Fotowoltaika dziś kojarzy się z nowoczesnością, oszczędnością i troską o środowisko. Jednak jej początki sięgają niemal dwóch stuleci wstecz. Od odkrycia zjawiska fotowoltaicznego po panele PV na dachach gospodarstw domowych – droga tej technologii była pełna przełomów, eksperymentów i odkryć naukowych. Jak dokładnie wyglądał rozwój fotowoltaiki i kto przyczynił się do tego, że dziś możemy wykorzystywać energię słoneczną do produkcji energii elektrycznej?
Historia fotowoltaiki – Alexandre Edmond Becquerel i William Grylls Adams
Pierwsze wzmianki o zjawisku, które dziś nazywamy efektem fotowoltaicznym, pojawiły się już w 1839 roku. Wówczas Alexandre Edmond Becquerel, francuski naukowiec, zaobserwował, że impuls elektryczny może powstać na skutek ekspozycji na światło materiałów zanurzonych w elektrolicie oraz połączonych elektrodami metalowymi i elektrolitem. Eksperymentował z elektrodami w roztworach, które wystawiał na światło słoneczne, zauważając niewielkie napięcie. To był początek nowej ery – zjawisko fotowoltaiczne właśnie zostało odkryte.
Kilka dekad później, w początku XX wieku, badania kontynuowali William Grylls Adams i jego uczeń Richard Evans Day. Użyli oni selenu, materiału półprzewodnikowego, który pod wpływem światła generował prąd elektryczny. Ich praca nie zakończyła się stworzeniem praktycznego urządzenia, ale dostarczyła dowodów, że światło słoneczne może zostać zamienione bezpośrednio w energię elektryczną bez potrzeby użycia mechanicznych części.
Albert Einstein, zjawisko fotoelektryczne i krok ku przyszłości
W 1905 roku Albert Einstein opublikował pracę, która wyjaśniła zjawisko fotoelektryczne. Pokazał, że światło zachowuje się jak strumień cząstek, a każda z nich – foton – zawiera kwant energii. Kiedy foton uderza w powierzchnię materiału półprzewodnikowego, może wybić z niego elektron, tworząc prąd elektryczny. Teoretyczne podstawy, które położył Einstein, były niezbędne dla przyszłego rozwoju technologii fotowoltaicznej.
Narodziny ogniwa krzemowego – Bell, Pearson, Chapin i Fuller
W 1954 roku inżynierowie z laboratorium Bell – Gerald Pearson, Daryl Chapin i Calvin Fuller – skonstruowali pierwsze praktyczne ogniwo krzemowe. W przeciwieństwie do wcześniejszych konstrukcji selenowych, ich ogniwo miało sprawność na poziomie 6%, co oznaczało, że 6% energii ze słońca zamieniało się w energię elektryczną. Materiałem bazowym był krzem monokrystaliczny, a metoda jego pozyskiwania była oparta na technice opracowanej przez Jana Czochralskiego – znaną jako metoda Czochralskiego.
Pierwsze ogniwo słoneczne zyskało szeroki rozgłos. The New York Times napisał wówczas, że to „początek nowej ery”, w której ludzkość mogłaby wykorzystać energię słoneczną bez konieczności spalania paliw kopalnych.
Początki fotowoltaiki w kosmosie – satelity i zasilanie urządzeń orbitalnych NASA
Kiedy w 1958 roku NASA wysłała w przestrzeń kosmiczną satelitę Vanguard I, na jego pokładzie znalazły się ogniwa fotowoltaiczne. Były to pierwsze przypadki zastosowania tej technologii poza Ziemią. Satelita korzystał z źródeł zasilania, które były lekkie, niezawodne i nie wymagały paliwa – idealne do warunków kosmicznych.
Od tego momentu fotowoltaika stała się nieodłącznym elementem wszystkich misji kosmicznych. Panele słoneczne umieszczano na satelitach orbitujących wokół Ziemi, gdzie mogły bez przerwy czerpać energię słoneczną. To zastosowanie znacząco wpłynęło na rozwój technologii.
