OSNOVNI POJMI

Tehnologije
Sončne celice
Zgodovina
Slovarček

IZJAVA

Avtorske pravice

VEČ

Domov
Več

IŠČI

Vesel bom vsakršnih pripomb ali kritik, tako glede terminologije, kot tudi glede vsebine strani. Pripombe, kritike ali pohvale naslovite na elektronski naslov:


 

1839 - 1899: Odkritje temeljnih pojavov in lastnosti materialov

Odkritje fotonapetostnega pojava

Fizikalni pojav, ki omogoča pretvorbo svetlobe v elektriko je leta 1839 odkril francoski eksperimentalni fizik Alexandre Edmond Becquerel, ko je pri eksperimetu z dvema kovinskima elektrodama potopljenima v elektrolit, odkril, da prevodnost narašča z osvetljenostjo.

Prve selenske sončne celice

Podobno odkritje, le da tokrat za selen, je leta 1873 uspelo Willoughby Smith-u. To odkritje je pomenilo osnovo za izdelavo prve selenske sončne celice, ki so jo izdelali leta 1877. Prvi natančen opis selenskih sončnih celic je sicer delo Charles-a Fritts-a iz leta 1883.

Raziskave sorodnih pojavov

Leta 1887je Heinrich-u Hertz-u uspelo odkriti, da ultravijolično sevanje spreminja prag napetosti, ki povzroča preskok iskre med dvema kovinskima elektrodama.
 

1900 - 1949: Teoretična razlaga fotovoltaičnega pojava in prve silicijeve sončne celice

Teoretična razlaga fotonapetostnega pojava

Najbolj zaslužen za razlago fotonapetostnega pojava je vsekakor Albert Einstein, ki je pojav teoretično opisal leta 1904. Za svoje delo pa je leta 1921 dobil Nobelovo nagrado. Einsteinova teoretična predvidevanja je leta 1916 praktično dokazal Robert Millikan.

Prve silicijeve sončne celice

Poljski znanstvenik Czohralski je leta 1918 razvil metodo za pridobivanje monokristalnega silicija, ki je omogočala izdelavo prvih silicijevih monokristalnih sončnih celic. Prva silicijeva sončna celica je bila izdelana leta 1941.

Fotonapetostni pojav v drugih materialih

Leta 1932 so fotonapetostni pojav opazili tudi v kadmijevem selenidu, ki danes, poleg silicija, sodi med pomembnejše polprevodniške materiale pri izdelavi sončnih celic.
 

1950 - 1969: Obdobje intenzivnih raziskav vesolja

Obdobje intenzivnih laboratorijskih raziskav

Leta 1951 so izdelali prve germanijeve monokristalne sončne celice. Dr. Dan Trivich, iz univerze "Wayne State University" je leta 1953 izpeljal prve teoretične izračune učinkovitosti posameznih materialov za izdelavo sončnih celic, za valovne dolžine sončnega spektra. Leta 1954 so laboratoriji firme RCA objavili poročilo o fotonapetostnem pojavu pri CdS. V podjetju AT&T so istega leta izvedli več demonstracij delovanja sončnih celic. V Bellovih laboratorijih pa so objavili rezultate delovanja sončne celice s 4.5 % izkoristkom. Izkoristek so že čez nekaj mesecev povečali na 6 %.

Prvi sateliti

Leta 1955so se začele priprave na oskrbo satelitov z energijo s pomočjo sončnih celic. Podjetje Western Electric je istega leta pričelo s prodajo komercialnih licenc za izdelavo sončnih celic. Podjetje Hoffman Electronics-Semiconductor Division je predstavilo komercialni fotovoltaični proizvod z učinkovitostjo 2 % s ceno 25 US$/celico in z močjo celic 14 mW. Cena energije je znašala 1785 US$/W. Leta 1957 je podjetje Hoffman Electronics predstavilo sončno celico z učinkovitostjo 8 %. Samo leto kasneje, torej 1958, je isto podjetje predstavilo sončno celico z učinkovitostjo 9 %. Istega leta je bila izdelana prva silicijeva sončna celica, za uporabo v vesoljski tehniki, ki je bila bolj odporna na sevanje. 17.marca je bil izstreljen satelit Vanguard I, ki je bil prvi satelit, ki so ga z energijo oskrbovale sončne celice. Sistem je deloval neprekinjeno 8 let. Istega leta so američani izstrelili še satelita Explorer III in Vanguard II, rusi pa satelit Sputnik III. V Americusu v ameriški zvezni državi Georgia je bil postavljen prvi telefonski ponavljalnik (repeater), ki ga je napajala sončna energija. Leta 1959 je podjetje Hoffman Electronics predstavilo komercialno dobavljivo sončno celico z učinkovitostjo 10 %. Američani so izstrelili satelita Explorer VI s fotonapetostnim poljem iz 9600 celic in Explorer VII. Leta 1960 je podjetje Hoffman Electronics predstavilo sončno celico z učinkovitostjo 14 %.

