Historia i fenomen fotowoltaiki <br><br>

Historia i fenomen fotowoltaiki

W 1904 roku znany wszystkim Albert Einstein opublikował swoją pracę opisującą naturę światła i efekt fotowoltaiczny. Wykazał w niej, że światło to strumień cząstek – fotonów, z których każdy niesie ściśle określoną porcję energii – kwant energii. Foton oddziałując na elektron znajdujący się na powierzchni płytki metalowej, przekazuje mu całą swą energię. Gdy energia fotonu jest większa od energii wiązania elektronu, elektron zostaje wyrwany z powierzchni płytki i zachodzi zjawisko fotowoltaiczne. Za to odkrycie Einstein otrzymał nagrodę Nobla. W 1916 roku Amerykanin Robert Millikan poparł teorię Einsteina, przedstawiając doświadczalny dowód istnienia zjawiska fotowoltaicznego.
W historii rozwoju fotowoltaiki zapisał się również nasz rodak Jan Czochralski, który w 1918 roku odkrył metodę produkcji krzemu monokrystalicznego. Osiągnięcie Polaka umożliwiło wytwarzanie monokrystalicznych ogniw słonecznych. Pierwsze takie ogniwo krzemowe zostało zbudowane w 1941 roku.
Kilkanaście lat później, w 1954 roku w oddziale badawczym Bell Laboratories powstał pierwszy panel fotowoltaiczny. Naukowcy Gerald Pearson, Daryl Chapin i Calvin Fuller opracowali pierwsze krzemowe ogniwa słoneczne zdolne do generowania mierzalnego prądu elektrycznego. Ogniwa te miały sprawność na poziomie 6% i służyły do zasilania wiatraka zabawki oraz radia. The New York Times opisał to odkrycie jako “początek nowej ery, prowadzącej ostatecznie do realizacji wykorzystania niemal nieograniczonej energii słońca do zastosowań cywilizacyjnych”. Wysokie koszty wytwarzania ogniw oraz ich niska efektywność powodowały, że osiągnięcie traktowano bardziej jako ciekawostkę technologiczną niż coś, co mogłoby być powszechnie używane.

W 1958 roku Armia Amerykańska i Air Force postanowiły wykorzystać ogniwa fotowoltaiczne jako źródło zasilania dla ściśle tajnego projektu – orbitujących wokół Ziemi satelitów. Jednak, gdy marynarka wojenna otrzymała zadanie uruchomienia pierwszego amerykańskiego satelity, uznała ogniwa słoneczne za technologię niesprawdzoną i zdecydowała się użyć baterii chemicznych jako źródła zasilania dla satelity Vanguard. Przeciwny tej teorii był doktor Hans Ziegler, który twierdził, że konwencjonalne baterie wyczerpią się w ciągu kilku dni, podczas gdy ogniwa słoneczne mogłyby zasilać satelitę przez lata. To dzięki niemu ostatecznie jako kompromis w satelicie Vanguard I zastosowano podwójny system zasilania: bateriami chemicznymi oraz krzemowymi ogniwami słonecznymi. Tak jak przewidywał Ziegler, baterie chemiczne zawiodły po mniej więcej tygodniu, podczas gdy krzemowe ogniwa słoneczne przetrwały wiele lat.

W latach 60-tych dzięki NASA rozkwitło wykorzystanie ogniw słonecznych w kosmosie. Wizja elektryczności ze Słońca na Ziemi wydawała się bardzo odległa, przede wszystkim ze względu na ogromne koszty. W kosmosie natomiast cena nie była istotnym czynnikiem. Dla inżynierów zmartwieniem były rozmiar, wydajność i trwałość.

Lata 70-te przyniosły ponad 80% obniżkę kosztów związanych z produkcją paneli PV. Moduły fotowoltaiczne zaczęły zasilać latarnie morskie, przejazdy kolejowe i budynki, których podłączenie do sieci było zbyt kosztowne. Ciągła poprawa wydajności i obniżanie cen pozwoliło na to, by w kolejnym dziesięcioleciu niewielkie ogniwa solarne pojawiły się w dużej części gospodarstw domowych, przede wszystkim zasilając kalkulatory, radia, zegarki i latarki.
Przełom w światowym rynku energii słonecznej przyniosły dopiero lata 90-te. Wówczas powstały pierwsze autonomiczne i podłączone do sieci instalacje oraz zostały wprowadzone dotacje na ten cel w Niemczech i Japonii. W 2000 roku rozpoczęto masową produkcję paneli fotowoltaicznych.

Współcześnie, ogniwa fotowoltaiczne osiągają sprawność konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną na poziomie 20%.  Fotowoltaika w ostatnich latach przeżywa intensywny rozwój. Łącznie w polskim systemie elektroenergetycznym pracuje już ponad 55 000 mikroinstalacji fotowoltaicznych. W 2018 roku do sieci zostało przyłączonych ponad 27 000 nowych mikroinstalacji o łącznej mocy ponad 164 MWp.
Obserwując wzrost jaki nastąpił w rozwoju branży fotowoltaiki w ostatnich latach i biorąc pod uwagę nieograniczony potencjał Słońca, można przewidywać że w niedalekiej przyszłości fotowoltaika będzie najbardziej rozpowszechnionym z odnawialnych źródeł energii. Prognozuje się, że w 2022 roku zainstalowane będą panele fotowoltaiczne o sumarycznej mocy około 150 GWp.

 

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *