Fotowoltaika polega na przetwarzaniu światła słonecznego na prąd za pomocą materiałów półprzewodnikowych. Odbywa się to przy wykorzystaniu efektu fotowoltaicznego. Dzięki temu zjawisku fizyczno-chemicznemu powstały panele fotowoltaiczne. Przyjrzyjmy się zatem jak rozwijała się fotowoltaika na przestrzeni lat.

Odkrycie efektu fotowoltaicznego

Zadziwiające jest to, że zanim zabłysła pierwsza żarówka włączona przez Thomasa Edisona, inny geniusz fizyki Paryżanin Alexandre-Edmond Becquerel, wyprzedził swoją epokę, tworząc ogniwo słoneczne. Już w 1839 roku udało mu się wytworzyć napięcie elektryczne poprzez naświetlanie jednej z dwóch elektrod zanurzonych w elektrolicie. To zjawisko nazywamy efektem fotowoltaicznym. Odkrycie nie wywołało jakiegoś znaczącego wstrząsu, co nie powinno dziwić. Pamiętajmy, że ówczesne społeczeństwo spędzało wieczory przy nikłym blasku świec, a zjawisko energii elektrycznej nie występowało nawet w literaturze fantastycznej.

Alexandre-Edmont Becquerel

Impuls elektryczny impulsem do rozwoju

Niecałe czterdzieści lat później William Grylls Adams oraz jego uczeń Richard Evans Day odkryli, że możliwe jest wytworzenie impulsu elektrycznego w trakcie ekspozycji na światło materiałów wykonanych z selenu – była to swego rodzaju zapowiedź mechaniki kwantowej. Dzięki temu naukowcy przekonali się, że stały materiał jest w stanie przetworzyć światło w prąd bez ruchu lub ciepła.

Einstein i polski akcent

W roku 1905 na arenie naukowej pojawił się młody Albert Einstein z przełomową pracą opisującą naturę światła i efekt fotowoltaiczny. Naukowiec wykazał, że światło jest strumieniem fotonów, a każdy z nich zawiera kwant energii. Efektem tej pracy była nagroda Nobla. W roku 1918 polski chemik i metaloznawca Jan Czochralski opracował nowatorską jak na owe czasy metodę pozyskiwania monokryształów krzemu, nazwaną później metodą Czochralskiego. To z kolei umożliwiło powstanie monokrystalicznych ogniw krzemowych ponad dwadzieścia lat później.

Pierwszy moduł fotowoltaiczny

Przez następne kilkadziesiąt lat trwały poszukiwania materiałów PV, których zastosowanie zwiększyłoby w sposób znaczący wydajność, a co za tym idzie opłacalność ogniw. Byłoby niesprawiedliwością pominięcie zasług na tym polu Adlera i Cassela, jednak dopiero Amerykanin Russel Ohl zdecydował się w roku 1941 na wykorzystanie krzemu do produkcji ogniw. W roku 1954 powstał pierwszy moduł fotowoltaiczny, którego sprawność wynosiła 6%. Służył on do zasilania wiatraka-zabawki i radia. Za sukces odpowiadają trzej naukowcy, Gerald Pearson, Daryl Chapin i Calvin Fuller, choć wówczas odkrycie traktowane było jako mało poważna ciekawostka technologiczna.

Odkrycie efektu fotowoltaicznego nadało bieg rozwojowi fotowoltaiki

Fotowoltaika w kosmosie

Po raz pierwszy ogniwa fotowoltaiczne zostały wykorzystane przez armię amerykańską w latach 50-tych ubiegłego wieku. Stanowiły one jedno ze źródeł zasilania orbitujących wokół Ziemi satelitów. Zaawansowana technologia kluczowa dla powodzenia misji kosmicznych była niezwykle kosztowna, ale nie miało to większego znaczenia, ponieważ liczył się sukces. W związku z tym możliwe było wykorzystanie drogich ogniw słonecznych, które dawały bezproblemowy dostęp do energii elektrycznej. Już w 1966 roku powstało pierwsze Obserwatorium Astronomiczne wyposażone w instalację o mocy 1 W. Nikt wtedy jeszcze nie traktował fototoltaiki w kategoriach technologii, która zahamuje zmiany klimatyczne.

 

Współczesna fotowoltaika

Na Ziemi koszt instalacji był zbyt wysoki, aby przeciętny Kowalski mógł sobie pozwolić na taką inwestycję. Cena fotowoltaiki w dużej mierze była uzależniona od przemysłu półprzewodnikowego. Nie istniał żaden powód, aby obniżyć koszty instalacji, ponieważ NASA było w stanie zapłacić każdą cenę za wygraną w rywalizacji z ZSRR.

Instalacja fotowoltaiczna na dachu budynku to coraz częstszy widok

Zmiany w produkcji doprowadziły jednak do pojawienia się paneli fotowoltaicznych w niższych cenach. Jednocześnie koszty za energię elektryczną poszły w górę. Te dwa czynniki, wraz z widocznymi zmianami klimatycznymi, które wymuszają szukania alternatywnych sposobów zarządzania zasobami, doprowadziły do ogromnego zainteresowania fotowoltaiką. Do dnia dzisiejszego powstało kilka rodzajów paneli fotowoltaicznych. Sprawdź, które z nich są współcześnie najczęściej wykorzystywane.

Zielona przyszłość

Zarówno eksperci, jak i osoby, które uznały, że fotowoltaika dla firm lub domu jest najlepszym rozwiązaniem, zastanawiają się, co przyniesie przyszłość. Panele słoneczne to historia dynamicznego rozwoju szczególnie w ostatnich dekadach. Austria, Dania, Irlandia, Litwa, Luksemburg i Hiszpania planują mieć 100-procentowy udział odnawialnych źródeł energii (OZE) w energetyce do końca 2050 roku. Ponadto w branży fotowoltaicznej regularnie pojawiają się nowe pomysły i rozwiązania, które w przyszłości udoskonalą, a nawet zrewolucjonizują jej postrzeganie.

Chcesz dołączyć do zielonej rewolucji? Sprawdź ofertę COMFORT Home, dzięki której wyposażysz dom w nowoczesne, inteligentne urządzenia, pozwalające na komfortowe i bezpieczne życie całej Twojej rodziny.

Kliknij tutaj, aby poznać więcej szczegółów.

Powyższy artykuł jest dostępny również na blogu firmy FOTON Technik.