chuyển động để sản sinh ra năng lượng. Sự thay đổi này sẽ lặp đi lặp lại hàng trăm lần qua các cuộc cách mạng về công nghệ từ các nhà vật lý và kỹ sư khác nhau. Lịch sử của năng lượng mặt trời là một câu chuyện hấp dẫn về sự đổi mới và tiến bộ.
Ai đã phát minh ra tấm pin năng lượng mặt trời?
Năng lượng mặt trời thực sự không có gì mới. Con người đã sử dụng năng lượng mặt trời từ xa xưa trong lịch sử vào thế kỷ thứ 7 trước Công nguyên. Ở trạng thái nguyên thủy nhất của nó, năng lượng từ mặt trời đã được tôn sùng và đưa vào sử dụng gần như con người đã đi trên mặt đất.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời sớm nhất là việc tập trung năng lượng của mặt trời thông qua kính lúp để nhóm lửa và nấu ăn. Vào thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên, người Hy Lạp và La Mã đã phản chiếu ánh sáng mặt trời từ những chiếc gương cầu để biến thành ánh sáng đốt đuốc thiêng cho các nghi lễ tôn giáo.
Sunroom ( phòng tắm nắng) được phát minh vào thời cổ đại , thu năng lượng mặt trời để sưởi ấm tự nhiên cho căn phòng. Những căn phòng thường hướng về phía nam này đã thu được và tập trung ánh sáng mặt trời, từ các nhà tắm La Mã nổi tiếng cho đến những người Mỹ bản địa và đến tận ngày nay vẫn còn phổ biến trong nhiều ngôi nhà hiện đại.
Một truyền thuyết trong lịch sử năng lượng mặt trời của Hy Lạp là về việc nhà khoa học Archimedes đốt lửa để bao vây các tàu gỗ từ Đế chế La Mã. Câu chuyện kể rằng ông đã phản chiếu năng lượng ánh sáng của mặt trời từ những tấm khiên bằng đồng có tác dụng như một gương cầu lồi, tập trung các tia sáng và tấn công kẻ thù trước khi chúng đổ bộ.
Hãy nghĩ về năng lượng mặt trời như một loại tia laser mặt trời cổ đại. Cho dù điều này thực sự xảy ra trong thời gian của Archimedes hay không vẫn chưa được xác minh. Nhưng thí nghiệm về năng lượng mặt trời này đã được hải quân Hy Lạp thử nghiệm vào những năm 1970. Họ đã đốt thử một con tàu bằng gỗ cách đó 50 mét không sử dụng gì ngoài chiếc khiên bằng đồng huyền thoại và năng lượng ánh sáng mặt trời.
Công nghệ pin mặt trời được phát minh
Năm 1839, nhà vật lý người Pháp Edmond Becquerel đã phát hiện ra hiệu ứng quang điện trong khi thử nghiệm với một tế bào làm bằng điện cực kim loại trong một dung dịch dẫn điện. Ông thấy rằng tế bào sản xuất nhiều điện hơn khi tiếp xúc với ánh sáng.
Sau đó vào năm 1873, Willoughby Smith đã phát hiện ra rằng selen có thể hoạt động như một chất quang dẫn.
Chỉ ba năm sau, vào năm 1876, William Grylls Adams và Richard Evans Day đã áp dụng nguyên lý quang điện được phát hiện bởi Becquerel cho selenium. Trên thực tế, họ đã ghi lại rằng nó có thể tạo ra điện khi tiếp xúc với ánh sáng.
Gần 50 năm sau khi phát hiện ra hiệu ứng quang điện, vào năm 1883, nhà phát minh người Mỹ Charles Fritz đã tạo ra pin mặt trời selenium hoạt động đầu tiên. Mặc dù chúng ta sử dụng silicon trong các tế bào cho các tấm pin mặt trời hiện đại, pin mặt trời này là tiền thân chính của công nghệ được sử dụng ngày nay.
Theo một cách nào đó, nhiều nhà vật lý trên thế giới đã tham gia phát minh pin mặt trời. Becquerel được cho là đã phát hiện ra tiềm năng của hiệu ứng quang điện và Fritz thực sự tạo ra tổ tiên cho tất cả các pin mặt trời cho đến ngày nay.
Nhận thức và sản xuất công nghệ năng lượng mặt trời
Albert Einstein có vai trò trong việc thu hút sự chú ý của thế giới đối với năng lượng mặt trời và tiềm năng của nó. Năm 1905, Einstein đã xuất bản một bài báo về hiệu ứng quang điện và cách ánh sáng mang năng lượng. Điều này tạo ra sự chú ý và chấp nhận nhiều hơn đối với năng lượng mặt trời ở quy mô rộng hơn.
Bước nhảy vọt lớn đối với pin mặt trời giống như pin được sử dụng trong các tấm pin ngày nay đến từ công trình của Bell Labs vào năm 1954. Ba nhà khoa học ở đó, Daryl Chapin, Calvin Fuller và Gerald Pearson, đã tạo ra một pin mặt trời thực tế hơn bằng silicon.
