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Una breve historia de los paneles solares

Mucho antes de que se celebrara el primer Día de la Tierra el 22 de abril de 1970, generando conciencia sobre el medio ambiente y apoyo para la protección del medio ambiente, los científicos estaban haciendo los primeros descubrimientos en energía solar. Todo comenzó con Edmond Becquerel, un joven físico que trabajaba en Francia, quien en 1839 observó y descubrió el efecto fotovoltaico, un proceso que produce un voltaje o corriente eléctrica cuando se expone a la luz o la energía radiante. Algunas décadas más tarde, el matemático francés Augustin Mouchot se inspiró en el trabajo del físico. Comenzó a registrar patentes para motores de energía solar en la década de 1860. Desde Francia hasta los EE. UU., Los inventores se inspiraron en las patentes del matemático y solicitaron patentes en dispositivos alimentados por energía solar ya en 1888.

primera matriz solar-Charles Fritts.jpg Charles Fritts instaló los primeros paneles solares en la azotea de la ciudad de Nueva York en 1884. (Cortesía de John Perlin)

Retroceda un poco a 1883 cuando el inventor de Nueva York Charles Fritts creó la primera célula solar al recubrir el selenio con una fina capa de oro. Fritts informó que el módulo de selenio produjo una corriente "que es continua, constante y de fuerza considerable". Esta celda logró una tasa de conversión de energía del 1 al 2 por ciento. La mayoría de las células solares modernas funcionan con una eficiencia del 15 al 20 por ciento. Entonces, Fritts creó lo que era una célula solar de bajo impacto, pero aún así, fue el comienzo de la innovación de paneles solares fotovoltaicos en Estados Unidos. El nombre de físico italiano, químico y pionero de la electricidad y la energía, Alessandro Volta, fotovoltaico es el término más técnico para convertir la energía de la luz en electricidad, y se usa indistintamente con el término fotoeléctrico.

patente de energía radiante solar.png "Aparato para la utilización de energía radiante solar" de Edward Weston, patentado el 4 de septiembre de 1888. (Patente de EE. UU. 389, 124)

Solo unos años más tarde, en 1888, el inventor Edward Weston recibió dos patentes de células solares: la patente estadounidense 389.124 y la patente estadounidense 389.425. Para ambas patentes, Weston propuso, "transformar la energía radiante derivada del sol en energía eléctrica, o mediante energía eléctrica en energía mecánica". La energía luminosa se enfoca a través de una lente (f) en la célula solar (a), "una termopila (un dispositivo electrónico que convierte la energía térmica en energía eléctrica) compuesto por barras de metales diferentes ”. La luz calienta la célula solar y hace que se liberen electrones y fluya la corriente. En este caso, la luz crea calor, que genera electricidad; Este es el reverso exacto de la forma en que funciona una bombilla incandescente, convirtiendo la electricidad en calor que luego genera luz.

Ese mismo año, un científico ruso llamado Aleksandr Stoletov creó la primera célula solar basada en el efecto fotoeléctrico, que es cuando la luz cae sobre un material y se liberan electrones. Este efecto fue observado por primera vez por un físico alemán, Heinrich Hertz. En su investigación, Hertz descubrió que la luz ultravioleta creaba más energía que la luz visible. Hoy, las células solares usan el efecto fotoeléctrico para convertir la luz solar en energía. En 1894, el inventor estadounidense Melvin Severy recibió las patentes 527.377 por un "Aparato para montar y operar termopilas" y 527.379 por un "Aparato para generar electricidad mediante calor solar". Ambas patentes eran esencialmente células solares tempranas basadas en el descubrimiento del efecto fotoeléctrico. El primero generaba "electricidad por la acción del calor solar sobre una pila térmica" y podía producir una corriente eléctrica constante durante los movimientos diarios y anuales del sol, lo que aliviaba a cualquiera de tener que mover la termopila según los movimientos del sol. La segunda patente de Severy de 1889 también estaba destinada a utilizar la energía térmica del sol para producir electricidad para generar calor, luz y energía. Las "pilas térmicas", o células solares como las llamamos hoy, se montaron en un estándar para permitir que se controlen en dirección vertical, así como en un plato giratorio, lo que les permitió moverse en un plano horizontal. "Mediante la combinación de estos dos movimientos, la cara de la pila se puede mantener frente al sol en todo momento del día y en todas las estaciones del año", dice la patente.

"Aparato para montar y operar termopilas" de Melvin L. Severy, patentado el 9 de octubre de 1894 (patente de los Estados Unidos 527.377) "Aparato para generar electricidad por calor solar" de Melvin L. Severy, patentado el 9 de octubre de 1894 (patente de los Estados Unidos 527.379)

Casi una década después, el inventor estadounidense Harry Reagan recibió patentes para baterías térmicas, que son estructuras utilizadas para almacenar y liberar energía térmica. La batería térmica se inventó para recolectar y almacenar calor al tener una gran masa que puede calentarse y liberar energía. No almacena electricidad sino “calor”, sin embargo, los sistemas actuales utilizan esta tecnología para generar electricidad mediante turbinas convencionales. En 1897, Reagan recibió la patente estadounidense 588, 177 para una "aplicación de calor solar a las baterías térmicas". En las reivindicaciones de la patente, Reagan dijo que su invención incluía "una construcción novedosa de un aparato en el que los rayos del sol se utilizan para calentar termo-baterías". baterías, con el objetivo de concentrar los rayos del sol en un foco y tener un conjunto de uniones de una batería térmica en el foco de los rayos, mientras que se aplican dispositivos de enfriamiento adecuados a las otras uniones de dicha batería térmica ". Su invención era un medio para recolectar, almacenar y distribuir calor solar según sea necesario.

