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比贝尔实验室还早60年的光伏电站

2022-01-04 19:20
全球光伏
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1821 年,Thomas Seebeck 发现电流将在由两种不同不同温度的金属制成的电路中流动,从而发现“热电效应”并构成了“热电发电机”的基础:将热量直接转化为电能。

1839 年,Antoine Becquerel 发现光也可以转化为电能,此后“光电效应”构成了“光电发电机”的基础 - 我们现在称之为“光伏”发电或太阳能光伏电池。

1941年,第一块单晶硅太阳能电池诞生,1950 年代贝尔实验室推出第一块可商业化的6%转化效率的光伏电池,1955年Hoffman电子推出效率为2%的商业太阳能电池产品,电池为14毫瓦/片,25美元/片,相当于1785 USD/W。

1963年,日本在一个灯塔上安装Sharp公司生产的242W光伏电池阵列,是当时世界最大的光伏电池阵列。1972年法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统,用于教育电视供电,这是世界上公认的第一个民用光伏电站。

然而颠覆三观的是,最新的探索发现,早在1905年,也就是爱因斯坦首次解释光电效应后一年,或者说在贝尔实验室工程师发明硅电池之前 40 年,一位名叫George Cove的太阳能先驱,他可能就已经建造了一个高效的光伏系统。

这将把人类的光伏发电的应用提前近60年!

1. 被遗忘的太阳能先驱

在1615年~1900年中,科学家研制成功了许多太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。但是这些动力装置功率不大,几乎全部采用聚光方式才能进行采光,主要是水蒸气为工质,价格昂贵,实用价值不大,但这些太阳能爱好者个人制造的机器却推动了太阳能的研究和发展。

在 1900 年代初期,和众多科学家一样,George Cove 打算建造一个热电发电机,但却意外地制造了一个光伏发电机 - 光伏太阳能电池,效率达到2.75%,这是贝尔实验室科学家在1950年代才实现的转化效率。

一位名叫 Philip Pesavento的光伏爱好者在一个偶然的机会,读到了George Cove的成就。在他看来,George Cove的设计比 1880 年到1940 年之间建造的任何太阳能电池性能更好,并且成功地打造了一个室外的光伏电池阵列,而“如果能证明相对高效的太阳能电池比硅电池的发展早 40 年就发明了,那将是非常令人兴奋的,人类对光伏发电的应用将被提前40年。

更重要的是,如果该发明早就被认识到,并且在第一次世界大战之前有太阳能光伏电池和组件系统,它可能还会将光伏科学史提前,让光伏电池更易于制造,影响当时的化石能源发电进程。

然而 George Cove 和他的发明并没有出现在大多数关于太阳能的历史记载中,但他的太阳能发电装置还是给当时的的流行科技媒体留下了深刻的印象。例如,1909 年,《技术世界》杂志写道:

“这样的机器既便宜又像厨房灶具一样坚不可摧。即使在目前的、有点粗糙和实验性的状态下,如果有两天的阳光,它也能储存足够的电能来照亮一个普通的房子一周。数月以来,这位发明家已经在他的公司中证明了这一点”。

2. George Cove的光伏成就

George Cove 于 1905 年在加拿大新斯科舍省哈利法克斯的大都会大厦展示了他的第一台“太阳能发电机”。目前尽管除了一张图片,没有关于这个面板的数据,然而,它的功率输出和效率足以让美国投资者向加拿大派遣专家进行考察。而当这位专家对机器检查完毕后,他们决定将George Cove 带到美国(马萨诸塞州萨默维尔)继续开发他的设备。

George Cove 于 1909 年在那里展示了他的第二台太阳能发电机。这个 1.5 平方米的面板可以产生 45 瓦的功率,将太阳能转化为电能的效率为 2.75%。到 1909 年中期,Cove 搬到了纽约市,在那里他展示了他的第三个原型,一个太阳能电池阵列,由四个峰值功率为 60 瓦的太阳能电池板组成,共为五个铅酸电池充电,总表面积为 4.5 平方米,最大输出功率为 240 瓦,效率提升至 5% - 类似于1954年贝尔实验室展示的第一块太阳能电池板。

上图:George的第一块太阳能电池板,于 1905 年展示。资料来源:Technical World Magazine 11, nr.4,1909 年 6 月。

上图:George Cove 的第二块太阳能电池板,其中一个部分缺失。资料来源:技术世界杂志 11,第 4 期,1909 年 6 月。

上图:George的第三块太阳能电池板。资料来源:“利用阳光”,René Homer,Modern Electrics,Vol。II, No.6, 1909 年 9 月。

上图:George的第三块太阳能电池板。面板现在以一定角度倾斜,而不是平放。资料来源:1909 年文学文摘

上图:George Cove的第三个太阳能电池阵列的一块太阳能电池板,表面玻璃盖已拆除。资料来源:“利用阳光”,René Homer,Modern Electrics,Vol。II, No.6, 1909 年 9 月

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