От паровых двигателей к фотоэлементам: эволюция солнечной энергетики

Солнечная энергетика приобрела широкое распространение только в последние несколько десятилетий, однако первые опыты по использованию энергии Солнца в технике относятся еще к началу XVII веку. Инженеры создавали всевозможные нагреватели, и преобразовывали тепловую энергию в механическую. Но особенно активно это направление энергетики начало развиваться в середине XIX века благодаря французскому математику и Огюстену Мушо, которому принадлежит сразу несколько изобретений, использующих для работы энергию Солнца. Причем некоторые из них используются по сей день.

Солнечная энергетика считается одним из самых перспективных направлений альтернативной энергетики

Первые устройства, работающие на солнечной энергии

Энергию Солнца люди начали использовать еще тысячи лет назад. К примеру, известно, что султанский дворец Топкапы отапливался водой, нагретой Солнцем. А первый солнечный двигатель, по некоторым данным, был создан во Франции еще в 1600 году. Он использовал нагретый воздух для перекачки воды. Однако активно развивать технологии солнечной энергетики инженеры-изобретатели и ученые начали лишь с XVIII-XIX века.

Отправной точкой в эволюции солнечной энергетике можно назвать появление нагревателей, которые были основаны на использовании зеркал и линз. К примеру, изобретатель Ж. Бюффон в середине XVII века создал большое вогнутое зеркало, которое могло фокусировать лучи солнца в одной точке. При помощи этого зеркала можно было воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 метров.

Ж. Бюффон придумал использовать зеркала, чтобы концентрировать солнечные лучи и таким образом усиливать тепловую энергию

Первый же водонагреватель был создан шведским ученым Н. Соссюром. Он представлял собой ящик со стеклянной крышкой. Устройство позволяло нагревать воду до 88 градусов. В 1774 году французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии, что значительно расширило возможности нагревателей. В его солнечной печи температура разогревалось до 1650 градусов. Примерно в тот же период было создано выпуклое стекло в Англии, которое позволяло плавить чугун всего за 3 минуты.

Надо сказать, что в этот период также стали появляться первые паровые машины, обеспечившие промышленную революцию. Это позволило инженерам объединить две технологии — нагрев воды солнечной энергией и преобразование пара в механическую энергию.

Паровые двигатели на солнечной энергии

Проблемой невозобновляемых источников энергии ученые озаботились еще в XIX веке. В частности, французский учитель математики Огюстен Мушо был обеспокоен тем, что рано или поздно закончатся мировые запасы угля. Это подтолкнуло его к созданию различных механизмов на основе солнечной энергии, таких как мощный солнечный паровой двигатель, печь для приготовления пищи и даже ледогенератор.

Солнечный концентратор Огюстена Мушо, продемонстрированный в Париже в 1878 году

В августе 1866 г. Огюстен Мушо представил крупнейший солнечный паровой двигатель в истории. Он демонстрировался в Париже пока город не оказался в осаде во время франко-прусской войны в 1871 году. После осады города двигатель найти не удалось. Но Мушо продолжил работу над созданием солнечных устройств и даже и расширил их масштабы.

Его изобретения были настолько убедительными, что в январе 1877 г. он получил от правительства грант на создание солнечных двигателей во французском Алжире. Это позволило Mушо реализовывать сразу несколько крупных «солнечных» проектов. В частности, им были созданы опреснительные установки, которые используются в Алжире по сей день.

Самое же необычное для своего времени изобретение Огюстена Мушо — это ледогенератор, который был продемонстрирован в 1878 году в Париже на Всемирной выставке. Устройство имело коническое зеркало и бойлер с водой внутри. Солнечные лучи были направлены на котел, давление в котором возрастало до 7 атмосфер. К нему было прикреплено охлаждающее устройство, производившее блоки льда. Изобретение так удивило окружающих, что Мушо получил за него золотую медаль.

Эскиз концентратора Огюстена Мушо

Кроме того, изобретатель продемонстрировал печатную машину, которая в час делала 500 оттисков газеты. Она тоже работала на паровом солнечном двигателе. Спустя несколько лет аналогичная машина появилась в США. Однако вскоре после выставки цены на уголь в мире упали, в результате чего работы Mушо стали неактуальными и их финансирование прекратилось.

Изобретение солнечных панелей

Эффект преобразования света в электричество впервые открыл французский физик Александр Эдмон Беккерель в 1839 году. Он использовал для этого селен, однако изначально технология мало кого заинтересовала. Поэтому первые прототипы солнечных батарей создал итальянский фото-химик Джаком Луиджи Чамичан только в 1912 году. Но они также не получили практического применения из-за низкой эффективности.

Поэтому вплоть до середины XX века принцип всех механизмов, использующих для работы энергию Солнца, оставался неизменным — солнечная энергия использовалась исключительно для нагрева пара, который приводил в движение паровые двигатели.э

Кремниевые солнечные панели были созданы в США в 1954 году

Ситуация изменилась лишь в 1954 году, когда американские ученые из компании “Bell Laboratories” заявили о создании солнечных батарей на основе кремния. Речь о фотоэлектрических преобразователях, или фотоэлементах, которые преобразуют солнечную энергию в постоянный электрический ток. Эффективность этих батарей составляла 6%, что намного выше всех существующих до этого разработок. Во время пресс-конференции солнечная батарея обеспечила электроэнергией игрушечное “колесо обозрения” и радиопередатчик.

Первый спутник с солнечными панелями «Авангард-1»

Принцип их работы достаточно простой — кванты света, попадая на пластину кремниевого полупроводника, выбивают электрон с внешней орбиты атома. Так как образуется большое количество свободных электронов, в цепи возникает постоянный электрический ток. Ранее мы подробно рассказывали о принципах работы солнечных панелей.

Переходите по ссылке на наш ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ. Мы подготовили для вас множество интересных, захватывающих материалов посвященных науке.

Уже 17 марта 1958 года США запустили первый спутник, оснащенный солнечными батареями, который получил название “Авангард-1”. С тех пор началась эпоха солнечных панелей, которые по сей день продолжают совершенствоваться и становиться более эффективными. Правда, в последнее время многие ученые стали говорить о том, что солнечная энергетика не такая экологичная и безопасная для окружающей среды, как предполагалось ранее. Поэтому в нынешнем виде ее нельзя назвать идеальной.