الطاقة الكهربائية من اشعة الشمس

مقدمة:
مصطلح "الضوئية"يأتي من φῶς اليونانية (فوس) معنى "النور "، و "فلطائي"، من اسم فولتا فيزيائي إيطالي، بعد الذي يدعى وحدة القوة الكهربائية الدافع، فولت. مصطلح "الفولطية الضوئية" التي تم فيها استخدام باللغة الإنجليزية منذ 1849.

واعترف لأول مرة أثر الضوئية في 1839 من قبل عالم الفيزياء الفرنسي عبد اللطيف بيكريل. ومع ذلك، لم يكن حتى عام 1883 تم بناء أول خلية الضوئية ، والتي Fritts تشارلز، الذي ابتكر مغلفة السيلينيوم أشباه الموصلات مع طبقة رقيقة جدا من الذهب على شكل الوصلات. وكان الجهاز فقط حوالي 1% فعالة. في عام 1888 عالم الفيزياء الروسي ألكسندر Stoletov قام بناء الخلية الأولى الكهروضوئية (على أساس التأثير الكهروضوئي الخارجي اكتشف هاينريش هيرتز في وقت سابق من 1887). وأوضح ألبرت أينشتاين التأثير الكهروضوئي في 1905 الذي حصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921. براءة اختراع لأشباه الموصلات راسيل Ohl تقاطع الخلايا الشمسية الحديثة في 1946، الذي تم اكتشافه في الوقت الذي تعمل على سلسلة من التطورات التي من شأنها أن تؤدي إلى صناعة الترانزستور.

الخلايا الاولي العملية

وقد تم تطوير خلايا الخلية الضوئية الحديثة في عام 1954 في مختبرات بيل. الخلية الشمسية ذات الكفاءة العالية وضعت من قبل شابين داريل، كالفين فولر ساوثير وجيرالد بيرسون في عام 1954 باستخدام السندات الإذنية السيليكونيه موزع مفرق. في البداية ، وضعت في لعب الاطفال ولها استخدامات اخري صغيره كالحاسبات والساعات أخرى ، وتكلفة الكهرباء التي تنتجها كانت عالية جدا -- من الناحية النسبية، وهي الخلية التي أنتجت 1 واط من الطاقة الكهربائية في تكلفة ضوء الشمس الساطع عن 250 $، مقارنة ب 2 $ الى 3 $ لمصنع الفحم.
والخلايا الشمسية التي تم اكتشافها كان لـ اقتراح أضافتها إلى القمر الصناعي الأول. في الخطط الأصلية، سوف تعمل فقط بواسطة القمر الصناعي البطارية ، وتستمر لفترة قصيرة في حين أن هذا نزل. بإضافة الخلايا إلى خارج جسم الطائرة، يمكن تمديد الوقت البعثة مع أي تغييرات رئيسية في المركبة الفضائية أو نظم قوتها. كان هناك بعض الشكوك في البداية، ولكن في الممارسة الخلايا أثبتت نجاحا كبيرا، وبدأ تصميم الخلايا الشمسية للاقمار الجديدة ولا سيما تلستار بيل نفسه.

وكانت التحسينات بطيئة على مدى العقدين المقبلين ، واستخدام واسع النطاق فقط في مجال التطبيقات الفضائية حيث تكنولجيا الفضاء والسبق كانت هي أعلى من أي تكنولوجيا منافسة. ومع ذلك، هذا النجاح كان أيضا السبب وراء بطء التقدم؛ مستخدمين الفضاء كانوا على استعداد لدفع أي شيء للخلايا على أفضل وجه ممكن، لم يكن هناك سبب للاستثمار في حلول أقل تكلفة وإذا كان هذا من شأنه أن يقلل من الكفاءة. بدلا من ذلك ، تم تحديد السعر من الخلايا إلى حد كبير في صناعة أشباه الموصلات؛ انتقالهم إلى الدوائر المتكاملة في 1960s أدت إلى توافر أكبر بولز بأسعار أقل نسبيا. كما انخفض سعرها، إلا أن أسعار الخلايا الناتجة كذلك. كانت محدودة ولكن هذه الآثار، وتكاليف خلية 1971 وتشير التقديرات إلى أن 100 دولار للواط.

