Mặc dù ngành năng lượng mặt trời đóng một vai trò thiết yếu trong ngành công nghiệp năng lượng tái tạo hiện nay, thế nhưng trước khi chi phí lắp đặt hệ thống năng lượng giảm mạnh và được áp dụng trên toàn thế giới với quy mô từ các dự án điện mặt trời tập trung đến các công trình áp mái hộ gia đình thì đằng sau đó là cả một chặng đường dài để đưa những tấm pin quang điện PV từ phòng thí nghiệm thành hiện thực. Trong bài viết này, hãy cùng Long Tech lùi ngược dòng thời gian để khám phá lịch sử và nguồn gốc của ngành điện mặt trời cũng như công nghệ chế tạo tấm pin từ silicon nhé!
Năng lượng mặt trời lần đầu tiên được sử dụng vào năm nào
Về lý thuyết, năng lượng mặt trời được con người đưa vào sử dụng từ đầu thế kỷ thứ 7 trước công nguyên, khi lịch sử cho chúng ta biết rằng con người đã sử dụng ánh sáng mặt trời để đốt lửa từ vật liệu kính lúp. Sau đó, vào thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên, người Hy Lạp và La Mã đã biết khai thác năng lượng mặt trời bằng gương để đốt đuốc trong các nghi lễ tôn giáo. Những chiếc gương này đã trở thành công cụ được chuẩn hóa và được gọi là “Gương đốt cháy”. Nên văn minh Trung Quốc cũng đã ghi nhận việc sử dụng “Gương đốt cháy” với cùng mục đích vào những năm 20 sau công nguyên.
Một trong những cách sử dụng được phát hiện sớm và vẫn được chúng ta ứng dụng đến hiện nay là mô hình “sunroom” trong các tòa nhà. Những “sunroom” này sử dụng các tấm cửa sổ lớn để hướng ánh mặt trời vào 1 khu vực tập trung. Ví dụ như các nhà tắm nắng ở phía nam các tòa nhà của người La Mã, hay những vách đá thu ánh mặt trời từ phía nam để sưởi ấm vào mùa đông của những người dân da đỏ ở Thổ Nhĩ Kỳ vào những năm 1200 sau Công nguyên.
Vào cuối những năm của thế kỷ 18 và thế kỷ 19, các nhà nghiên cứu khoa học đã thành công khi sử dụng ánh sáng mặt trời để cung cấp năng lượng cho lò nướng phục vụ trong các chuyến đi biển dài ngày. Họ cũng khai thác sức mạnh của mặt trời để sản xuất tàu hơi nước chạy bằng năng lượng mặt trời. Như vậy, rõ ràng rằng việc khai thác năng lượng từ mặt trời đã hình thành từ hàng ngàn năm trước khi khái niệm pin năng lượng mặt trời được phổ biến và sử dụng rộng rãi như hiện nay.
Hệ thống năng lượng mặt trời có thể giúp bạn tiết kiệm bao nhiêu?
Công cụ trực tuyến của Long Tech ước tính bạn có thể tiết kiệm từ 50% số tiền điện và sinh lời trong 20 năm theo điều kiện mái nhà và vị trí của bạn.
Tấm pin năng lượng mặt trời được phát minh từ khi nào?
Công nghệ pin mặt trời được phát triển theo từng bước với sự đóng góp từ nhiều nhà khoa học khác nhau. Dĩ nhiên là đã có một số những tranh luận về việc chính xác nó được tạo ra từ khi nào và ai là người phát minh ra nó. Một số người công nhận rằng việc phát minh ra tấm pin mặt trời là nhà khoa học người Pháp – Edmond Becquerel, người đã xác định ánh sáng có thể tăng sản lượng điện khi hai điện cực kim loại được đặt vào một giải pháp dẫn điện. Bước đột phát này được định nghĩa là hiệu ứng quang điện, có ảnh hưởng rất lớn đến việc phát triển các tấm pin quang điện sau này với nguyên tố selenium.
Năm 1873, Willoughby Smith đã phát hiện ra rằng selen có tiềm năng quang dẫn, là tiền đề để sau đó vào năm 1876, William Grylls Adams, và Richard Evans Day tìm ra rằng selen tạo ra điện khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Vài năm sau vào năm 1883, Charles Fritts thực sự đã sản xuất tấm pin mặt trời đầu tiên được làm từ selenium – và đó là lý do mà một số nhà sử học tin rằng Fritts là nhà khoa học đầu tiên có phát minh thực tế về pin mặt trời.
