Fotowoltaika odpowiada za przetwarzanie światła słonecznego na prąd

za pomocą materiałów półprzewodnikowych, wykorzystując do tego efekt fotowoltaiczny – zjawisko fizyczne i chemiczne, dzięki któremu mogły powstać panele fotowoltaiczne. Zanim jednak doszło do rozwoju technologii, z której dzisiaj korzysta wiele gospodarstw domowych i firm, musiały mieć miejsce dwa ważne odkrycia w dziedzinie fizyki. Z tego wpisu dowiesz się, jak wyglądała historia fotowoltaiki na przestrzeni dekad.

Jak to się zaczęło?

Zanim rzeczą stosunkowo powszechną stały się domowe instalacje fotowoltaiczne, musiało dojść do dwóch ważnych odkryć, które miały miejsce jeszcze w XIX wieku. Tak! Źródeł fotowoltaiki należy szukać w pierwszej połowie XIX wieku, kiedy zmiany klimatyczne były zbyt odległym wyzwaniem. 

Odkrycie efektu fotowoltaicznego

Panele fotowoltaiczne nie istniałyby, gdyby nie odkrycie francuskiego fizyka z 1839 roku. Alexandre Edmond Becquerel podczas eksperymentów z elektrodami metalowymi i elektrolitem doszedł do wniosku, że część materiałów po wystawieniu na działanie światła jest w stanie wytworzyć niewielkie ilości prądu. To zjawisko nazywamy efektem fotowoltaicznym. 

Odkrycie brytyjskich fizyków

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. 

Teoria Einsteina

Na początku XX wieku Albert Einstein opublikował pierwszą pracę teoretyczną opisującą naturę światła i efekt fotowoltaiczny, wykazując, że światło jest strumieniem fotonów, a każdy z nich zawiera kwant energii – efektem pracy była nagroda Nobla. 

Polski akcent w historii fotowoltaiki na świecie

Rozwój fotowoltaiki nie byłby możliwy, gdyby nie opracowana w 1918 roku przez Jana Czochralskiego metoda wytwarzania krzemu monokrystalicznego, co umożliwiło powstanie monokrystalicznych ogniw krzemowych ponad dwadzieścia lat później. 

Pierwszy moduł fotowoltaiczny

Sprawność na poziomie 6% – tak mógł być reklamowany pierwszy moduł fotowoltaiczny, który powstał w 1954 roku i służył do zasilania wiatraka-zabawki oraz radia. Za sukces odpowiadają trzej naukowcy, Gerald Pearson, Daryl Chapin i Calvin Fuller, choć wówczas odkrycie traktowane było jako mało poważna ciekawostka technologiczna.

Pierwsze wykorzystanie energii słonecznej

Prawdopodobnie nie będzie niczym zaskakującym informacja, że po raz pierwszy ogniwa fotowoltaiczne zostały wykorzystane przez armię amerykańską i Air Force pod koniec lat 50-tych ubiegłego wieku. Stanowiły one jedno ze źródeł zasilania orbitujących wokół Ziemi satelitów, drugim były natomiast baterie chemiczne, które zawiodły... mniej więcej tydzień po starcie. Dla porównania – zainstalowane w satelitach ogniwa krzemowe były użyteczne przez wiele lat.  

Dalszy rozwój fotowoltaiki

Naturalną konsekwencją było zastosowanie paneli fotowoltaicznych w kosmosie – lata 60-te oraz początek lat 70-tych to bowiem intensywny okres dla NASA walczącego o palmę pierwszeństwa z ZSRR. 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, natomiast w 1966 roku powstało pierwsze Obserwatorium Astronomiczne wyposażone w 1-watową instalację. Wówczas jednak nikt nie zastanawiał się, czy fotowoltaika to współczesna odpowiedź na zmiany klimatyczne.  

Fotowoltaika współcześnie

Panele słoneczne w kosmosie stały się standardem, natomiast na Ziemi koszt instalacji był zbyt wysoki, by przeciętny człowiek mógł sobie pozwolić na taką inwestycję. Tak jednak pozostało do czasu. Cena fotowoltaiki w dużej mierze była zdeterminowana przez ówczesny przemysł półprzewodnikowy – nie było też żadnego powodu, aby obniżyć koszty instalacji, ponieważ NASA było w stanie zapłacić każdą cenę, byle wyprzedzić ZSRR. Zmiany produkcyjne, które miały miejsce na przestrzeni kolejnych dekad, doprowadziły jednak do pojawienia się paneli fotowoltaicznych w niższych cenach – jednocześnie odczuwalny stał się wzrost kosztów za energię elektryczną. Te dwa czynniki, wraz z widocznymi zmianami klimatycznymi, które wymuszają szukania alternatywnych sposobów zarządzania zasobami, doprowadziły do ogromnego zainteresowania fotowoltaiką.  

Co przyniesie 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 – część państw europejskich planuje 100% udział odnawialnych źródeł energii (OZE) w energetyce do końca 2050 roku. Można się zatem spodziewać dalszej ekspansji na całym świecie.