Panele fotowoltaiczne lat 70. – przełom na ziemi ku instalacjom cywilnym
Choć przez pierwsze dekady fotowoltaika była stosowana głównie w przemyśle kosmicznym i militarnym, lata 70. przyniosły obniżenie kosztów produkcji. Zaczęto opracowywać bardziej wydajne sposoby wytwarzania paneli fotowoltaicznych, w tym ogniw krzemowych i cienkowarstwowych. Pojawiły się też baterie umożliwiające magazynowanie energii.
W tym okresie zaczęto instalować panele fotowoltaiczne w miejscach, gdzie dostęp do sieci energetycznej był ograniczony – m.in. w domach poza miastem, na farmach, a nawet w urządzeniach nawigacyjnych i znakach drogowych. To był istotny krok w popularyzacji tej formy zasilania urządzeń.
Rozkwit technologii z energii słonecznej – XXI wiek i fotowoltaika w gospodarstwach domowych
Rozwój produkcji masowej oraz metody produkcji taniego krzemu monokrystalicznego umożliwiły znaczące zwiększenie wydajności i spadek kosztów. W rezultacie fotowoltaika zaczęła być coraz częściej wykorzystywana w budownictwie mieszkaniowym.
Wraz z pojawieniem się programów wsparcia oraz wzrostem świadomości ekologicznej, tysiące właścicieli nieruchomości zdecydowało się na montaż instalacji fotowoltaicznych. Dziś panel fotowoltaiczny nie jest już luksusem, lecz częścią codzienności.
Moc zainstalowana w Polsce i na świecie rośnie każdego roku. Systemy paneli PV wykorzystywane są zarówno w dużych farmach energetycznych, jak i na dachach domów jednorodzinnych. Rosnące ceny energii sprawiają, że fotowoltaika staje się rozwiązaniem ekonomicznym i przyszłościowym.
Współczesne technologie fotowoltaiczne – panele, ogniwa i przyszłość
Obecnie na rynku dominują trzy rodzaje ogniw:
- Monokrystaliczne – wykonane z czystego krzemu monokrystalicznego, cechujące się wysoką sprawnością i długą żywotnością.
- Polikrystaliczne – tańsze w produkcji, choć o nieco niższej sprawności.
- Cienkowarstwowe – lekkie i elastyczne, stosowane m.in. w elektronice przenośnej.
Każdy nowy panel to wynik dziesięcioleci pracy inżynierów i naukowców, którzy nieustannie poszukują lepszych materiałów i technik produkcji. Rozwój dotyczy nie tylko samych ogniw, ale też systemów magazynowania, zarządzania energią oraz integracji z budynkami.
Podsumowanie rozwoju fotowoltaiki – od laboratorium Becquerela po dachy domów
Historia fotowoltaiki to opowieść o stopniowym odkrywaniu potencjału światła. Od eksperymentów francuskiego naukowca w XIX wieku, przez badania Einsteina, po rewolucję, którą przyniosły ogniwa krzemowe – każdy etap przybliżał nas do momentu, w którym możemy w pełni korzystać z odnawialnych źródeł energii.
Dzięki pracy pionierów, takich jak Alexandre Edmond Becquerel, Jan Czochralski, Gerald Pearson, Daryl Chapin i Calvin Fuller, możliwe stało się stworzenie systemów, które realnie wpływają na energetyczny bilans naszych domów. Fotowoltaiczny system z paneli słonecznych może dziś umożliwić niezależność od sieci oraz obniżenie rachunków za prąd.
Technologia stale się rozwija – fotowoltaiczny postęp nie zwalnia, a z każdym rokiem ceny fotowoltaiki stają się bardziej dostępne dla szerokiego grona odbiorców. Dalszy rozwój technologii zapowiada jeszcze większą efektywność i integrację z inteligentnymi systemami domowymi.
Czym jest fotowoltaika dziś? To nie tylko sposób na zasilanie urządzeń, ale też element większej zmiany w podejściu do energetyki i środowiska. Inwestując w fotowoltaiczny system, stajemy się częścią tej historii – historii, która wciąż się pisze.