Prve konference

Leta 1961 se je odvijala konferenca združenih narodov o uporabi sončne energije v deželah v razvoju. Prva konferenca posvečena fotovoltaiki, se je v organizaciji Inštituta za obrambne študije istega leta odvijala v Washingtonu. Leta 1962 je bil izstreljen je satelit Telstar, prvi komercalni telekomunikacijski satelit, projekt laboratorijev Bell. Moč fotonapetostnega sistema za oskrbo satelita z elektriko je znašala 14 W. Istega leta se je odvijala tudi druga PV konferenca v Washingtonu.

Prvi fotonapetostni moduli

Leta 1963 je podjetju Sharp Corporation uspelo izdelati praktično uporaben fotonapetostni modul iz silicijevih sončnih celic. Na japonskem so istega leta namestili 242 W polje modulov, v tistem času največji fotonapetostni sistem. Leto kasneje, 1964, pri vesoljskem projektu Nimbus, so američani uporabili fotovoltaično polje z močjo 470 W.

Intenzivne raziskave vesolja

Leta 1965 se začne japonski znanstveni program za izstrelitev japonskih satelitov. Leto kasneje, 1966, je prišlo do vtirjenja astronomskega observatorija z močjo fotovoltaičnega polja modulov 1 kW, v zemeljsko orbito. Leta 1968 so izstreleili satelit OVI-13 z dvema CdS paneloma.

Skylab (Vir: NASA NIX)

Prva večja podjetja:

Leta 1969 je Roger Little osnoval firmo Spire Corporation, ki danes sodi med vodilne svetovne proizvajalce opreme za proizvodnjo sončnih celic.
 

1970 - 1979: Nastanek prvih večjih podjetij

Začetki uporabe fotonapetostnih tehnologij na Zemlji

Leta 1972 je bilo ustanovljeno podjetje Solar Power Corporation. Francozi so leta 1972 v Nigru namestili CdS PV sistem za potrebe spremljenja izobraževalnih TV programov na podeželju. Leto kasneje, 1973, je bilo ustanovljeno podjetje Solarex Corporation. Na univerzi Delaware so istega leta zgradili PV-toplotni hibridni sistem "Solar one", ki je bil eden prvih fotonapetostnih sistemov za potrebe gospodinjstev. Poleg fotonapetostnega sistema je sistem vseboval tudi hranilnik toplote z uporabo fazno spremenljivih materialov. Izdelana je bila sončna silicijeva sončna celica, ki je dosegala ceno 30US$/W. Leta 1974 na japonskem starta projekt "Sunshine". Leto kasneje, 1975 sta bili ustanovljeni podjetji Solec International in Solar Technology International. Ameriška vlada je istega leta spodbudila raziskave na področju fotovoltaičnih sistemov za uporabo na Zemlji, v okrilju laboratorijev JPL.

Prvi večji PV sistemi na podeželju v manj razvitem svetu

Leta 1976 so se pod okriljem NASA LeRC se začele instalacije PV sistemov za uporabo na Zemlji, ki so potekale do leta 1985 in kasneje še od 1992 do 1995 leta. Sistemi so bili namenjeni napajanju hladilnikov, telekomunikacijske opreme, medicinske opreme, razsvetljavi, črpanju vode in drugim porabnikom. V tem letu je NASA LeRC predstavila tudi več demonstracijskih projektov. Istega leta (1976) so v laboratorijih RCA izdelali prvo amorfno silicijevo sončno celico.

