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太陽能發展史 – 從靈感迸發的瞬間到千奇百怪的可穿戴設備
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太陽能發展史 – 從靈感迸發的瞬間到千奇百怪的可穿戴設備

分類:
行業動態
發布時間:
2018/01/18
【摘要】:
盡管太陽能技術現已非常普及,但其卻不是短時間內就完成的發明。經過了超過兩個世紀的鉆研,這項技術才得以完善。但是,在這漫長的時光中,太陽能電池的靈感來源卻并沒有改變過,那就是宇宙中最明亮的星體?sildenafil?citrate?100mg?–?太陽!太陽釋放的能量給予我們生命。植物使用陽光來制造它們自己的食物,再反過來為動物提供食物。人類依賴植物和動物以獲得營養。采集太陽能這一取之不盡、用之不竭

盡管太陽能技術現已非常普及,但其卻不是短時間內就完成的發明。經過了超過兩個世紀的鉆研,這項技術才得以完善。但是,在這漫長的時光中,太陽能電池的靈感來源卻并沒有改變過,那就是宇宙中最明亮的星體 sildenafil citrate 100mg – 太陽!

太陽釋放的能量給予我們生命。植物使用陽光來制造它們自己的食物,再反過來為動物提供食物。人類依賴植物和動物以獲得營養。

采集太陽能這一取之不盡、用之不竭的能源還可以為一些特定活動服務。通過在屋頂安裝太陽能電池等“太陽能收集器”,偏遠地區的孩子們也可以在夜晚學習;在體育館安裝大型光伏組件,粉絲們在太陽西沉后依舊可以欣賞精彩賽事。

現在,太陽能技術已經有了長足的進步。但在這些閃閃發亮的藍色方塊普遍出現在住宅和商業建筑屋頂上之前,太陽能經過悠久的歷史才成為人類必要的電力來源。

太陽能收集器

早在公元前七世紀,人類就使用放大鏡集中陽光來生火,甚至是消滅惱人的螞蟻!在公元前三世紀時,希臘人和羅馬人在舉行宗教儀式時經常使用起火的鏡子點燃火炬。

在公元前212年,古希臘科學家阿基米德通過使用一個巧妙的裝置幫助敘拉古城抵御了羅馬軍隊的圍困和襲擊。他將數面鏡子的反光聚集在敵人船上的一點,在幾分鐘后,敵人的帆船居然開始燃燒!阿基米德無疑是利用太陽能的始祖。

隨著時間的推移,人們在設計和建造房屋時更偏向于獲得更多光照。東羅馬帝國皇帝查士丁尼一世認為獲得日照是人類最基本的權利。他在《查士丁尼民法大全》(公園534年)中編入“采光權”,保證在公共建筑和房屋內設有陽光房,以便給予民眾溫暖和自然的光照。

1767年,瑞士科學家霍勒斯-本篤·索緒爾(Horace de Saussure)發明了世界上第一個太陽能收集器。

這項發明幫助了科學家、天文學家、探險家約翰·赫舍爾爵士在其1830年的南非探險中得以使用太陽能制作食物以維持生存。

1816年,牧師羅伯特·斯特林(Robert Stirling)離開蘇格蘭教會,在家中發明了熱力發動機,后用于斯特林系統中,是一種太陽能熱力發電技術。

從玻璃到鏡子再到太陽能收集器,太陽能發電設備的發明近在咫尺,下一個急需要解決的問題就是導電性。

太陽能導體

19世紀,太陽能技術在提高導電性方面取得了一系列進步,因而更多光能得以產生電力。

在1839年,在將由兩個電極組成的電解池放置在導電溶液中進行試驗時,法國科學家艾德蒙·貝克勒爾(Edmond Becquerel)發現其在暴露于光線中時,發電能力提升。這是光生伏打效應第一個記錄示例。

隨后的半個世紀,科學家們對于光誘導的研究節奏加快。在1873年,威洛比·史密斯(Willoughby Smith)發現硒的光電導性。三年后,威廉·格里爾斯·亞當斯(William Grylls Adams)和理查德·埃文斯·戴(Richard Evans Day)發現當暴露于光線中時,硒具有發電性能。這是一項令人大開眼界的發現——某些固體可以在不加熱或沒有運動部件幫助的條件下將光轉化為電力!