تخفيضات في الأسعار لتحويل الطاقة

في أواخر 1960 ، إليوت بيرمان قام في طريقة جديدة لانتاج المادة الخام للسيليكون في عملية الشريط. ومع ذلك ، وجد القليل من الاهتمام في المشروع وكان غير قادر على الحصول على التمويل اللازم لتطويرها. في لقاء الفرصة ، وقدم في وقت لاحق لفريق في اكسون الذين كانوا يبحثون عن المشاريع لـ 30 سنة في المستقبل. وقال إن المجموعة خلصت إلى أن الطاقة الكهربائية ستكون أكثر تكلفة بكثير بحلول عام 2000 ، ورأت أن هذه الزيادة في السعر الجديد من شأنه أن يجعل مصادر الطاقة البديلة أكثر جاذبية ، والطاقة الشمسية وكان الأكثر إثارة للاهتمام بين هذه. في عام 1969 ، انضم بيرمان ليندن ، نيو جيرسي مختبر اكسون ، الطاقة الشمسية شركة (أدنوك) .

كانت الجهود التي بذلوها هي معرفة السوق المحتملة لمعرفة ما ممكن يستخدم لمنتج جديد وأنها سرعان ما وجد أنه إذا تم تخفيض دولار لكل واط من 100/watt آنذاك بالسعر الجاري للدولار إلى دولار تقريبا 20/watt كان هناك طلب كبير. مع العلم أن مفهومه الشريط سيستغرق سنوات لتطوير ، وبدأ الفريق يبحث عن طرق لضرب نقطة السعر 20 $ باستخدام المواد الموجودة.

وكان التحسن أولا إدراك أن استندت الخلايا الموجودة على مستوى أشباه الموصلات عملية التصنيع ، حتى ولو لم يكن مثاليا. بدأ هذا مع بصلي ، وقطع عليه في الأقراص دعا الرقائق ، رقائق تلميع ، وبعد ذلك ، للاستخدام خلية وطلائها مع طبقة مضادة للانعكاس. وأشار بيرمان أن رقائق الخام منشور بالفعل مناسبة تماما السطح الأمامي مضادة للانعكاس ، والطباعة الأقطاب مباشرة على هذا السطح ، تم القضاء على اثنين من الخطوات الرئيسية في تجهيز الخلية. الفريق أيضا استكشاف سبل تحسين متزايدة من الخلايا في المصفوفات ، والقضاء على المواد باهظة الثمن والأسلاك المستخدمة في ناحية التطبيقات الفضائية مع لوحة الدوائر المطبوعة على ظهره ، والبلاستيك الاكريليك على الجبهة ، والغراء القائمة على السيليكون بين البلدين ، ولكن أكبر تحسن في سعر نقطة تحقيق بيرمان بأن السيليكون الموجودة فعليا "جيدة جدا" لاستخدام الخلايا الشمسية ؛ عيوب بسيطة من شأنها أن تدمر بصلي (أو رقاقة الفردية) للالكترونيات سيكون له تأثير محدود في تطبيق الطاقة الشمسية

وضع كل من هذه التغييرات موضع التنفيذ ، وبدأت الشركة في شراء "رفض" من السيليكون مصنعين القائمة بتكلفة منخفضة جدا. باستخدام أكبر رقائق المتاحة ، وبالتالي تقليل كمية من الأسلاك لمنطقة لوحة معينة ، والتعبئة والتغليف لهم في لوحات باستخدام طرق جديدة ، بحلول عام 1973 ش كان ينتج لوحات على 10 $ لكل وات وبيعها بسعر 20 $ لكل وات ، بإنخفاض خمسة أضعاف في الأسعار في غضون عامين.