EkologiaOZEPanele Fotowoltaiczne

Fotowoltaika w ostatnich latach wprowadza rewolucję na rynku energetycznym. Ludzkość wykorzystywała promienie słoneczne od zawsze, ale dopiero 40 lat temu stworzono pierwszą farmę fotowoltaiczną. Historia paneli solarnych jest jednak znacznie dłuższa, a ich najbardziej dynamiczny rozwój wciąż postępuje. Instalacje PV stały się epokowym wynalazkiem i są dziś wykorzystywane do wszystkiego

  • Od początków istnienia rodzaju ludzkiego, zdawaliśmy sobie sprawę z użyteczności ognia i mocy, jaką dysponuje słońce, lecz przez wieki nie potrafiliśmy jej wykorzystywać
  • W XIX wieku naukowcy opracowywali pierwsze prototypy ogniw i baterii fotowoltaicznych opartych o selen
  • Po II wojnie światowej i upadku ZSRR fotowoltaika rozpoczęła światową ekspansję, a okres jej największego rozkwitu trwa teraz

Zobacz też: OZE w Polsce bije kolejny rekord. Elektrownie słoneczne pokazały, ile mocy jest w stanie dać fotowoltaika

Boska moc słońca

Człowiek rozumiał, że dzięki światłu słońca rośliny mogły rosnąć, a ciepło, które emitowało, przynosiło na myśl ogień, który wraz z wynalezieniem koła, a także mowy i pisma przyczynił się bezpośrednio do ewolucji człowieka oraz utworzenia cywilizacji.

Nie bez powodu w praktycznie każdej religii występuje motyw słońca jako dawcy życia lub jakiejś mistycznej mocy czy bytu.

Prawdopodobnie pierwszy raz moc słońca została wykorzystana w 214 r. p.n.e. przez greckiego matematyka Archimedesa i jego legendarne zwierciadła z Syrakuz. Skonstruował on sześciokątne lustro a dookoła niego kilka mniejszych, parabolicznych. Wszystkie były przymocowane do metalowych konstrukcji na zawiasach, dzięki czemu dało się nimi sterować. Promienie słoneczne skupione na drewnianych kadłubach nadpływających rzymskich statków miały wzniecać na ich powierzchni ogień.

Fresk autorstwa Giulio Parigiego z ok. 1600 r.
przedstawiający obronę Syrakuz przy użyciu zwierciadła Archimedesa

Mit luster Archimedesa — choć przetrwał setki lat — został na przestrzeni wieków wielokrotnie odtwarzany i obalany, także w programie Pogromcy Mitów. Chociaż skupiona wiązka światła jest w stanie rozpalić ogień, to wątpliwe jest, że byłaby w stanie zrobić to na oddalonych o dziesiątki metrów statkach.

W każdej historii musi być jednak ziarno prawdy, zaś z tej konkretnej ludzkość zapamiętała, że odpowiednie wykorzystanie promieni słonecznych może przynieść niewiarygodne rezultaty.

Zobacz też: Południe czy wschód? Najlepsze ustawienia paneli fotowoltaicznych do uzyskania największej ilości energii

Efekt fotowoltaiczny i prototypy

Energię cieplną bardzo łatwo pozyskać z promieni słonecznych, inaczej sprawa wygląda z prądem. Do tego potrzeba było wynalezienia efektu fotowoltaicznego.

W 1839 roku Alexandre Edmond Becquerel odnotował, że ogniwa elektryczne generują więcej energii, gdy wystawione są na działanie promieni słonecznych.

Ponad 20 lat później, francuski naukowiec Auguste Mouchout skonstruował akumulator napędzany energią słoneczną, a po kolejnych 22 latach na jego podstawie powstał pierwszy system ogrzewania domu przy pomocy promieni słonecznych. Niedługo potem, w drugiej połowie XIX w. naukowcy stwierdzili, że dzięki selenowi można lepiej przetwarzać światło słoneczne na prąd elektryczny.

Pierwsze ogniwo PV stworzono w 1883 r. i zostało ono wykonane z półprzewodnikowego selenu oraz cienkiej warstwy złota. Miało sprawność na poziomie 1 procenta.

W 1896 roku świat z kolei mógł cieszyć się z pierwszego prototypu kolektora służącego do podgrzewania wody.