在不到十年后,硒的研究到達了一個轉折點。美國人查爾斯·弗里茨(Charles Fritts)在硒半導體上覆上一層極薄的金層形成半導體金屬結。這帶來了1%的轉化效率——直接將光轉化為電力。雖然這種材料用于大規模生產成本過高,但弗里茨可被譽為提出太陽能發電理念的第一人。

這也在21世紀初引發了一波光敏性研究浪潮。新材料如銅和氧化亞銅被引入,1908年卡內基鋼鐵公司的威廉·J·貝利(William J. Bailley)發明了利用銅線圈和一個隔熱箱制作的太陽能集熱器。此設計現今依舊被采用。

1918年,太陽能技術的研究進入了硅時代,波蘭化學家揚·柴可拉斯基(Jan Czochralski)發明了提煉單晶硅的方法,這也引發了一陣研究風潮。

1954年,貝爾實驗室的達里爾·查賓(Daryl Chapin)試圖找到能夠讓電話在偏遠地區使用的方法——50年代的電池不能夠在濕熱地區長期使用。他的同事,杰拉德·皮爾森(Gerald Pearson)和卡爾文·富勒(Calvin Fuller)致力于研發使用晶體硅的固態整流器(將交流電轉化為直流電)。在當時,光伏電池由硒制成,每平米僅可生成5瓦特電力,轉化率僅為0.5%。查賓希望將其提升至6%!

隨著時間流逝,研究者將鎵引入晶體矩陣,并覆上一層熱鋰。當在此晶體上照射光線時,皮爾森發現光能量生成了電流!另一個重大的發現時刻則是富勒將汽化的磷摻入硅中,終于達到了6%的轉化率目標!同時,也使得電話能夠在遙遠地區使用。

電池材料的進步標志著可供人類日常使用的太陽能時代來臨。
太陽能發明

戰后二十世紀中期,研究人員看到了行業發展和社會進步的需求,因而越發重視太陽能方面的研究。

1964年,美國國家航空航天局(NASA)發射的人造衛星由470瓦特太陽能電池供電。僅僅一年后,皮特·格拉澤(Peter Glaser)就提出了建造太陽能衛星站的設想。正是因為航空和光伏領域的這些進步,人類才能去探索未知的宇宙、預測氣象并以更快的速度連接到世界任何一個角落。

1970年,人們開始把太陽能電池的應用轉移到一般的民生用途上,特別是在偏遠地區的使用。1972年,尼日爾的一所鄉村小學收到了來自法國的禮物——由硫化鎘光伏系統供電的教育電視。

1973年,特拉華大學建造了世界上第一座使用光伏和熱混合動力系統的住宅,其被命名為“太陽一號”(Solar One)。如今,你可以在房屋窗戶和墻面看到薄膜太陽能電池——這也使得其可以吸收更多陽光。再加上鉛酸和鋰離子電池的進步,對于那些遠離電網的人來說,儲存能源以轉化為電力與十年前相比變得越來越簡單和可行。

2006年,特斯拉在電動車領域進行了一次博弈。創始人馬丁·艾伯哈德(Martin Eberhard)和馬克·塔彭寧(Marc Tarpenning)開始嘗試包括加熱座椅、衛星導航和鋰電子電池在內的令人瞠目結舌的設計和先進部件的試驗。研制出的電動車在3.9秒內的加速度達到了難以置信的97公里每小時,每次充電可以運行320公里。

 

太陽能光伏的使用在公海也司空見慣,例如混合動力船和游艇利用太陽能供給巡航馬力。根據2010年的吉尼斯世界紀錄,最大的太陽能船舶是圖蘭星球太陽號(MS TURANOR PlanetSolar),經測量有31米長,并且船身537平米的區域由93千瓦的太陽能電池板覆蓋。這也使得船舶在27天的航行中可以完全依賴太陽能供電,以14海里的最快速度橫跨大西洋。

光伏發電廠同樣也取代了全球眾多依賴于礦物化石燃料的發電廠,有利于降低污染和減少碳排放,讓人們享受到清潔能源。2015年,英利與可再生能源開發商Namene公司計劃在加納及其周邊鄰國開發總計100兆瓦的大型電站項目和達50兆瓦的商用屋頂光伏項目。

現在便攜太陽能設備越來越流行。但你能想象到太陽能比基尼嗎?美國紐約的安德魯·施耐德在2011年就研制出了太陽能比基尼,在佩戴者享受日光浴時將手機或音樂播放器插在比基尼端口即可充電。每件太陽能比基尼使用40塊紙一樣纖薄的易彎曲光-電流面板,用軟傳導線縫合,尾端為USB端口。

如果上面這些發明都不夠讓你感到驚奇的話,那么接下來要介紹的這項發明大概會讓你嘖嘖稱奇。北京推出的“空中巴士”由電力驅動,部分電力通過太陽能設備供給,可以容納1200名乘客,在行駛中小汽車也可以在其底部正常行駛。

技術發明勢在必行!正如冒險家、PlanetSolar項目發起人Raphael Domjan先生所說:“我們鼓勵工程師和科學家開發鼓舞人心的創新技術,證明我們能夠將不可能的事變為現實。” 

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