UMA BREVE HISTÓRIA DOS PAINÉIS SOLARES

Muito antes do primeiro Dia da Terra ser celebrado em 22 de abril de 1970, gerando conscientização sobre o meio ambiente e apoio à proteção ambiental, os cientistas estavam fazendo as primeiras descobertas em energia solar. Tudo começou com Edmond Becquerel, um jovem físico que trabalha na França, que em 1839 observou e descobriu o efeito fotovoltaico - um processo que produz uma voltagem ou corrente elétrica quando exposto à luz ou energia radiante. Algumas décadas depois, o matemático francês Augustin Mouchot inspirou-se no trabalho do físico. Ele começou a registrar patentes de motores movidos a energia solar na década de 1860. Da França para os EUA, inventores foram inspirados pelas patentes do matemático e pediram patentes em dispositivos movidos a energia solar já em 1888.

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Charles Fritts instalou os primeiros painéis solares no telhado da cidade de Nova York em 1884. (Cortesia de John Perlin)

Dê um leve passo de volta para 1883, quando o inventor de Nova York Charles Fritts criou a primeira célula solar revestindo selênio com uma fina camada de ouro. Fritts relatou que o módulo de selênio produzia uma corrente “contínua, constante e de força considerável”. Essa célula alcançou uma taxa de conversão de energia de 1 a 2%. A maioria das células solares modernas funciona com uma eficiência de 15 a 20%. Então, Fritts criou o que era uma célula solar de baixo impacto, mas ainda assim, foi o início da inovação do painel solar fotovoltaico na América. Batizado em homenagem ao físico, químico e pioneiro da eletricidade e da energia italianos, Alessandro Volta, o fotovoltaico é o termo mais técnico para transformar energia luminosa em eletricidade, e usado de forma intercambiável com o termo fotoelétrico.

"Apparatus for Using Solar Radiant Energy", de Edward Weston, patenteado em 4 de setembro de 1888. (Patente dos EUA 389.124)

Apenas alguns anos depois, em 1888, o inventor Edward Weston recebeu duas patentes para células solares - a Patente dos EUA 389.124 e a Patente dos EUA, 389.425. Para ambas as patentes, Weston propôs “transformar a energia radiante derivada do sol em energia elétrica, ou através de energia elétrica em energia mecânica”. A energia da luz é focalizada através de uma lente (f) na célula solar (a), “uma termopilha (um dispositivo eletrônico que converte energia térmica em energia elétrica) composto de barras de metais dissimilares. ”A luz aquece a célula solar e faz com que os elétrons sejam liberados e a corrente flua. Nesse caso, a luz cria calor, o que gera eletricidade; é exatamente o inverso do funcionamento de uma lâmpada incandescente, convertendo eletricidade em calor que gera luz.

Nesse mesmo ano, um cientista russo chamado Aleksandr Stoletov criou a primeira célula solar baseada no efeito fotoelétrico, que é quando a luz incide sobre um material e os elétrons são liberados. Este efeito foi observado pela primeira vez por um físico alemão, Heinrich Hertz. Em sua pesquisa, Hertz descobriu que mais poder foi criado pela luz ultravioleta do que a luz visível. Hoje, as células solares usam o efeito fotoelétrico para converter luz solar em energia. Em 1894, o inventor americano Melvin Severy recebeu patentes 527.377 para um "Aparelho para montagem e operação de termopilhas" e 527.379 para um "Aparelho para geração de eletricidade por calor solar". Ambas as patentes eram essencialmente células solares precoces baseadas na descoberta do efeito fotoelétrico. A primeira gerava “eletricidade pela ação do calor solar sobre uma pilha térmica” e podia produzir uma corrente elétrica constante durante os movimentos diários e anuais do sol, o que aliviava qualquer um de ter que mover a termopilha de acordo com os movimentos do sol. A segunda patente de Severy, de 1889, também se destinava a usar a energia térmica do sol para produzir eletricidade para calor, luz e energia. As “pilhas térmicas”, ou células solares, como as chamamos hoje, foram montadas em um padrão para permitir que fossem controladas na direção vertical, bem como em uma plataforma giratória, o que lhes permitia mover-se em um plano horizontal. "Pela combinação desses dois movimentos, a face da pilha pode ser mantida em frente ao sol em todos os momentos do dia e em todas as estações do ano", diz a patente.

"Aparelho para montagem e operação de termopilhas", de Melvin L. Severy, patenteado em 9 de outubro de 1894 (Patente dos EUA 527.377)

"Aparelho para geração de eletricidade por calor solar", de Melvin L. Severy, patenteado em 9 de outubro de 1894 (Patente dos EUA 527.379)

Quase uma década depois, o inventor americano Harry Reagan recebeu patentes de baterias térmicas, que são estruturas usadas para armazenar e liberar energia térmica. A bateria térmica foi inventada para coletar e armazenar calor por ter uma massa grande que pode aquecer e liberar energia. Não armazena eletricidade, mas “calor”, no entanto, os sistemas atuais usam essa tecnologia para gerar eletricidade por meio de turbinas convencionais. Em 1897, Reagan recebeu a patente norte-americana 588.177 para uma “aplicação de calor solar a baterias térmicas”. Nas alegações da patente, Reagan disse que sua invenção incluía “uma nova construção de aparelhos em que os raios solares são utilizados para aquecimento térmico”. baterias, o objetivo é concentrar os raios do sol em um foco e ter um conjunto de junções de uma bateria térmica no foco dos raios, enquanto dispositivos de resfriamento adequados são aplicados às outras junções da dita bateria térmica. ”Sua invenção Era um meio de coletar, armazenar e distribuir o calor solar conforme necessário.

