Fotowoltaika – jak to się wszystko zaczęło?
Współcześnie fotowoltaika to jeden z filarów odnawialnych źródeł energii. Wykorzystuje się ją zarówno w gospodarstwach domowych, jak i przedsiębiorstwach. W ostatnich latach technologie fotowoltaiczne dynamicznie się rozwinęły, gwarantując użytkownikom zwiększoną wydajność. Jak i kiedy to wszystko się zaczęło? Poznaj skróconą historię fotowoltaiki na świecie i w Polsce. Przełomowe odkrycie efektu fotowoltaicznego Dla historii fotowoltaiki niezwykle ważną datą jest 1839 rok. To w nim warto upatrywać początków PV. Francuski fizyk Alexandre Edmond Becquerel odkrył wówczas tzw. efekt fotowoltaiczny. Następnie opisał jego założenia, stając się jednym z ojców fotowoltaiki. Zgodnie z jego spostrzeżeniami cześć materiałów po wystawieniu na działanie światła słonecznego było w stanie generować śladowe ilości energii elektrycznej. Było to przełomowe odkrycie, do którego doszło nieco przypadkiem, podczas eksperymentowania z elektrodami metalowymi i elektrolitem. Odkrycie potencjału selenu w fotowoltaice Kolejny istotny moment dla rozwoju fotowoltaiki miał miejsce na przełomie lat 80. XIX wieku. Wówczas naukowcy z Wielkiej Brytanii William Grylls Adams i Richard Evans Day dokonali odkrycia związanego z selenem. Okazało się bowiem, że w trakcie ekspozycji na światło ten pierwiastek jest w stanie wytwarzać impuls elektryczny. Dało to potwierdzenie tego, że materiał stały może przekształcać światło w energię elektryczną bez konieczności angażowania w cały proces ciepła czy też wytwarzania ruchu. Teoria fotoelektryczna Hertza w 1887 roku W 1887 roku ważnego odkrycia dokonał Niemiec Heinrich Hertz. Fizyk ten wypracował teorię fotoelektryczną. Wykazał, że światło może wyzwalać elektrony z powierzchni różnego rodzaju metali. Odkrycie zjawiska fotoelektrycznego było kolejnym przełomem oraz podłożyło podwaliny pod dalszy rozwój fotowoltaiki, oraz związanych z nią technologii. Nobel dla Einsteina w kontekście rozwoju fotowoltaiki W historii fotowoltaiki swoje miejsce ma też wybitny naukowiec Albert Einstein. To on na początku XX wieku opublikował pracę, w której wskazał na naturę światła i efekt fotowoltaiczny. W swoich teoretycznych rozważaniach wykazał, że światło to strumień fotonów. Do tego podkreślił fakt, że w każdym z tych fotonów znajduje się kwant energii, a ten może być wykorzystywany do zasilania urządzeń elektrycznych. Praca Alberta Einsteina nie przeszła bez echa i przyczyniła się do otrzymania przez niego nagrody Nobla. Jan Czochralski i jego wpływa na rozwój fotoogniw krzemowych Swój wkład w rozwój fotowoltaiki ma polski uczony Jan Czochralski. W 1918 roku opracował on metodę produkcji krzemu monokrystalicznego. Wiedza ta została wykorzystana przez kolejnych naukowców, którzy nieco ponad dwie dekady później opracowali pierwsze w historii monokrystalicznych ogniw krzemowych. Do dziś stanowią one najpopularniejszy wybór przy produkcji modułów fotowoltaicznych i cenione są za swoją wydajność, relatywnie niskie koszty oraz łatwą dostępność materiału. Historia paneli słonecznych – kiedy powstał pierwszy z nich? Kiedy powstały panele fotowoltaiczne? Za przełomową datę uznaje się 1954 rok. To wtedy trójka wybitnych naukowców opracowała pierwszy panel, który wykorzystywał energię słoneczną do generowania prądu zasilającego radio oraz zabawkowy wiatrak. Za jego twórców uznaje się: Daryla Chapina, Geralda Pearsona i Calvina Fullera. Choć początkowo ich odkrycie uznawane było głównie za ciekawostkę, to jednak z czasem okazało się, jak ważne było dla rozwoju światowej energetyki. Po kilkudziesięciu latach opracowana przez nich technologia jest dynamicznie rozwijana, odpowiadając na potrzeby zeroemisyjnej produkcji prądu. Z pewnością nie przypuszczali, jakim