Ưu điểm của silicon là hiệu quả tốt hơn và tính sẵn có rộng rãi của nó như là một nguồn tài nguyên thiên nhiên.
Khi thời đại vũ trụ phát triển, các tấm pin mặt trời được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các bộ phận khác nhau của tàu vũ trụ trong suốt cuối những năm 1950 và 1960. Đầu tiên là vệ tinh Vanguard I vào năm 1958, tiếp theo là Vanguard II, Explorer III và Sputnik-3.
Năm 1964, NASA đã phóng vệ tinh Nimbus, chạy hoàn toàn trên mảng pin mặt trời quang điện công suất 470 watt. Như vậy từ thời điểm này thì chẳng còn lâu nữa, Pin năng lượng mặt trời sẽ có mặt hầu khắp các hộ gia đình cũng như doanh nghiệp, nhà Xưởng
Tấm năng lượng mặt trời như là một thay thế năng lượng khả thi
Vào những năm 1970, tình trạng thiếu dầu đã mang lại nhận thức về sự phụ thuộc của Mỹ vào các nguồn năng lượng nước ngoài. Đó là thời kỳ lạm phát cao khi người Mỹ bị siết chặt về kinh tế, và sự thiếu hụt các yếu tố cần thiết khiến nhu cầu đổi mới tiếp tục trở nên rõ ràng.
Chính trong thời gian này, tổng thống Jimmy Carter đã lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mái nhà Trắng. Đây là một tuyên bố để làm cho năng lượng sạch thông qua năng lượng mặt trời trở nên hữu hình hơn đối với con người và để truyền bá nhận thức.
Ngay cả với nhiều người quan tâm đến năng lượng mặt trời trong những thập kỷ gần đây, chi phí và hiệu quả đã dần được cải thiện. Khi các tấm pin mặt trời được chế tạo để có hiệu quả cao hơn và chi phí thấp hơn, năng lượng mặt trời đã trở thành một cách thực tế cho người dân hàng ngày để tạo ra năng lượng cho nhà và doanh nghiệp của họ.
Có lẽ bước nhảy vọt quan trọng nhất đối với năng lượng mặt trời, cả về hiệu quả và giá cả, đã diễn ra trong vài năm qua.
Bảng điều khiển năng lượng mặt trời hiệu quả và giá cả trong những năm qua
Những cải tiến về pin mặt trời dựa trên sự phát hiện ban đầu của Becquerel về hiệu ứng quang điện đã mang lại cho các tấm pin mặt trời sớm đạt hiệu suất khoảng 1% và khoảng 300 USD mỗi watt. Chi phí khoảng 2 - 3 đô la mỗi watt để tạo ra điện từ than vào thời điểm đó.
Pin mặt trời silicon năm 1954 của Bell Labs hoạt động với hiệu suất khoảng 4% và sau đó đạt được hiệu suất 11%. Đây là một sự gia tăng đáng kể cho phép cung cấp năng lượng cho một thiết bị điện trong vài giờ lần đầu tiên trong lịch sử.
Sau đó vào năm 1959, Hoffman Electronics đã đạt được hiệu quả 10%. Ngay sau đó, họ đã đánh bại kỷ lục của chính mình với hiệu suất 14% vào năm 1960.
Những nâng cấp hiệu quả này đã giúp đẩy các tấm pin mặt trời vào chương trình không gian. Việc sử dụng các tấm pin mặt trời trong chương trình không gian cho đến những năm 1960 đã tăng sản lượng và dần dần giá giảm xuống khoảng 100 đô la mỗi watt.
Exxon đã tài trợ cho nghiên cứu của Tiến sĩ Elliot Berman vào những năm 1970, nơi sản xuất một pin mặt trời ít tốn kém hơn và đưa chi phí pin mặt trời xuống khoảng 20 đô la mỗi watt.
Hiện tại, các tấm pin mặt trời có hiệu suất trung bình từ 15 đến 18% và có thể có giá thấp tới 0,5 đô la mỗi watt.
Với lịch sử lâu dài của công nghệ năng lượng mặt trời, đáng chú ý là sự thay đổi thực sự của biển đối với năng lượng mặt trời đã diễn ra trong vài thập kỷ qua. Kể từ những năm 1980, chi phí của các tấm pin mặt trời đã giảm trung bình 10% mỗi năm.
Những cải tiến trong công nghệ năng lượng mặt trời đã giảm giá thành của các tấm pin, là nhờ các nhà khoa học và các kỹ sư đã tập trung nghiên cứu, ưu tiên cho năng lượng mặt trời như một nguồn điện sạch, có khả năng tái tạo và bền vững với môi trường, việc giảm chi phí sản xuất dẫn đến giảm giá thành đã đem nguồn năng lượng này đến từng hộ gia đình, góp phần phát triển ngành điện mặt trời trên thế giới ngày một lớn mạnh, dần dần thay thế cho năng lượng hóa thạch cũng như các nguồn năng lượng khác.