Ưu điểm của năng lượng mặt trời qua các năm

Ở thời điểm bắt đầu…

Ánh sáng đã có từ đầu thời gian, nhưng hiểu làm thế nào để chuyển đổi nó thành điện là tương đối mới, phải không? Nó phụ thuộc vào quan điểm và định nghĩa của bạn về hàng mới. Sau đó, qua nhiều năm, những lợi thế của năng lượng mặt trời so với các nguồn khác cũng đã thay đổi.

Các Dòng thời gian của pin mặt trời trên Wikipedia bắt đầu sớm một cách đáng ngạc nhiên – vào năm 1839. Nhà vật lý người Pháp Alexandre Edmond Becquerel chỉ mới 19 tuổi khi lần đầu tiên quan sát Hiệu ứng quang điện sử dụng điện cực trong dung dịch dẫn điện tiếp xúc với ánh sáng. Charles Fritts đã tạo ra pin mặt trời selen hoạt động đầu tiên vào năm 1883 – với hiệu suất 1%.

Công việc lý thuyết được tiếp tục trong suốt 1800 1800 và đầu 1900 1900. Thật thú vị khi Albert Einstein nổi tiếng với các lý thuyết tương đối và E = MC nổi tiếng của ông²Tuy nhiên, ông đã được trao giải thưởng Nobel về Vật lý cho công trình nghiên cứu về hiệu ứng quang điện. Những tiến bộ trong vật liệu và sản xuất tiếp tục trong nửa đầu năm 1900.

Pin mặt trời quang điện hiện đại có thể truy nguyên nguồn gốc của nó đến Bell Labs, cùng một bộ phận của AT & T đã tạo ra bóng bán dẫn đầu tiên vào năm 1947. Chỉ vài năm sau, các nhà khoa học Gerald Pearson, Daryl Chapin và Calvin Fuller đã tạo ra pin mặt trời silicon đầu tiên có thể tạo ra một dòng điện đo được. Sự phát triển mới đã được chứng minh tại một cuộc họp của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia năm 1954 và hiệu quả khoảng 6%.

Tại thời điểm thông báo của Bell Labs, New York Times gọi là phát minh Bắt đầu một kỷ nguyên mới, cuối cùng dẫn đến việc hiện thực hóa việc khai thác năng lượng gần như vô hạn của mặt trời để sử dụng nền văn minh.

Sản xuất năng lượng trong những năm 1950 là một cảnh quan thay đổi nhanh chóng. Các nhà máy điện sử dụng than dồi dào. Các sản phẩm dầu mỏ đã tạo ra cơn khát cho ô tô. Với thế hệ năng lượng hạt nhân được phát triển gần đây, ai cần một nguồn có hiệu suất 6%?

Không gian biên giới đầu tiên

Thế giới đã thay đổi vào ngày 4 tháng 10 năm 1957. Liên Xô đã phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên quay quanh Trái đất, Sputnik 1. Ý tưởng rằng Liên Xô đã đánh bại phương Tây vào không gian là một cú sốc đối với các chính phủ, các nhà khoa học và công chúng nói chung. Sputnik tự hào phát tín hiệu vô tuyến khi nó đi vòng quanh hành tinh – cho đến khi hết pin sau 21 ngày. Nó kéo dài thêm 2 tháng trong quỹ đạo im lặng trước khi bùng cháy trong bầu khí quyển.

Cuộc đua không gian đã diễn ra. Nỗ lực phóng vệ tinh đầu tiên của Hoa Kỳ vào ngày 6 tháng 12 năm 1957 là một thất bại – nổ tung trên bệ. Lần phóng thành công đầu tiên là vào ngày 31 tháng 1 năm 1958, khi Explorer 1 trở thành tàu vũ trụ đầu tiên phát hiện vành đai bức xạ Van Allen. Nó tiếp tục nhiệm vụ trong bốn tháng, cho đến khi hết pin.