Tuy nhiên, công nghệ hiện tại về pin mặt trời chúng ta đang sử dụng ngày nay lại được làm từ silicon chứ không phải selenium. Do đó, một số người lại cho rằng việc phát minh tấm pin mặt trời thực sự được gắn với Daryl Chapin, Calvin Fuller và Gerald Pearson với việc tạo ra các tế bào quang điện silicon (PV) tại Bell Labs vào năm 1954. Sự kiện này được nhiều người tin rằng nó đã đánh dấu sự phát minh đầu tiên cho công nghệ PV bởi nó thực sự có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện trong thời lượng vài giờ mỗi ngày. Tại thời điểm đó, hiệu suất chuyển đổi từ quang năng sang điện năng của tấm pin mặt trời này là 4%, kém xa so với hiệu suất của các tấm pin năng lượng ở thời điểm hiện tại (là khoảng xấp xỉ hoặc cao hơn 20%)
Những sự kiện lớn trong quá trình phát triển ngành năng lượng mặt trời
- Pin năng lượng mặt trời trong không trung: Một số ứng dụng từ năng lượng mặt trời ngoài vũ trụ được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các vệ tinh. Năm 1958, vệ tinh Vanguard I đã sử dụng một tấm pin năng lượng mặt trời 1W để cung cấp năng lượng cho bộ đàm radio. Cuối năm đó, Vanguard II, Explorer III và Sputnik-3 đều được ra mắt với công nghệ PV trên vệ tinh. Năm 1964, NASA lần đầu tiên ra mắt tàu phóng vũ trụ Nimbus đầu tiên, một vệ tinh chạy hoạt toàn bằng dải pim năng lượng mặt trời 470W. Năm 1966, NASA ra mắt Đài quan sát thiên văn đầu tiên trên thế giới được cung cấp bởi dải pin 1kW.
- Dự án năng lượng mặt trời dân dụng đầu tiên: Năm 1973, Đại học Delaware xây dựng hệ thống năng lượng mặt trời lần đầu tiên với tên gọi là “Solar one”. Hệ thống hoạt động dựa trên nguồn cung năng lượng từ quang năng và nhiệt năng. Đây cũng là ví dụ đầu tiên của việc xây dựng hệ thống quang điện tích hợp (Buidling Integrated Photovoltaics – BIPV) – hệ thống này không sử dụng dạng tấm pin năng lượng (Solar PV) đang được dùng trên mái nhà, thay vào đó là dạng ngói năng lượng giống như sản phẩm của Tesla hiện tại.
- Sự phát triển về hiệu suất chuyển đổi quang điện: Từ năm 1957 đến năm 1960, Hoffman Electronics đã tạo ra một bước đột phá với hiệu suất chuyển đổi quang điện, cải thiện kỷ lục từ mức hiệu suất 8% lên 14%. Thành tựu tiếp theo là vào năm 1985, đại học South Wales đạt hiệu suất 20% cho các tế bào silicon. Năm 1999, National Renewable Energy Laboratory hợp tác với SpectroLab Inc.tạo ra pin mặt trời có hiệu suất lên đến 33.3%. Sau đó thì năm 2016, Đại học South Wales đã phá vỡ kỷ lục với hiệu suất 34.5%.
- Máy bay chạy bằng năng lượng mặt trời: Năm 1981, Paul MacC đã chế tạo ra Solar Challenger – chiếc máy bay đầu tiên chạy bằng năng lượng mặt trời và bay chặng từ Pháp đến Anh. Năm 1998, chiếc máy bay năng lượng được điều khiển từ xa – Pathfinder đã lập kỷ lục độ cao với 80.000 feet. NASA đã phá vỡ kỷ lục đó vào năm 2001 khi họ đạt 96.000 feet bằng máy bay không tên lửa. Năm 2016, Bertrand Piccad đã hoàn thành chuyến bay không khí thải đầu tiên trên thế giới với Solar Impulse 2, máy bay chạy bằng năng lượng mặt trời lớn nhất và mạnh nhất thế giới.
- Chi phí năng lượng mặt trời theo thời gian: Giá cho các tấm pin năng lượng mặt trời đã giảm đáng kể trong vài thập kỉ qua khiến nhu cầu tiêu thụ tăng lên đáng kể trên toàn thế giới. Vào năm 1956, các tấm pin năng lượng mặt trời có giá 300 US $/Watt. Đến năm 1975, con số đó đã giảm xuống chỉ còn hơn 100 US $/W. Tới hiện tại, các tấm pin năng lượng mặt trời có giá chỉ khoảng 0.3 đến 0.5 US $/W. Như vậy, kể từ năm 1980, giá pin mặt trời đã giảm ít nhất 10% mỗi năm. Chi phí năng lượng mặt trời giảm mạnh chủ yếu là do sự gia tăng mức độ phổ biến của tấm pin năng lượng mặt trời, tính hợp pháp cũng như những lợi thế về việc cung cấp một nguồi năng lượng đáng tin cậy cho toàn thế giới.
Với chặng đường phát triển đầy thú vị, năng lượng mặt trời hiện đã và đang dần mở rộng không chỉ với doanh nghiệp, xưởng sản xuất, mà còn lan rộng đến các hộ dân cư trên nhiều quốc gia, đóng góp một phần năng lượng không nhỏ trong ngành công nghiệp năng lượng chung trên toàn thế giới
Tư vấn miễn phí cùng Long Tech với:
Tham khảo: Energysage