Prvi primeri uporabe PV sistemov za napajanje zahtevnejših sistemov

V letu 1977 je svetovna proizvodnja presegla 500 kW. Tega leta je NASA LeRC pričela z opremljanjem šestih meteoroloških postaj na različnih lokacijah v ZDA s fotovoltaičnimi sistemi. Tudi v tem letu je NASA LeRC postavila več testnih demonstracijskih projektov. V ZDA je z delom pričel "Solar Energy Research Institute", s sedežem v mestu Golden, v Coloradu. V indijanskem rezervatu je NASA LeRC postavila 3.5 kW sistem - prvi sistem na svetu za potrebe cele vasi. Uporabljali so ga za črpanje vode in oskrbo 15 gospodinjstev z elektriko. Podjetje ARCO Solar v Camarillu, CA, je leta 1979, zgradilo največje proizvodne obrate za proizvodnjo sončnih celic in fotovoltaičnih modulov v tistem obdobju. V Burkini Faso je NASA LeRC postavila 1.8 kW sistem za potrebe črpanja vode. še istega leta zmogljivosti sistema povečajo na 3.6 kW. V Mt. Laguna v Kaliforniji je bil istega leta zgrajen testni 60 kW hibridni diselsko-fotovoltaični sistem za potrebe radarske postaje.
 

1980 - 1989: Instalacije velikih samostojnih sistemov

Veliki samostojni PV sistemi

V letu 1980 se je zgodilo več pomembnih dogodkov. Podjetje ARCO Solar je postalo prvo podjetje, ki je proizvedlo fotovoltaične module s skupno močjo več kot 1 MW/leto. Instalirana je bila testna instalacija fotovoltaičnih sistemov v centru v vulkanski opazovalnici na Havajih. Na tržišču se je pojavilo podjetje BP. Podjetje ARCO Solar je zgradilo 105.6 kW sistem v ameriški zvezni državi Utah. V sistemu so uporabili module proizvajalcev Motorola, ARCO Solar, in Spectrolab. Leto kasneje, 1981, NASA LeRC prične postavljati več sistemov za potrebe napajanja hladilnikov za cepiva na 30 lokacijah v svetu (projekt je zaključen leta 1984). Istega leta je vzletel "Solar Challenger", letalo, ki ga je napaja sončna energija. V nakupovalnem centru "Square Shopping Center" v Lovingtonu, NM, so zgradili sistem z močjo 90.4 kW, z moduli proizvajalca Solar Power Corp. Podoben sistem so zgradili tudi za potrebe Beverly High School, Beverly, MA. Istega leta je bil zgrajen tudi 10.8 kW sistem za razsoljevanje morske vode v Jeddi, v Saudski Arabiji. Ustanovljeno je bilo podjetje Helios Technology, ki je najstarejši evropski proizvajalec sončnih celic. Svetovna proizvodnja je v letu 1982 presegla 9.3 MW. Istega leta je podjetje Solarex ustanovilo Solarex Aerospace division. Na konferenci na Dunaju je NASA LeRC predstavila testni primer oskrbe zemeljske satelitske sprejemne postaje in javne razsvetljave. Volkswagen pa je pričel testirati fotovoltaične module na strehi vozil z močjo 160 W za zagon vozil. Solarex je svoje proizvodne prostore v Fredericku, MD, opremil s PV sistemom na strehi z močjo 200 kW. CA. Podjetje ARCO Solar je v Hisperii, CA, zgradilo 1 MW PV elektrarno z moduli na skupno 108 dvoosnih sledilnih stojalih.