Reagan thermo battery patent.png La "Aplicación del calor solar a las baterías térmicas" de HC Reagan, patentada el 17 de agosto de 1897 (Patente de EE. UU. 588, 177)

En 1913, William Coblentz, de Washington, DC, recibió la patente 1.077.219 para un "generador térmico", que era un dispositivo que utilizaba rayos de luz "para generar una corriente eléctrica de tal capacidad para realizar un trabajo útil". invención para tener construcción barata y fuerte. Aunque esta patente no era para un panel solar, estos generadores térmicos se inventaron para convertir el calor directamente en electricidad o para transformar esa energía en energía para calefacción y refrigeración.

Thermal Generator.png "Generador térmico" de WW Coblentz, patentado el 28 de octubre de 1913 (Patente de los Estados Unidos 1.077.219)

En la década de 1950, los Laboratorios Bell se dieron cuenta de que los materiales semiconductores como el silicio eran más eficientes que el selenio. Lograron crear una célula solar que era un 6 por ciento eficiente. Los inventores Daryl Chapin, Calvin Fuller y Gerald Pearson (incluidos en el Salón de la Fama de Inventores Nacionales en 2008) fueron los cerebros detrás de la célula solar de silicio en los Laboratorios Bell. Si bien se consideró el primer dispositivo práctico para convertir la energía solar en electricidad, todavía era un costo prohibitivo para la mayoría de las personas. Las células solares de silicio son caras de producir, y cuando combina varias células para crear un panel solar, es aún más costoso para el público comprarlas. Se le atribuye a la Universidad de Delaware la creación de uno de los primeros edificios solares, "Solar One", en 1973. La construcción funcionó con una combinación de energía solar térmica y energía solar fotovoltaica. El edificio no usaba paneles solares; en cambio, la energía solar se integró en la azotea.

patente de célula solar de silicio.png "Aparato de conversión de energía solar" de DM Chapin et al., Patentado el 5 de febrero de 1957 (patente de los Estados Unidos 2.780.765)

Fue alrededor de esta época en la década de 1970 que surgió una crisis energética en los Estados Unidos. El Congreso aprobó la Ley de Investigación, Desarrollo y Demostración de Energía Solar de 1974, y el gobierno federal se comprometió más que nunca a "hacer que la energía solar sea viable y asequible y comercializarla al público". Después del debut de "Solar One", la gente vio la energía solar. energía como opción para sus hogares. El crecimiento se desaceleró en la década de 1980 debido a la caída de los precios tradicionales de la energía. Pero en las próximas décadas, el gobierno federal estuvo más involucrado en la investigación y el desarrollo de la energía solar, creando subsidios e incentivos fiscales para aquellos que usaron sistemas solares. Según la Asociación de Industrias de Energía Solar, la energía solar ha tenido una tasa de crecimiento anual promedio del 50 por ciento en los últimos 10 años en los Estados Unidos, en gran parte debido al Crédito Fiscal de Inversión Solar promulgado en 2006. La instalación solar también es más asequible ahora debido a la instalación Los costos cayeron más del 70 por ciento en la última década.

Dicho esto, al menos hasta hace poco, los medios para encontrar una solución energética viable y asequible es más importante que hacer que las células solares sean estéticamente agradables o hermosas. Los paneles solares tradicionales en los tejados estadounidenses no son exactamente sutiles o agradables a la vista. Han sido una molestia para los vecinos a veces, y seguramente un dolor para las asociaciones de propietarios de viviendas, pero los beneficios para el medio ambiente son sustanciales. Entonces, ¿dónde está el equilibrio? Hoy en día, las empresas se esfuerzan por lograr una tecnología solar avanzada y de mejor aspecto, como la fotovoltaica aplicada a la construcción (BAPV). Este tipo de célula solar discreta está integrada en las tejas existentes o en las fachadas de cerámica y vidrio de los edificios.

Solus Engineering, Enpulz, Guardian Industries Corporation, SolarCity Corporation, United Solar Systems y Tesla (después de su fusión con SolarCity) obtuvieron patentes para células solares mucho más discretas que el panel solar tradicional. Todas las patentes incorporan sistemas fotovoltaicos, que transforman la luz en electricidad utilizando materiales semiconductores como el silicio. Los paneles solares y la tecnología solar han recorrido un largo camino, por lo que estos inventos patentados son una prueba de que la tecnología todavía está mejorando su eficiencia y estética.

"Teja fotovoltaica" de SolarCity Corporation, patentada el 26 de junio de 2018 (patente de EE. UU. D821, 614) El "Sistema de tejas fotovoltaicas" de United Solar Systems Corporation, patentado el 1 de agosto de 1995 (Patente de los Estados Unidos 5.437.735) "Sistemas fotovoltaicos y componentes asociados de Guardian Industries Corp. que se utilizan en edificios y / o métodos asociados", patentado el 1 de diciembre de 2015 (Patente de Estados Unidos 9.202.958) SolarCity Corporation's "Building Integrated Photovoltaic System for Tile Roofs", patentado el 8 de mayo de 2018 (patente de EE. UU. 9, 966, 898) "Indicador de luz / panel decorativo del panel solar" de Enpulz, LLC, patentado el 1 de enero de 2013 (Patente de los Estados Unidos 8.344.240) "Tejas y sistemas relacionados" de Solus Engineering, patentado el 6 de mayo de 2014 (Patente de los Estados Unidos 8.713.861)
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