太阳能发展史 – 从灵感迸发的瞬间到千奇百怪的可穿戴设备

由 全球市场团队, 技术
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尽管太阳能技术现已非常普及,但其却不是短时间内就完成的发明。经过了超过两个世纪的钻研,这项技术才得以完善。但是,在这漫长的时光中,太阳能电池的灵感来源却并没有改变过,那就是宇宙中最明亮的星体 sildenafil citrate 100mg – 太阳!

太阳释放的能量给予我们生命。植物使用阳光来制造它们自己的食物,再反过来为动物提供食物。人类依赖植物和动物以获得营养。

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采集太阳能这一取之不尽、用之不竭的能源还可以为一些特定活动服务。通过在屋顶安装太阳能电池等“太阳能收集器”,偏远地区的孩子们也可以在夜晚学习;在体育馆安装大型光伏组件,粉丝们在太阳西沉后依旧可以欣赏精彩赛事。

现在,太阳能技术已经有了长足的进步。但在这些闪闪发亮的蓝色方块普遍出现在住宅和商业建筑屋顶上之前,太阳能经过悠久的历史才成为人类必要的电力来源。

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太阳能收集器

早在公元前七世纪,人类就使用放大镜集中阳光来生火,甚至是消灭恼人的蚂蚁!在公元前三世纪时,希腊人和罗马人在举行宗教仪式时经常使用起火的镜子点燃火炬。

在公元前212年,古希腊科学家阿基米德通过使用一个巧妙的装置帮助叙拉古城抵御了罗马军队的围困和袭击。他将数面镜子的反光聚集在敌人船上的一点,在几分钟后,敌人的帆船居然开始燃烧!阿基米德无疑是利用太阳能的始祖。

随着时间的推移,人们在设计和建造房屋时更偏向于获得更多光照。东罗马帝国皇帝查士丁尼一世认为获得日照是人类最基本的权利。他在《查士丁尼民法大全》(公园534年)中编入“采光权”,保证在公共建筑和房屋内设有阳光房,以便给予民众温暖和自然的光照。

1767年,瑞士科学家霍勒斯-本笃·索绪尔(Horace de Saussure)发明了世界上第一个太阳能收集器。这项发明帮助了科学家、天文学家、探险家约翰·赫舍尔爵士(Sir viagra year

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of invention John Herschel)在其1830年的南非探险中得以使用太阳能制作食物以维持生存。

1816年,牧师罗伯特·斯特林(Robert Stirling)离开苏格兰教会,在家中发明了热力发动机,后用于斯特林系统中,是一种太阳能热力发电技术。

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从玻璃到镜子再到太阳能收集器,太阳能发电设备的发明近在咫尺,下一个急需要解决的问题就是导电性。

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太阳能导体

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19世纪,太阳能技术在提高导电性方面取得了一系列进步,因而更多光能得以产生电力。

在1839年,在将由两个电极组成的电解池放置在导电溶液中进行试验时,法国科学家艾德蒙·贝克勒尔(Edmond Becquerel)发现其在暴露于光线中时,发电能力提升。这是光生伏打效应第一个记录示例。

随后的半个世纪,科学家们对于光诱导的研究节奏加快。在1873年,威洛比·史密斯(Willoughby Smith)发现硒的光电导性。三年后,威廉·格里尔斯·亚当斯(William Grylls Adams)和理查德·埃文斯·戴(Richard Evans Day)发现当暴露于光线中时,硒具有发电性能。这是一项令人大开眼界的发现——某些固体可以在不加热或没有运动部件帮助的条件下将光转化为电力!

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在不到十年后,硒的研究到达了一个转折点。美国人查尔斯·弗里茨(Charles Fritts)在硒半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结。这带来了1%的转化效率——直接将光转化为电力。虽然这种材料用于大规模生产成本过高,但弗里茨可被誉为提出太阳能发电理念的第一人。

这也在21世纪初引发了一波光敏性研究浪潮。新材料如铜和氧化亚铜被引入,1908年卡内基钢铁公司的威廉·J·贝利(William J. Bailley)发明了利用铜线圈和一个隔热箱制作的太阳能集热器。此设计现今依旧被采用。

1918年,太阳能技术的研究进入了硅时代,波兰化学家扬·柴可拉斯基(Jan Czochralski)发明了提炼单晶硅的方法,这也引发了一阵研究风潮。

1954年,贝尔实验室的达里尔·查宾(Daryl Chapin)试图找到能够让电话在偏远地区使用的方法——50年代的电池不能够在湿热地区长期使用。他的同事,杰拉德·皮尔森(Gerald Pearson)和卡尔文·富勒(Calvin Fuller)致力于研发使用晶体硅的固态整流器(将交流电转化为直流电)。在当时,光伏电池由硒制成,每平米仅可生成5瓦特电力,转化率仅为0.5%。查宾希望将其提升至6%!