Vào ngày 17 tháng 3, Hoa Kỳ đã phóng thành công vệ tinh thứ hai trong bí mật – Vanguard 1. Trong quá trình phát triển, một cuộc tranh luận đã nổ ra về cách cung cấp năng lượng cho thiết bị. Pin hóa học là sự lựa chọn mặc định. Tiến sĩ Hans Ziegler lập luận rằng vệ tinh nên sử dụng pin mặt trời silicon mới được tạo ra để cung cấp năng lượng. Phòng thí nghiệm nghiên cứu hải quân Hoa Kỳ (NRL) đã miễn cưỡng sử dụng công nghệ chưa được thử nghiệm trong một dự án quan trọng như vậy. Cuối cùng, Vanguard 1 đã sử dụng cả hai nguồn năng lượng. Tiến sĩ Ziegler đã được minh oan khi pin bị hỏng sau khoảng một tuần trên quỹ đạo. Các Vanguard chạy bằng năng lượng mặt trời tiếp tục nhiệm vụ của nó không bị gián đoạn trong vài năm.

Một nghệ sĩ tái hiện Vanguard 1 trong không gian

Những lợi thế của năng lượng mặt trời trở nên rõ ràng trong các ứng dụng thám hiểm vệ tinh và không gian. Nó tiếp tục là nguồn năng lượng vệ tinh ưa thích trong suốt 60 giờ. Vệ tinh cho các ứng dụng liên lạc, khoa học và thông minh đã mở rộng việc sử dụng pin mặt trời. Các Ngôi sao 1 vệ tinh truyền thông là một ví dụ điển hình. Nó được phát triển bởi Phòng thí nghiệm Bell và được NASA ra mắt vào năm 1962. Nó cho phép phát sóng truyền hình trực tiếp đầu tiên giữa Hoa Kỳ và Châu Âu.

hình ảnh: Telstar 1 được phát triển bởi Bell Labs do NASA ra mắt vào năm 1962. Nó cho phép phát sóng trực tiếp đầu tiên giữa Hoa Kỳ và Châu Âu.

Khi bạn tiêu một triệu đô la cho một vệ tinh, giá pin mặt trời không phải là một yếu tố hạn chế. Một trong những lợi thế chính của năng lượng mặt trời cho các ứng dụng không gian là tỷ lệ công suất trên trọng lượng. Pin mặt trời nhẹ hơn pin có sẵn tại thời điểm đó và có thể cung cấp một nguồn năng lượng liên tục. Mặc dù thành công trong không gian, chi phí cao của pin mặt trời khiến chúng không thể sử dụng trên mặt đất.

Tỷ lệ hiệu suất giá

Tình hình bắt đầu thay đổi vào năm 1973 khi Elliot Berman thành lập tập đoàn năng lượng mặt trời với sự hỗ trợ từ Exxon. Elliot, coi chi phí là trở ngại phải vượt qua trước khi năng lượng mặt trời có thể sử dụng thương mại thực tế. Ông ước tính rằng chi phí sản xuất có thể được giảm bằng cách sử dụng các vật liệu rẻ hơn và phương pháp sản xuất hàng loạt. Mục tiêu của anh là đạt được 20 đô la / watt – một mức giá mà anh tin rằng sẽ tận dụng những lợi thế của năng lượng mặt trời cho các địa điểm xa xôi với nhu cầu năng lượng khiêm tốn. Các giàn khoan dầu ngoài khơi cần đèn cảnh báo và còi để cảnh báo tàu và tránh va chạm, và thường sử dụng pin cho việc này vào thời điểm đó. Elliot và Exxon hiểu rằng nhiều ứng dụng như thế này có thể được giải quyết bằng giải pháp Quang điện (PV) rẻ hơn.

