Europejski dzień wynalazcy - poznaj historię fotowoltaiki

.

Europejski Dzień Wynalazcy obchodzimy właśnie dzisiaj – 9-tego listopada!

Jesteś ciekawy, jak to wszystko się zaczęło?

Początki fotowoltaiki niewiele miały wspólnego ze współczesnym zastosowaniem oraz technologią, z której korzysta wiele gospodarstw domowych i firm a jej historia sięga pierwszej połowy XIX wieku. To właśnie wtedy musiało dojść do dwóch ważnych odkryć:

• Efekt fotowoltaiczny jest zjawiskiem, które odkrył w 1839 roku francuski fizyk Alexandre Edmond, który podczas badań i analizy z elektrodami metalowymi i elektrolitem zauważył, że część materiałów po wystawieniu na działanie światła jest w stanie wytworzyć niewielkie ilości prądu elektrycznego.

• W 1876 roku, a więc niecałe 40 lat później natchnieni do dalszych działań oraz zainteresowani tematem brytyjski fizyk William Grylls Adams wraz z jego uczniem Richardem Evans Day odkryli, że podczas ekspozycji na światło materiałów wykonanych z selenu może zostać wytworzony impuls elektryczny. To odkrycie było zapowiedzią mechaniki kwantowej na długo przed tym, zanim większość chemików i fizyków uznało istnienie atomów. Mimo tego, że nie potrafiono przekształcić wystarczającej ilości światła słonecznego w prąd zasilający urządzenia elektryczne, naukowcy udowodnili, że stały materiał jest w stanie przetworzyć światło w prąd bez ruchu lub ciepła.

Teoria Einsteina

Na początku XX wieku Albert Einstein niemieckojęzyczny fizyk teoretyczny opublikował pracę uhonorowaną później nagrodą Nobla. Praca opisywała naturę światła i efekt fotowoltaiczny, wskazując, że światło jest strumieniem fotonów, a każdy z nich zawiera kwant energii, czyli określoną jej ilość. Opisał, że foton oddziałujący na elektron, który znajduje się na powierzchni metalowej płytki przekazuje mu całą energię. Elektron zostaje wyrwany z powierzchni płytki, tym samym zachodzi zjawisko fotowoltaiczne, gdy energia fotonu jest większa od energii wiązania elektronu.

Teoria Einsteina potwierdzona została przez Amerykanina Roberta Millikan w 1916 roku.

Wpływ badań Polaka na historię fotowoltaiki na świecie

Osiągnięcie naszego rodaka Jana Czochralskiego pozwoliło na dalszy rozwój fotowoltaiki na świecie! W 1918 roku odkrył on metodę wytwarzania krzemu monokrystalicznego, co w konsekwencji ponad dwadzieścia lat później umożliwiło wytworzenie pierwszych ogniw krzemowych.

Pierwszy moduł fotowoltaiczny

Pierwszy moduł fotowoltaiczny powstał w oddziale badawczym Bell Laboratories w 1954 roku. Odpowiedzialni za ten sukces są trzej naukowcy Gerald Pearson, Daryl Chapin i Calvin Fuller, którzy opracowali pierwsze krzemowe ogniwa słoneczne, które były w stanie wygenerować mierzalną energię elektryczną. Pierwszy panel fotowoltaiczny służył do zasilania zabawkowego wiatraka oraz radia, a jego sprawność była na poziomie 6%.

Początek nowej Ery

Osiągnięcie trzech naukowców zostało opisane przez jeden z najważniejszych amerykańskich dzienników The New York Times jako „początek nowej ery, prowadzącej ostatecznie do realizacji wykorzystania niemal nieograniczonej energii słońca do zastosowań cywilizacyjnych”. Wytwarzanie mało efektywnych ogniw fotowoltaicznych w ten sposób było jednak zbyt kosztowne, dlatego osiągnięcie to było traktowane bardziej jako ciekawostka technologiczna, niż coś, co mogłoby zostać produkowane oraz używane na większą skalę.

Wykorzystanie energii słonecznej po raz pierwszy

Ogniwa fotowoltaiczne wykorzystane zostały po raz pierwszy przez amerykańską armię i Air Force w 1958 roku. Wykorzystali oni ogniwa do projektu orbitujących satelitów wokół Ziemi. Jednak, gdy pierwszy amerykański satelita miał zostać uruchomiony, marynarka wojenna uznała ogniwa słoneczne za niesprawdzoną technologię i zdecydowała się użyć baterii chemicznych jako jego źródło zasilania. Dzięki sprzeciwu Hansa Ziegler, który twierdził, że konwencjonalne baterie wyczerpią się w krótkim czasie w ramach kompromisu w satelicie Vanguard I zastosowano podwójny system zasilania: krzemowymi ogniwami słonecznymi i bateriami chemicznymi. Teorie niemieckiego pioniera w dziedzinie satelitów komunikacyjnych potwierdziły się, zainstalowane w satelitach ogniwa krzemowe użyteczne były przez wiele lat, podczas gdy baterie krzemowe zawiodły niespełna tydzień po starcie.

Lata 60-te i wykorzystywanie technologii przez NASA

W latach 60-tych wizja elektryczności z promieniowania słonecznego wydawała się być jeszcze bardzo odległa ze względu na wysokie koszy. Odkryta techologia wykorzystywana natomiast była przez NASA w kosmosie, w którym cena nie grała roli, lecz jakość i sprawność.

Lata 70-te i 80-te w fotowoltaice

W związku z ciągłymi badaniami nad modułami fotowoltaicznymi lata 70-te przyniosły znaczne obniżki wydatków związanych z produkcją. Redukcja kosztów była na poziomie 80%! W tym czasie fotowoltaika zasilać zaczęła przejazdy kolejowe i latarnie morskie. W kolejnym dziesięcioleciu natomiast moduły PV pojawiły się w gospodarstwach domowych zasilając radia, zegarki, latarki i kalkulatory.

Przełom w latach 90-tych

Pierwsze podłączone do sieci instalacje powstały w latach 90-tych, co uznano jako przełom na światowym rynku energii elektrycznej. Wówczas powstały również dofinansowania w Niemczech i Japonii wspierający ten cel.

Czasy współczesne

Masowa produkcja paneli fotowoltaicznych rozpoczęła się w 2000 roku i do tej pory branża fotowoltaiczna niezmiennie intensywnie się rozwija.

Świadomość o zmianach klimatycznych oraz wzrostem cen za energię elektryczną dodatkowo wzbudza duże zainteresowanie fotowoltaiką jako odnawialnym źródłem energii.

Biorąc pod uwagę dynamiczny rozwój paneli słonecznych oraz nieograniczony potencjał Słońca szacuje się, że fotowoltaika w niedalekiej przyszłości będzie najbardziej rozpowszechnionym odnawialnym źródłem energii.

Część państw europejskich planuje 100% udział OZE w energetyce do końca 2050 roku, jednocześnie przewiduje się, że w 2050 Polska ma szansę osiągnąć nawet 90% w produkcji energii z OZE.