przełomem będzie ich odkrycie. Jedno jest pewne. Bez nich historia paneli słonecznych mogłaby potoczyć się zupełnie inaczej. Pierwszym beneficjentem wykorzystania energii słonecznej była armia Jak większość nowoczesnych technologii, tak i fotowoltaika wykorzystywana była na początku na potrzeby armii. Dokładnie chodziło o armię amerykańską, w tym oddziały lotnicze Air Force. Ogniwa słoneczne znalazły zastosowanie w systemach zasilania satelitów, które krążyły wokół Ziemi i dostarczały analitykom armii niezbędnych informacji. Okazało się, że zastosowane ogniwa krzemowe zachowały swoje podstawowe właściwości przez wiele lat, będąc znacznie wydajniejsze i bezpieczniejsze od alternatywnych baterii chemicznych. Te ostatnie zawodziły już po kilku dniach od wystartowania satelity. To tylko utwierdziło naukowców w tym, że rozpowszechnienie użycia energii słonecznej do zasilania urządzeń elektrycznych to odpowiedni kierunek. Pierwsze panele fotowoltaiczne o sprawności 10% i więcej W latach 60. i 70. naukowcy na całym świecie pracowali nad rozwojem technologii wykorzystywanych w fotowoltaice. Przełomem okazało się stworzenie paneli o sprawności przekraczającej 10%. Przez wiele lat było to nieosiągalny próg. Do tego znacznie poprawiono procesy produkcji cienkowarstwowych ogniw słonecznych, co zwiększało ich uniwersalność oraz potencjał zastosowania. Zwiększone nakłady finansowe na OZE w latach 70. XX wieku Rozwój fotowoltaiki i szeroko rozumianych odnawialnych źródeł energii przyspieszył na początku lat 70. W tym okresie obserwowano zwiększone nakłady inwestycyjne na ten obszar, co było odpowiedzią na kryzys energetyczny w 1973 roku. Rządy oraz korporacje zaczęły poszukiwać sposobów na uniezależnienie się od tradycyjnych źródeł energii, a OZE stało się kuszącą alternatywą. W tej kategorii mocne miejsce zajmowała fotowoltaika. Zwiększone nakłady przyspieszyły jej rozwój w kierunku optymalizacji kosztów produkcji paneli i innych komponentów, a także poprawy ich wydajności i sprawności. Stany Zjednoczone wyznaczały kierunek pod koniec XX wieku Przez cały XX wiek to Stany Zjednoczone były liderem rozwoju fotowoltaiki i związanych z nią technologii. Nie inaczej było pod koniec tego drugiego tysiąclecia. W 1981 roku zbudowano tam pierwszą dużą elektrownię słoneczną o mocy 1 MW, a jej wykonawcą została firma ARCO Solar. Dekadę później dynamiczne zmiany obserwowano już na kontynencie azjatyckim, gdzie pozycję lidera zajmowała Japonia. W 1991 roku tamtejszy rząd spopularyzował panele FV wśród indywidualnych użytkowników, wdrażając pilotażowy i przełomowy program „70 000 dachów słonecznych”. Rozwój technologii cienkowarstwowej Na przełomie XX i XXI wieku na znaczeniu w fotowoltaice zyskiwała technologia cienkowarstwowa. Stała się łatwiej dostępna ze względu na obniżenie kosztów produkcji tego typu komponentów. Do tego panele cienkowarstwowe były łatwiejsze w montażu od wcześniej wykorzystywanych rodzajów. Dzięki temu zmniejszyły się koszty całej inwestycji i ta stała się bardziej osiągalna dla większej liczby użytkowników. Rewolucja objęła zarówno gospodarstwa domowe, jak i przedsiębiorstwa. Wzrost popularności fotowoltaiki w Europie Jeszcze na początku lat 90. XX wieku instalacje fotowoltaiczne dostępne były tylko w nielicznych krajach Europy. Wykorzystywano je przede wszystkim w: Hiszpanii, Włoszech, Finlandii, Holandii i Niemczech. W 1992 roku zaczęły pojawiać się we Francji, Austrii, Norwegii i Szwecji. Dopiero w XXI wieku zyskały na znaczeniu w pozostałej części Starego Kontynentu, w tym w Polsce. Pierwsza farma fotowoltaiczna w Polsce Przełomowy dla Polski jest 2011 roku. Wtedy w naszym kraju uruchomiono pierwszą farmę fotowoltaiczną z prawdziwego zdarzenia. Wybudowano ją w Wierzchosławicach.