Chi phí đã được chứng minh là một trở ngại cứng đầu, nhưng vào năm 1977, một cột mốc quan trọng đã đạt được. Giá mỗi watt vượt qua rào cản $ 100. Pin mặt trời có thể được sản xuất cho một điều chỉnh lạm phát $ 96 mỗi watt. Con số ma thuật Elliot Berman xông 20 đô la mỗi watt đã đạt được vào năm 1981 và biểu đồ dưới đây cho thấy chi phí đã giảm đáng kể kể từ:

Chi phí mô-đun năng lượng mặt trời và cài đặt PV toàn cầu hàng năm so với thời gian

Giảm chi phí thông qua các phương pháp sản xuất và vật liệu chỉ là một nửa của câu chuyện. Để thực sự giảm chi phí, thị trường cần phải mở rộng. Như biểu đồ cho thấy, các mô-đun năng lượng mặt trời đã hoạt động ở mức $ 84 / watt vào năm 1976 và số lượng lắp đặt năng lượng mặt trời hàng năm trên toàn cầu lên tới 200 kilowatt. Trong năm 2015, giá sản xuất ước tính là 0,69 đô la / watt và thị trường đã tăng lên 56 Gigawatt. Điều gì đã giúp sự chuyển đổi tuyệt vời này diễn ra?

Cửa hàng năng lượng thay thế

Cửa hàng năng lượng thay thế được thành lập vào năm 1999 và ngày nay được gọi là Cửa hàng altE. Thời điểm gần như hoàn hảo khi sự quan tâm đến năng lượng tái tạo đang tăng lên và giá năng lượng mặt trời và các lựa chọn thay thế năng lượng khác đang giảm. Những lợi thế môi trường của năng lượng mặt trời đã trở nên rõ ràng hơn và việc lắp đặt năng lượng mặt trời trở nên hợp lý hơn. altE là một phần của phong trào sẽ lan rộng trên toàn cầu – các cá nhân, nhà cung cấp, nhà giáo dục làm việc cùng nhau để di chuyển năng lượng mặt trời và năng lượng tái tạo khác về phía trước.

Trong những năm qua, altE đã giúp vô số khách hàng tự lắp đặt và khách hàng địa phương trên khắp thế giới áp dụng các sản phẩm năng lượng tái tạo. Tầm nhìn của chúng tôi là để tạo ra khả năng tái tạo, nhưng chúng tôi có thể làm điều đó một mình.

Một chút giúp đỡ từ bạn bè của chúng tôi

Đã có một số sáng kiến ​​lớn ở Hoa Kỳ và các nước trên thế giới để khuyến khích sử dụng năng lượng mặt trời. Phản ứng với cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào đầu năm 70, Hoa Kỳ đã thành lập Viện nghiên cứu năng lượng mặt trời vào năm 1977, đổi tên và đổi mới dưới thời Tổng thống George H.W. Bush là Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia năm 1991.

Những thay đổi mạnh mẽ nhất đã xảy ra từ 2000 trở đi. Đức thiết lập các chương trình khuyến khích tích cực để khuyến khích đầu tư năng lượng mặt trời. Các nước châu Âu khác cũng làm theo, cũng như Hoa Kỳ vào năm 2009. Trung Quốc và các quốc gia châu Á khác đã đầu tư lớn vào năng lượng mặt trời, thúc đẩy công suất lắp đặt hàng năm của các hệ thống PV từ khoảng 200 kW năm 2000 đến 56 GW vào năm 2015. Trong giai đoạn này, giá – sự phù hợp của pin mặt trời được thúc đẩy từ $ 10 / watt đến dưới $ 0,69 / watt.

Năng lượng thu hoạch từ mặt trời mất nhiều hơn tế bào quang điện. Có cả một hệ sinh thái được xây dựng xung quanh các tấm pin mặt trời để tạo ra một hệ thống điện hữu ích. Biến tần biến đổi nguồn DC được tạo ra bởi các tế bào PV thành nguồn điện xoay chiều được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng thương mại và dân dụng. Các tấm phải được gắn chắc chắn vào mái nhà, mặt đất hoặc cột được sử dụng để định vị các tấm để thu các tia nắng mặt trời. Đã có những tiến bộ mạnh mẽ trong công nghệ pin và bộ điều khiển giữ cho chúng được sạc.

Trong những ngày đầu của năng lượng mặt trời, mỗi cài đặt là một hệ thống riêng biệt. Các hệ thống của Off-Grid sử dụng pin để lưu trữ năng lượng được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời cho đến khi cần thiết. Năng lượng thu thập trong giờ ban ngày có thể được sử dụng vào ban đêm. Những loại hệ thống này rất phổ biến ngày nay để cung cấp năng lượng cho các địa điểm từ xa nơi không có sẵn điện lưới.