Vozila na sončno energijo

Leto kasneje, 1983, je svetovna proizvodnja fotovoltaičnih modulov presegla moč 21.3 MW, vrednostno pa proizvodi znašajo 250 milijonov dolarjev. Vozilo "Solar Trek" s fotovoltaičnim sistemom z močjo 1 kW je v dvajsetih dneh na dirki po Avstraliji prevozilo 4000 km. Maksimalna hitrost je bila 72 km/h, povprečna pa 24 km/h. Kasneje istega leta je vozilo za razdaljo 4000 km med krajema Long Beach, CA, in Daytona Beach, FL potrebovalo 18 dni. Podjetje Solarex Corp. je od proizvajalca celic RCA kupilo tehnologijo za proizvodnjo amorfnih celic in zgradilo testno elektrarno v mestu Newtown, Pennsylvania. Podjetje ARCO Solar je istega leta zgradilo 6 MW PV elektrarno, kot podsistem javnega električnega omrežja za potrebe Pacific Gas and Electric Company v Kaliforniji. Sistem je zadoščal za potrebe 2000 do 2500 gospodinjstev. Podjetje Solar Power Corporation je zgradilo štiri samostojne fotovoltaične sisteme za potrebe vasi v Tuniziji s skupno močjo 31 kW/sistem. V Gvajani je bil zgrajen 1.8 kW PV sistem za potrebe lokalne bolnišnice. Sistem je napajal hladilnik za cepiva, notranjo razsvetljavo, razsvetljavo v ordinaciji in radijski aparat. Sistem sta načrtovala in zgradila NASA Lewis Research Center in Solarex. Podoben le da močnejši 4 kW PV sistem je bil nameščen tudi v Ekvadorju. 1.8 kW PV sistemi je bil z enako funkcijo nameščen tudi v Zimbabveju. Solarex Corporation se je istega leta združilo s podjetjem Amoco Solar Company, podjetjem v lasti Standard Oil Company.

Prvi amorfni moduli

V Sacramentu v Kaliforniji, je leta 1984, pričela obratovati 1MW PV elektrarna. Podjetje ARCO Solar je istega leta predstavilo prve amorfne module. NASA LeRC je v Gabonu namestila 17 PV sistemov za potrebe lokalnih šol, razsvetljave, medicinske opreme in črpanja vode. BP Solar Systems, je s pomočjo donacij EGS zgradil 30 kW PV sistem povezan z javnim električnim omrežjem v bližini Southamptona, v Veliki Britaniji. V tem letu je podjetje Solarex Corporation zaključilo z dobavo opreme za PV sistem za potrebe Georgetown University Intercultural Center s skupno močjo 337 kW, skupaj 4464 moduli. BP Solar je kupil podjetje Monosolar thin film division, Nortek, Inc.

Sončne celice z visokim izkoristkom in komercialni tankoplastni moduli

Raziskovalcem na univerzi "University of New South Wales" v avstraliji, je leta 1985, uspelo izdelati silicijevo sončno celico z izkoristkom večjim od 20 %. BP je zgradil elektrarno v Sydney-u v Avstraliji in kmalu nato še eno v bližini Madrida. Zgrajen je bil PV sistem v Sulawesiju v Indoneziji za potrebe zemeljske satelitske postaje. Leta 1986 je podjetje ARCO Solar predstavilo G-4000 prvi komercialni tankoplastni fotovoltaični modul.

Dirke vozil na sončni pogon postanejo izziv za razvojne laboratorije

Na tekmi Pentax World Solar Challenge čez avstralijo je leta 1997 zmagal "Sunracer" proizvajalca GM z maksimalno hitrostjo 71 km/h. Leta 1988 je potekala četrta dirka Tour de Sol, 350 km po Švici in Avstriji. Kategorije vozil so bile razdeljene na PV napajana vozila, vozila z dodatnimi pedali, komercialna PV napajana in električna vozila, vendar brez PV napajanja. Skupni nagradni sklad je znašal 140.000 SFR.

Veliki projekti v manj razvitem svetu in povečevanje proizvodnih zmogljivosti

Solarex je zmagal na razpisu za dobavo 50 kW sistema za potrebe razvojnega projekta OZN v Pakistanu. Podjetje ARCO Solar je povečalo zmogljivosti proizvodnje tankoplastnih sistemov v Camarillu, CA, na kapaciteto 7 MW/leto. ARCO Solar je prične s proizvodnjo tudi na Japonskem in v Nemčiji. Leta 1989 je BP Solar dobil patent za tankoplastno tehnologijo proizvodnje sončnih celic. 1989.
 