Kolejnymi istotnymi dla historii fotowoltaiki osobistościami byli Philipp von Lenard, Wilhelm Hallwachs oraz Albert Einstein, który to w 1905 r. wydał artykuł opisujący dokładnie proces uzyskiwania energii elektrycznej ze światła słonecznego.

Do podwalin dzisiejszej fotowoltaiki dołożył też całkiem sporą cegiełkę Polak, Jan Czochralski, który to odkrył metodę pomiaru szybkości krystalizacji. W 1916 roku (przez rozczochranie), zamiast włożyć do kałamarza stalówkę, włożył ją do tygla z roztopioną cyną. Po wyciągnięciu pióra zamiast niego trzymał w dłoni metalowy pręcik. Nazwana potem od jego nazwiska, metoda Czochralskiego jest stosowana po dziś dzień do wytwarzania monokryształów w specjalnych piecach, gdzie przy temperaturze ponad 1400 st. C krzem topnieje, osadza się na prętach i doprowadza do wzrostu kryształów.

Przygotowana przez Instytut Pamięci Narodowej infografika przybliżająca postać Jana Czochralskiego

Zobacz też: Jak słońce może zapewnić ochłodę w upalne dni? Połączenie fotowoltaiki z klimatyzacją to ekologiczne i ekonomiczne rozwiązanie

Dynamiczny rozwój fotowoltaiki

Chociaż to selen był pierwszym pierwiastkiem, którego fotowoltaiczne działanie zostało naukowo udowodnione, to ludzkość czekała do momentu, gdy w 1954 r. dostrzeżone zostaną takowe właściwości krzemu. Bell Labs utworzył wówczas pierwsze ogniwo PV.

Aby technologia rozwinęła się, potrzeba było wsparcia NASA i projektów podróży kosmicznych. Baterie słoneczne były początkowo przeznaczone do montażu na satelitach.

USA w latach 70. administracja Stanów Zjednoczonych dokonała pierwszego zwrotu w kierunku OZE. Prezydent Jimmy Carter wydał symboliczną decyzję o zamontowaniu fotowoltaiki na dachu Białego Domu.

Pierwsza 1-megawatowa elektrownia słoneczna powstała w 1982 r. w amerykańskim Lugo. W Europie pierwsza tego typu instalacja fotowoltaiczna została stworzona na terenie hiszpańskiego Toledo w 1994 r.

Wraz z końcem komunizmu w 1989 r. zachodnie technologie zaczęły stopniowo napływać również do Polski, a wśród nich fotowoltaika przemycana w zasilaniu szkolnych kalkulatorów.

Kilkadziesiąt lat było potrzebne, aby zaczęto korzystać z ogniw PV w większym stopniu. Przyczyniły się do tego między innymi zmiany klimatu i zanieczyszczenia środowiska naturalnego przez konwencjonalne elektrownie.

Po przystąpieniu do Unii Europejskiej, w maju 2004 roku, bliżej nam było do tego, aby zacząć korzystać z pierwszych paneli fotowoltaicznych do wytwarzania prądu — w 2011 r. powstała pod Tarnowem pierwsza farma fotowoltaiczna w Polsce i, tak jak jej podobne, miała moc 1 MW.

Przełom nastąpił w 2015 r. kiedy w 12 miesięcy mocy pochodzącej z elektrowni słonecznych przybyło o ponad 230 proc. – z 21 MW do 71 MW – z kolei ta pochodząca z mikroinstalacji wystrzeliła z niecałych 3 MW do ponad 50 MW.

Kolejne lata oznaczały dla naszego kraju, jak i całego świata, wzrost zainteresowania i wykorzystywania nowych technologii opartych na fotowoltaice. Wygenerowana ze słońca elektryczność już dziś służy praktycznie do wszystkiego. Nie tylko jest źródłem energii w gospodarstwach domowych, ale zasila uliczne latarnie, parkometry, różnego rodzaju maszyny, a nawet sprawdza się w sektorze transportu. Wszystko to dzięki ogniwom PV nieosiągającym nawet sprawności 25 proc. Najbliższe lata badań z pewnością przyniosą światu kolejne fotowoltaiczne cuda, które odmienią cywilizację.