随着时间流逝,研究者将镓引入晶体矩阵,并覆上一层热锂。当在此晶体上照射光线时,皮尔森发现光能量生成了电流!另一个重大的发现时刻则是富勒将汽化的磷掺入硅中,终于达到了6%的转化率目标!同时,也使得电话能够在遥远地区使用。

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电池材料的进步标志着可供人类日常使用的太阳能时代来临。

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太阳能发明

战后二十世纪中期,研究人员看到了行业发展和社会进步的需求,因而越发重视太阳能方面的研究。

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1964年,美国国家航空航天局(NASA)发射的人造卫星由470瓦特太阳能电池供电。仅仅一年后,皮特·格拉泽(Peter Glaser)就提出了建造太阳能卫星站的设想。正是因为航空和光伏领域的这些进步,人类才能去探索未知的宇宙、预测气象并以更快的速度连接到世界任何一个角落。

1970年,人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上,特别是在偏远地区的使用。1972年,尼日尔的一所乡村小学收到了来自法国的礼物——由硫化镉光伏系统供电的教育电视。

1973年,特拉华大学建造了世界上第一座使用光伏和热混合动力系统的住宅,其被命名为“太阳一号”(Solar One)。如今,你可以在房屋窗户和墙面看到薄膜太阳能电池——这也使得其可以吸收更多阳光。再加上铅酸和锂离子电池的进步,对于那些远离电网的人来说,储存能源以转化为电力与十年前相比变得越来越简单和可行。

2006年,特斯拉在电动车领域进行了一次博弈。创始人马丁·艾伯哈德(Martin Eberhard)和马克·塔彭宁(Marc Tarpenning)开始尝试包括加热座椅、卫星导航和锂电子电池在内的令人瞠目结舌的设计和先进部件的试验。研制出的电动车在3.9秒内的加速度达到了难以置信的97公里每小时,每次充电可以运行320公里。

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太阳能光伏的使用在公海也司空见惯,例如混合动力船和游艇利用太阳能供给巡航马力。根据2010年的吉尼斯世界纪录,最大的太阳能船舶是图兰星球太阳号(MS TURANOR PlanetSolar),经测量有31米长,并且船身537平米的区域由93千瓦的太阳能电池板覆盖。这也使得船舶在27天的航行中可以完全依赖太阳能供电,以14海里的最快速度横跨大西洋。

光伏发电厂同样也取代了全球众多依赖于矿物化石燃料的发电厂,有利于降低污染和减少碳排放,让人们享受到清洁能源。2015年,英利与可再生能源开发商Namene公司计划在加纳及其周边邻国开发总计100兆瓦的大型电站项目和达50兆瓦的商用屋顶光伏项目。

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现在便携太阳能设备越来越流行。但你能想象到太阳能比基尼吗?美国纽约的安德鲁·施耐德在2011年就研制出了太阳能比基尼,在佩戴者享受日光浴时将手机或音乐播放器插在比基尼端口即可充电。每件太阳能比基尼使用40块纸一样纤薄的易弯曲光-电流面板,用软传导线缝合,尾端为USB端口。

如果上面这些发明都不够让你感到惊奇的话,那么接下来要介绍的这项发明大概会让你啧啧称奇。北京推出的“空中巴士”由电力驱动,部分电力通过太阳能设备供给,可以容纳1200名乘客,在行驶中小汽车也可以在其底部正常行驶。

技术发明势在必行!正如冒险家、PlanetSolar项目发起人Raphael Domjan先生所说:“我们鼓励工程师和科学家开发鼓舞人心的创新技术,证明我们能够将不可能的事变为现实。”

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