Các ứng dụng phát triển thành các hệ thống có thể được sử dụng cùng với lưới điện từ công ty tiện ích địa phương của bạn. Một hệ thống gắn liền với lưới điện của Cameron cho phép chủ nhà bán năng lượng dư thừa của điện tử được tạo ra vào ban ngày cho lưới điện và sử dụng năng lượng được tạo ra vào ban đêm.

Sự phát triển mới nhất trong các hệ thống năng lượng mặt trời là hệ thống lưu trữ gắn liền với lưới, cộng với các lợi thế của năng lượng mặt trời từ cả lưới điện và lưới điện. California, Vermont và Massachusetts đều có các chương trình khuyến khích để khuyến khích cài đặt và sử dụng các loại hệ thống này bắt đầu từ năm 2020. Các cấu hình này sử dụng bộ biến tần thông minh có thể cho phép công ty tiện ích khai thác năng lượng được lưu trữ trong pin của người tiêu dùng trong thời gian tải cao điểm. Bộ lưu trữ pin đảm bảo rằng năng lượng có sẵn bất kể thời gian trong ngày và điều kiện mặt trời hiện tại.

Cái gì tiếp theo?

Khi công nghệ đã phát triển, do đó, có những lợi thế liên quan đến năng lượng mặt trời:

• Vệ tinh: tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao, thiết bị trạng thái rắn ổn định và tuổi thọ cao
• Ngoài khơi: yêu cầu bảo trì thấp, hệ thống khép kín
• Portable: chi phí tương đối thấp, tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao, đáng tin cậy
• Off-Grid: nguồn có thể truy cập cho các vị trí từ xa
• Grid-Tied: giảm sức mua từ tiện ích
• Grid-Tied + Storage: dịch chuyển nhu cầu cho người tiêu dùng và tiện ích

Trở lại năm 1954, Thời báo New York cho biết pin mặt trời là sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới, cuối cùng dẫn đến việc thực hiện việc khai thác năng lượng gần như vô hạn của mặt trời để sử dụng nền văn minh. Mạng lưới chẵn lẻ

Grid Parity xảy ra khi chi phí năng lượng được sản xuất bởi một công nghệ nhất định (năng lượng mặt trời, gió, v.v.) trở nên bằng hoặc thấp hơn chi phí sản xuất hiện tại bằng các phương pháp thông thường. Có hai mặt của phương trình này – chi phí sản xuất tại địa phương và lượng mặt trời có sẵn.

Một số nơi trên thế giới đã đạt đến Grid Parity. Tây Ban Nha lần đầu tiên đạt được nó vào năm 2013. Hawaii và các đảo khác sử dụng dầu nhiên liệu (diesel) để sản xuất điện đã hoặc sẽ sớm đạt tới nó. Quần đảo không có sự sang trọng khi có số lượng lớn các nhà máy điện thông thường để tạo ra điện cho lưới điện địa phương của họ. Độ tin cậy và tự lực là hai yếu tố bổ sung làm tăng sự thâm nhập của năng lượng mặt trời tại các thị trường địa phương.

Khi chi phí lắp đặt năng lượng mặt trời tiếp tục giảm, nhiều địa điểm sẽ đạt đến Grid Parity. Việc áp dụng các giải pháp năng lượng mặt trời sẽ phát triển với tốc độ thậm chí còn nhanh hơn trong 10 năm qua.

Tương lai có vẻ tươi sáng

Hai tab sau thay đổi nội dung dưới đây.

Jay là một kỹ sư giỏi, đi giữa bức tranh lớn (tại sao chúng ta làm điều này) và các chi tiết (nó sẽ hoạt động). Anh ấy giúp các nhóm bán hàng và tiếp thị tại altE luôn tươi mới và tập trung vào Làm cho tái tạo có thể làm được cho nhiều khách hàng hơn.