Pachete solare fotovoltaice
În ultimul secol, au fost produse multe tipuri de panouri solare, cu diferite modele și materiale noi pentru a crește eficiența și fiabilitatea și pentru a reduce costul de producție. Cele mai eficiente sunt celulele solare din siliciu cristalin, care sunt fabricate din 1954 în serie, laminate între o față din sticlă și un spate din plastic. Eficiența unei celule solare constă în procentul de energia solară primită care poate fi transformată în energie electrică. Astfel, acest parametru este influențat, printre altele, de cantitatea de fotoni recepționați, adică de cantitatea de lumină absorbită, în așa fel încât reflexiile de pe panourile cu o suprafață de altfel luminoasă să fie reduse la minimum. Acest lucru se realizează prin ajustarea unghiului și prin utilizarea unor microstructuri și acoperiri speciale. Pentru a maximiza cantitatea de fotoni care ajung la celulele de siliciu, panourile solare trebuie să fie orientate cu fața la soare, perpendicular pe acesta.
Energiile regenerabile sunt văzute ca o tehnologie modernă, cu toate că istoria energiei solare a început deja în prima jumătate a secolului al XIX-lea și este atribuită în mod independent mai multor oameni de știință proeminenți. În 1839, un fizician francez în vârstă de 19 ani, Alexandre Edmond Becquerel, a demonstrat principiile de bază ale sistemelor fotovoltaice și, la scurt timp după aceea, a început să construiască prima celulă fotovoltaică din lume.
Câteva decenii mai târziu, un inginer electrician britanic a făcut o observație interesantă și a început să experimenteze cu această tehnologie, dar pentru un motiv și o abordare complet diferită. Willoughby Smith a observat că, în cablurile concepute pentru utilizarea submarină, seleniul reacționează diferit în timpul zilei față de noapte și, ca urmare, conduce electricitatea în mod diferit. Germanul Heinrich Hertz a făcut deja cercetări specifice pe această temă, iar în 1887 a construit celule fotovoltaice cu o eficiență de 1-2%. Pe baza rezultatelor sale, rusul Alexandr Stoletov și germanul Wilhelm Hallwachs au descoperit, în mod independent, că razele ultraviolete eliberează o sarcină negativă de la plăcile metalice încărcate negativ, ceea ce reprezintă, de fapt, principiul unui sistem fotovoltaic. Pe baza acestor descoperiri, cei doi fizicieni și-au construit propriile celule solare fotovoltaice.
Dar prima celulă solară, așa cum o cunoaștem astăzi, a fost inventată în New York de Charles Fritts în 1885. Acest dispozitiv era format dintr-un strat de seleniu acoperit subțire cu o peliculă de aur semitransparentă. Dispozitivul era capabil să producă electricitate în mod continuu, deși cu o eficiență de numai 1%. Dar optimistul Fritts a declarat la acea vreme că el crede că "într-o zi, sistemul fotovoltaic va produce energie electrică pentru a concura cu centralele electrice pe bază de cărbune". Cu toate acestea, în ciuda interesului evident și a faptului că mulți fizicieni din întreaga lume ajunseseră la aceeași concluzie, construirea panourilor solare nu a fost suficient de profitabilă pentru a se impune pe piață pentru o perioadă lungă de timp. Timp de câteva decenii, tehnologia, cu potențialul său mare, a părut să fie uitată.
Cu toate acestea, în 1905, Albert Einstein însuși a publicat o lucrare în care a identificat și explicat ceea ce numim acum foton ca fiind un pachet de energie numit cuantă. Einstein a clarificat, printre altele, fizica și teoria celulei solare, pentru care a primit ulterior Premiul Nobel. Studiul său a inspirat o mulțime de noi cercetări pe această temă, care au clarificat faptul că fotonii care sosesc cu lungimi de undă mai scurte creează un efect fotovoltaic mai puternic și că aceștia pot, de asemenea, să doboare electronii cu legături mai "slabe" în materialele semiconductoare. Deși cel de-al Doilea Război Mondial a întrerupt temporar cercetările, eforturile s-au reluat în anii 1950.
Prima celulă solară cu adevărat "modernă" cu semiconductori a fost brevetată de Russell Ohl în 1946. O parte din munca sa i-a determinat pe Calvin Fuller și Gerald Pearson să experimenteze cu tranzistori de siliciu pentru Laboratoarele Bell din Statele Unite, ceea ce a dus la apariția tranzistoarelor moderne funcționale care se găsesc acum în aproape toate dispozitivele electronice. Tot la Bell Laboratories, în 1954, a fost prezentată prima celulă solară cu adevărat eficientă și prin urmare, viabilă din punct de vedere comercial, cu semiconductori din siliciu. Având în vedere că tehnologia era mai mult sau mai puțin pregătită pentru a susține conceptul teoretic al sistemului fotovoltaic, a început dezvoltarea aplicațiilor practice. Printre cei care le-au dezvoltat s-au numărat o serie de oameni de știință americani proeminenți, printre care Daryl Chapin, Calvin Souther Fuller și Gerald Pearson, dar popularitatea și gradul de publicitate au fost sporite de utilizarea celulelor solare de către forțele navale americane la construirea satelitului Vanguard-1 în 1958.
În 1969, Elliot Berman și-a fondat compania, Solar Power Corporation, cu previziunea că, până la începutul mileniului, energia electrică va deveni atât de scumpă încât va face atractivă utilizarea surselor alternative de energie, cum ar fi energia fotovoltaică. Nu a fost singura care a făcut această presupunere, Fundația Națională pentru Știință din SUA a menținut o divizie specială pentru cercetare și dezvoltare a aplicațiilor energiei solare între 1969 și 1977. Această idee a fost încurajată și mai mult de criza petrolului din 1973. S-a dovedit clar că este periculos și iresponsabil ca viitorul omenirii să se bazeze exclusiv pe combustibilii fosili.
De atunci, cercetările și dezvoltările au făcut ca energia solară bazată pe sisteme fotovoltaice să fie disponibilă pe scară largă nu numai pentru uz industrial, ci și pentru uz casnic. Datorită dezvoltării continue, perioada de rentabilizare a tehnologiei devine din ce în ce mai scurtă, iar guvernele oferă din ce în ce mai multe programe de finanțare și concursuri pentru construirea sistemelor fotovoltaice.