Fotowoltaika - historia rozwoju technologii

Fotowoltaika, czyli wykorzystanie energii słonecznej

Popularność instalacji fotowoltaicznych rośnie z roku na rok. Wykorzystanie światła słonecznego z wykorzystaniem ogniw fotowoltaicznych zapewnia użytkownikom szereg wymiernych korzyści. Wśród głównych wymienia się oszczędności, wygodę oraz pozytywne oddziaływanie na środowisko wynikające z wykorzystywania odnawialnych źródeł energii do pozyskiwania prądu elektrycznego. Za inwestycją w ten rodzaj OZE przemawia również fakt nieustannego rozwoju technologii, wzrost wydajności oraz coraz atrakcyjniejsze ceny paneli słonecznych.

Fotowoltaika pozwala czerpać energię elektryczną z promieni słonecznych, gotową do zasilania urządzeń w domu, ogrzania go czy przygotowania ciepłej wody użytkowej. Choć prawdziwy rozkwit przeżywa dopiero w XXI wieku, to warto wiedzieć, że jej początki sięgają wieku XIX i związane są m.in. z teoriami Alberta Einsteina. 

Jak to się stało, że panele fotowoltaiczne stały się tak popularne i powszechne?

Historia fotowoltaiki – jak to się zaczęło?

Aby znaleźć źródło, należy sięgnąć dwa wieki wstecz, do odkrycia pewnego francuskiego naukowca. W 1839 roku Alexandre Edmond Becquerel prowadził eksperymenty z elektrodami metalowymi i elektrolitem. W ich trakcie zauważył, że część materiałów wystawionych na działanie światła generuje niewielkie ilości energii elektrycznej. Dziś określamy to jako zjawisko fotowoltaiczne.

Jak William Grylls Adams i jego uczeń Richard Evans Day odkryli mechanikę kwantową

Blisko 40 lat po odkryciu Becquerela kolejny krok dla rozwoju instalacji fotowoltaicznej postawili William Adams oraz Richard Evans Day. Brytyjscy naukowcy, badając materiały wykonane z selenu, zaobserwowali, że w trakcie ich ekspozycji na światło można wytworzyć impuls elektryczny. Dzięki temu Adams i Evans odkryli efekt fotowoltaiczny, udowadniając, że stały materiał potrafi wytworzyć energię świetlną w prąd bez ruchu czy ciepła.

Na kolejne odkrycia trzeba było poczekać kilkadziesiąt lat i związane były one z teorią Alberta Einsteina, za którą najsłynniejszy na świecie fizyk w 1921 roku uhonorowany został Nagrodą Nobla. Na początku XX wieku Albert Einstein opublikował pracę, w której opisał efekt fotoelektryczny. Udowodnił w niej m.in., że światło jest strumieniem fotonów, a każdy z nich zawiera kwant energii.

Warto dodać, że wkład w historię rozwoju technologii PV miał także Polak, Jan Czochralski, który w 1916 roku opracował metodę produkcji krzemu monokrystalicznego. Ponad 20 lat później umożliwiła ona powstanie monokrystalicznych krzemowych ogniw słonecznych. Metoda Czochralskiego jest najstarszą i jedną z najpowszechniej wykorzystywanych na świecie – produkując panele słoneczne również dziś.

Naukowcy Gerald Pearson, Daryl Chapin i pierwszy moduł fotowoltaiczny

W 1954 roku w oddziale badawczym Bell Laboratories powstał pierwszy panel fotowoltaiczny. Pierwsze krzemowe ogniwa słoneczne opracowali Gerald Pearson, a także Daryl Chapin i Calvin Fuller. Miały one sprawność na poziomie 6% i zasilały wiatrak zabawki, a także radio. Odkrycie trójki naukowców opisano w The New York Times jako „początek nowej ery, prowadzącej ostatecznie do realizacji wykorzystania niemal nieograniczonej energii słońca do zastosowań cywilizacyjnych”. 

Ogniwa fotowoltaiczne w kosmosie

Ceny fotowoltaiki w połowie XX wieku były horrendalne, a sama technologia – niedostępna dla zwykłych ludzi. Stąd też jako pierwsza sięgnęła po nią armia USA, w 1958 roku wykorzystując ogniwa słoneczne do tajnego projektu zasilania satelitów orbitujących wokół Ziemi. Początkowo technologia się nie sprawdziła, a Stany postanowiły przerzucić się na baterie chemiczne. Hans Ziegler przekonał amerykańskich specjalistów, że ogniwa słoneczne będą znacznie skuteczniejsze i ostatecznie satelity Vanguard wyposażono w hybrydowe połączenie ogniw krzemowych z bateriami chemicznymi, co zdało egzamin.

Fotowoltaika wczoraj i dziś

NASA kontynuowała wykorzystanie paneli słonecznych w latach 60. W latach 70. koszty produkcji fotowoltaiki obniżyły się o 80%. Panelami zasilano latarnie morskie, przejazdy kolejowe oraz niektóre budynki. W latach 80. ogniwa zaczęły pojawiać się już w dużej części gospodarstw domowych, a przełomowym okazał się schyłek XX wieku – w latach 90. powstały pierwsze autonomiczne i podłączone do sieci instalacje słoneczne, głównie w Niemczech i Japonii.

Masowa produkcja paneli wystartowała na dobre w 2000 roku. Do dziś technologia jest udoskonalana, a współcześnie dostęp ma do niej każdy z nas. Według danych Instytutu Energii Odnawialnej pod koniec 2020 roku moc zainstalowana PV w Polsce osiągnęła blisko 2,5 GW. Prognozy wskazują, że obroty na rynku fotowoltaiki w 2021 roku wzrosną w stosunku do poprzedniego nawet o 25%, przekraczając 5 miliardów złotych.