"Aplicação de calor solar a baterias térmicas", de HC Reagan, patenteada em 17 de agosto de 1897 (patente US 588.177).

Em 1913, William Coblentz, de Washington, DC, recebeu a patente 1.077.219 de um “gerador térmico”, que era um dispositivo que usava raios de luz “para gerar uma corrente elétrica com tal capacidade de realizar trabalho útil”. invenção para ter construção barata e forte. Embora essa patente não fosse para um painel solar, esses geradores térmicos foram inventados para converter calor diretamente em eletricidade ou transformar essa energia em energia para aquecimento e resfriamento.

"Gerador Térmico" de WW Coblentz, patenteado em 28 de outubro de 1913 (Patente dos EUA 1.077.219)

Na década de 1950, a Bell Laboratories percebeu que os materiais semicondutores, como o silício, eram mais eficientes que o selênio. Eles conseguiram criar uma célula solar com 6% de eficiência. Inventores Daryl Chapin, Calvin Fuller e Gerald Pearson (introduzidos ao Hall da Fama dos Inventores Nacionais em 2008) foram os cérebros por trás da célula solar de silício no Bell Labs. Embora tenha sido considerado o primeiro dispositivo prático para converter energia solar em eletricidade, ainda era um custo proibitivo para a maioria das pessoas. As células solares de silício são caras para produzir, e quando você combina várias células para criar um painel solar, é ainda mais caro para o público comprar. Acredita-se que a Universidade de Delaware criou um dos primeiros prédios solares, o “Solar One”, em 1973. A construção funcionava com uma combinação de energia solar térmica e solar fotovoltaica. O prédio não usava painéis solares; Em vez disso, a energia solar foi integrada ao telhado.

DM Chapin et al, "Solar Energy Converting Apparatus", patenteado em 5 de fevereiro de 1957 (patente US 2.780.765)

Foi nessa época na década de 1970 que uma crise de energia surgiu nos Estados Unidos. O Congresso aprovou a Lei de Pesquisa, Desenvolvimento e Demonstração de Energia Solar de 1974, e o governo federal estava comprometido mais do que nunca a tornar a energia solar viável e acessível e divulgá-la ao público. Após a estréia de “Solar One”, as pessoas viram a energia solar. energia como uma opção para suas casas. O crescimento desacelerou nos anos 80 devido à queda nos preços tradicionais de energia. Mas nas próximas décadas, o governo federal estava mais envolvido com pesquisa e desenvolvimento de energia solar, criando doações e incentivos fiscais para aqueles que usavam sistemas solares. De acordo com a Solar Energy Industries Association, a solar teve uma taxa de crescimento anual média de 50% nos últimos 10 anos nos EUA, em grande parte devido ao Crédito Fiscal de Investimento Solar, aprovado em 2006. A instalação solar também é mais acessível agora devido à instalação os custos caíram mais de 70% na última década.

Dito isso, pelo menos até recentemente, os meios para encontrar uma solução energética viável e acessível são mais importantes do que tornar as células solares esteticamente agradáveis ou bonitas. Painéis solares tradicionais nos telhados americanos não são exatamente sutis ou agradáveis aos olhos. Eles têm sido uma chateação para os vizinhos, às vezes, e certamente uma dor para as associações de proprietários para lidar, mas os benefícios para o meio ambiente são substanciais. Então, onde está o equilíbrio? Hoje, as empresas estão se esforçando para melhorar a aparência e a tecnologia solar avançada, como a fotovoltaica aplicada à construção (BAPV). Este tipo de célula solar discreta é integrado às telhas existentes ou às fachadas de cerâmica e vidro dos edifícios.

A Solus Engineering, a Enpulz, a Guardian Industries Corporation, a SolarCity Corporation, a United Solar Systems e a Tesla (após sua fusão com a SolarCity) receberam patentes de células solares muito mais discretas que o painel solar tradicional. Todas as patentes incorporam sistemas fotovoltaicos, que transformam luz em eletricidade usando materiais semicondutores como o silício. Painéis solares e tecnologia solar já percorreu um longo caminho, então essas invenções patenteadas são a prova de que a tecnologia ainda está melhorando sua eficiência e estética.

"Telha Fotovoltaica" da SolarCity Corporation, patenteada em 26 de junho de 2018 (Patente dos EUA D821.614)

"Photovoltaic Shingle System" da United Solar Systems Corporation, patenteado em 1º de agosto de 1995 (patente US 5.437.735)

"Sistemas Fotovoltaicos e Componentes Associados da Guardian Industries Corp. que são Usados em Edifícios e / ou Métodos Associados", patenteou 1 de dezembro de 2015 (Patente dos EUA 9.202.958)

"Sistema Fotovoltaico Integrado de Construção de Telhados de Telhas" da SolarCity Corporation, patenteado em 8 de maio de 2018 (Patente dos EUA 9.966.898)