1990 - 1999: Združevanje velikih podjetij

Nastanek največjih svetovnih proizvajalcev

Podjetji Energy Conversion Devices Inc. (ECD) in Canon Inc. sta leta 1990 osnovali skupno podjetje za proizvodnjo sončnih celic United Solar Systems Corp. Istega leta je podjetje Siemens kupilo ARCO Solar in osnovalo podjetje Siemens Solar Industries. Solar Energy Research Institute (SERI) se je preimenoval v National Renewable Energy Laboratory (NREL). Leto kasneje, 1991, se je podjetje BP Solar Systems preimenovalo v BP Solar International (BPSI), in postalo samostojna enota v okviru koncerna British Petroleum. Leta 1992 je bil na Antarktiki nameščen sistem z močjo 0.5 kW za potrebe laboratorija, razsvetljave, osebnih računalnikov in mikrovalovne pečice. Patentirana je bila silicijeva sončna celica z 20% učinkovitostjo. Leta 1994, se je na Internetu s svojo stranjo pojavil National Renewable Energy Laboratory's (NREL), pomembna ustanova s področja obnovljivih virov energije iz ZDA. DOE, je v Braziliji postavil več testnih sistemov za potrebe agrikulture, lokalnih šol, bolnišnic, razsvetljave, črpanja vode... ASE GmbH iz Nemčije je z nakupom tehnologije Mobil Solar Energy Corporation ustanovilo podjetje ASE Americas, Inc. Leto kasneje, 1995, je bil ustanovljen prvi mednarodni fond za pospeševanje komercializacije PV sistemov in pričel s podporo projektov v Indiji. Svetovna banka in indijska agencija za obnovljive vire energije sta sponzorirali projekte v sodelovanju s podjetjem Siemens Solar. Leta 1996 je podjetje BP Solar kupilo proizvodne zmogljivosti APS v Kaliforniji, in napovedalo komercialno proizvodnjo celic iz kadmijevega telurida. Letalo "Icar", ki ga je poganjala sončna energija, s skupno površino 3000 sončnih celic 21 m² je letelo nad Nemčijo.

Načrti za največji PV sistem v svetu

Leta 1997 je Grčija pristala na sponzoriranje prvih 5 MW od skupno načrtovanega 50 MW sistema na Kreti, vendar zaradi nesporazumov med investitorji do realizacije sistema ni prišlo. Istega leta so v Indoneziji začeli z aktivnostmi po katerih naj bi v Indoneziji v treh letih namestili 36400 50 W sistemov v treh letih. Leta 1999 so se podjetja Solar Cells, Inc. (SCI), True North Partners, LLC, iz Phoenix, Arizona, združila v First Solar, LLC.
 

2000 - : Obnovljivi viri energije gredo na borzo

Nastanek večjih delniških družb v Evropi

Predvsem v Nemčiji posamezna podjetja, ki se ukvarjajo s fotovoltaiko in drugimi obnovljivimi viri energije, že vstopajo na borzo. Združevanje kapitala v Nemčiji privede do nastanka velikih podjetij s področja fotovoltaike. Zanimivo je, da vanje vlaga denar tudi Bill Gates (Microsoft). V letih 2000 in 2001 se močno poveča proizvodnja proizvajalcev na Japonskem. Sharp in Kyocera vsak zase izdelata module moči, ki ustreza letni porabi v Nemčiji, kot najzahtevnejšem evropskem tržišču. Tudi Sanyo ne zaostaja veliko za njima. Eksperimentalno letalo NASE Helios je 13.avgusta 2001 uspešno prestalo testni polet v stratosfero in doseglo višino 30 km.

Literatura in dodatne informacije

Perlin, J.: From Space to Earth - The Story of Solar Electricity; Aatec Publications Ann Arbor Mi, 1999.
Solar Timeline, US department of Energy (484 kB).
NASA Image Exchange - NIX.
IEEE virtual museum - Rusell Ohl.
Inventors - Photovoltaics Timeline.
Wikipedia - Timeline of solar cells; Wikipedia, the free encyclopedia.
California Solar Center - Solar History.
Pvpower.com - Photovoltaic history.
Smith, C.: Revisiting Solar Powers Past (solar thermal energy use in the past).
Women in Science - Maria Telkes.