Istorija solarne ćelije – I deo

Strilingov motorSolarna energetika seže još u daleki osamnaesti vek. Toliko dug period u istraživanju i primeni solarne energije u ljudskom društvu ostavio je mnoga rešenja ne kojima se bazira današnji pogled eksploatacije zračenja Sunca. U narednom tekstu biće prikazani samo fragmenti ove bogate istorije.

Interesovanje za Sunce i iskorišćenje slobodne energije datira još iz početka šesnaestog veka. Veliki naučnik Leonardo da Vinci uradio je skicu koncentrisanog kolektora sa centralnim resiverom svetlosti koji bi pratio kretanje Sunca. Njegovu izradu započeo je 1515 god. Još od tada potiče ideja koncentrisanih solarnih kolektora.

Zatim, švajcarskom naučniku Horas de Sosir-u (Horace de Saussure) se pripisuje konstruisanje prvog u svetu solarnog kolektora, koji je kasnije korišćen od strane Ser Džon Heršel za kuvanje hrane tokom njegove ekspedicije u Južnoj Africi 1830. Još jedan naučnik daje doprinos savremenim solarnom sistemima. Škotski ministar Dr Robert Stirling (slika gore levo ) izumeo je pumpu za vodu napajanu preko solarne energije. Njegov motor je dobijao snagu iz zagrejanog gasa u cilindričnom sudu slika 1. Satojao se od dve spojene komore gasa koje su potpuno zatvorene. Zagrevanja gasa i stvaranjem razlike u temperaturi dva cilindra ili samo dve komore unutar mašine (ima više varijanti Strilingove mašine), radio je motor za pokretanje pumpe za vodu. Mnogi solarni kolektori sa velikim kružnim koncentratorom svetlosti ili ogledalima danas koriste ovaj princip.


Razvoj solarnih ćelija počinje 1839 istraživanjima francuskog fizičara Henri Becquerel-a. Pronašao je fotonaponski efekat dok je eksperimentirao sa čvrstim elektrodama u rastvoru elektrolita kad se stvorio napon prilikom izlaganja elektrode svetlu. Primijetio da se jačina struje između dvije elektrode u elektrolitu povećava prilikom osvjetljavanja elektroda. Efekt je prvo proučavan na čvrstim telima, kao sto je selen (1873-Willoughby Smith). Kao rezultat, selen je uskoro usvojen  u fotografiji, u uređajima za mjerenje svjetlosti. Tako su W. G. Adams i R. E. Day 1877 godine napravili uređaj za mjerenje intenziteta svjetlosti.

Prvom originalnom solarnom ćelijom smatra se ona izrađena 1883 god. (Charles Fritts) od selena kao poluprovodnika s vrlo tankim slojem zlata. Ova rana solarna ćelija imala je efikasnost pretvaranja energije manju od 1%. Nakon toga 1888 – 1897 objavljeno je nekoliko patenata pod naslovom ”Solar cell”. Interesantno je da je prvu solarnu mašinu osmislio Nikola Tesla 1901 godine (patent US 685957) slika 1.

Teslin patent o korišćenju solarne energije

Slika 1. Teslin patent o korišćenju solarne energije

Princip rada je bio da se na ploči P apsorbuje solarno elektromagnetno zračenje, pad napona je bio skoncentrisan na pokretnim pločama t i t’ kondenzatora. Dok se punio proticala bi struja koja je napajala elektromagnet, dok se sve moglo beležiti rotacionim sistemom koji je elektromagnet otkačivao. Kada bi se spojile elektrode i ispraznile, proces bi krenuo nanovo. Međutim ovo nije jedini nacrt. Postoje različite varijacije ovog rešenja koja je Tesla priložio na ovom polju.

Albert Einstein je 1904 god. svojim objašnjenjem fotoelectričnog efekta doprineo je teorijskom razvoju solarnih ćelija. Iste godine Wilhelm Hallwachs napravio je prvu solarnu ćeliju sa poluprovodničkim spojem tako što je spojio bakar i bakar-oksid. 1916 god. Robert Miliken sproveo eksperimente i dokazao fotoelektričnog efekta. Još jedan tehnološki proces doprineo je razvoj poluprovodničke elektronike, mada kasnije, a time solarne ćelije i solarnih panela. Poljski naučnik 1918 god. Jan Czochralski (slika 2.) pronalazi metod narastanja kristala metala iz tečne faze. Kasnije je ovaj proces prilagođen za dobijanje kristalnog silicijuma (1948 god. Gordon Teal i John Little).

Poljski naučnik Jan CzochralskiSlika 2. Poljski naučnik Jan Czochralski

U Floridi i Kaliforniji 1920 počeli su da se proizvode i postavljaju solarni sistemi za zagrevanje vode. Audobert i Stora otkrili su i pokazali 1932 god. fotonaponski efekat u Kadmiumu selenidu (CdSe). Ovaj materijal se i danas koristi za izradu istih. Pored ovog matreijala je 1951 god. napravljena je p-n kristalna solarna ćelija od Ge.

Nedostatak je smanjen razvojem solarnih ćelija od silicijuma (Ohl, 1941). Nagli razvoj solarnih ćelija počinje 1954. godine kada su tri američka istraživača Pearson, Fuller i Chapin razvila monokristalnu silicijumsku solarnu ćeliju sposobnu da konvertuje 4% svetlosne energije iz sunčevih zraka dovoljne za snabdevanje električnih kola, slika 3. Kasnije su došli do 11%. Sastojala se od nekoliko silicijumskih pločica (veličine žileta) koji koje su prikupljale slobodne elektrone i pretvorale ih u električnu struju. Ovo istraživanje bilo je u okviru planova razvoja svemirskog programa u Bell-ovim laboratorijama (Bell Laboratories). Iste godine razvijene su i solarne ćelije na kadmijum-sulfidu sa efikasnošću 6%.


Solar 3. Calvin Fuller i Daryl Chapin u Bell-ovim laboratorijama, solarni panel efikasnosti 6%

Istorija solarne ćelije – II deo


Оставите одговор

Ваша адреса е-поште неће бити објављена. Неопходна поља су означена *

Budimo ljudi - zaštita od neželjenih napada *