2022-06-06
„Narodziny fotowoltaiki
W 1839 roku AE Becquerel, 19-letni francuski naukowiec, powoli włożył dwie platynowe elektrody do kwaśnego roztworu chlorku srebra w laboratorium swojego ojca.Bez jego wiedzy drzwi do świata fotowoltaiki powoli otwierały się dzięki temu „złemu” eksperymentowi.Mierząc prąd płynący pomiędzy tymi elektrodami, stwierdził, że prąd w świetle jest nieco większy niż prąd w ciemności;nazwał to zjawisko efektem fotowoltaicznym.Nie przewidział jednak, że niewielki fotoprąd, który zaobserwował w tym eksperymencie, sto lat później spowoduje poważną zmianę w zużyciu energii przez człowieka.Na cześć jego odkrycia efekt fotowoltaiczny jest również znany jako „efekt Becquerela”.
Po 37 latach uśpienia eksperymentów Becquerela brytyjski naukowiec William Grills Adams i jego uczeń Richard Evans Day odkryli, że selen wytwarza energię elektryczną pod wpływem światła.Chociaż selen nie był w stanie zapewnić energii elektrycznej potrzebnej do zasilania używanych wówczas elementów elektronicznych, udowodniło to, że metale stałe mogą bezpośrednio przekształcać światło w energię elektryczną.
W 1883 roku amerykański naukowiec Charles Fritz położył warstwę metalicznej elektrody selenowej na arkuszu germanu, aby zbudować pierwsze ogniwo fotowoltaiczne.Chociaż sprawność konwersji wynosiła zaledwie 1% i była niezwykle kosztowna, Fritz miał ambitne plany: „Wytwarza energię elektryczną w sposób ciągły i stabilny, nie tylko w świetle dziennym, ale także przy wykorzystaniu światła rozproszonego, a nawet przyćmionego… Wkrótce możemy zobaczyć fotowoltaikę panele konkurujące z [elektrowniami węglowymi]!” „Niestety jego przewidywania się nie sprawdziły.Wysłał ogniwo fotowoltaiczne do firmy Siemens, wówczas na równi z Edisonem, który pochwalił jego wynalazek.Siemens wierzył, że technologia fotowoltaiczna ma daleko idące znaczenie w nauce, a Maxwell, ówczesny byk fizyki, również się z tym zgodził, ponieważ rozsławił w fizyce słynny „układ równań Maxwella”.Od tego czasu wielu naukowców rozpoczęło prowadzenie podstawowych badań nad efektem fotoelektrycznym.Jednak niezależnie od tego, czy jest to Siemens, czy Maxwell, nie udało się złamać tajemnicy fotowoltaiki.
Po 24 latach odkrywania tej tajemnicy przełomu dokonał w końcu inny gigant fizyki, Albert Einstein, który w 1907 roku przedstawił teoretyczne wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego w oparciu o swoją kwantową hipotezę fotonu z 1905 roku.W 1921 r. otrzymał za to Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. W latach 1912–1916 amerykański fizyk eksperymentalny Robert Andrews Milliken potwierdził w drodze eksperymentów przypuszczenia Einsteina na temat efektu fotoelektrycznego i w 1923 r. otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Dzięki solidnemu wsparciu teoretycznie rozwój fotowoltaiki zaczął nabierać tempa.
W 1916 roku polski chemik Jan Czeklarski odkrył proces oczyszczania monokrystalicznego krzemu przez wyciąganie kryształów i nazwał go jego imieniem Metodą Czeklarskiego.Technologię tę zaczęto stosować w praktyce do produkcji płytek w przemyśle półprzewodnikowym dopiero w latach pięćdziesiątych XX wieku, a wraz ze wzrostem zapotrzebowania na wielkogabarytowe urządzenia półprzewodnikowe proces ten stale się rozwija.
Koło historii przesunęło się do przodu o prawie 20 lat, kiedy w 1934 roku naukowcy rozpoczęli badania nad cienkowarstwowymi ogniwami słonecznymi i zaplanowali stworzenie samowystarczalnych energetycznie systemów za pomocą ogniw słonecznych.Dane eksperymentalne wykazały, że wydajność wytwarzania energii można poprawić poprzez domieszkowanie materiału zanieczyszczeniami metalowymi.
W 1940 roku amerykański ekspert w dziedzinie półprzewodników Russell Orr stworzył podstawową strukturę złącza pn diody półprzewodnikowej, co położyło solidne podstawy pod wynalezienie i produkcję ogniw słonecznych, znacznie przyczyniając się do postępu w wytwarzaniu energii fotowoltaicznej w przemyśle.
W 1953 roku amerykański fizyk Daryl Chapin, Gerald Pearson i chemik Calvin Sauser Fowler wyprodukowali ogniwa słoneczne z krzemu krystalicznego, każde o wielkości około 2 centymetrów, z wydajnością produkcji około 4%.Od tego czasu ogniwa słoneczne stopniowo trafiały do przemysłu.
W przemysł
17 marca 1958 roku drugi amerykański sztuczny satelita wykorzystał ogniwa chemiczne i fotowoltaiczne i wyleciał w przestrzeń kosmiczną za pośrednictwem wyrzutni.Ten mały satelita położył podwaliny pod wykorzystanie ogniw słonecznych, które od tego czasu są stopniowo rozwijane na potrzeby eksploracji kosmosu.Wartość wydłużonego okresu eksploatacji statku kosmicznego dzięki akumulatorom znacznie przewyższa wysokie koszty produkcji ogniw słonecznych.Ponadto ogniwa słoneczne stały się tańsze i mniej ryzykowne niż generatory radioizotopów.Obecnie większość statków kosmicznych jest wyposażona w ogniwa słoneczne, a około 1000 satelitów na świecie wykorzystuje fotowoltaikę do wytwarzania energii elektrycznej.W kosmosie ogniwa słoneczne osiągają moc wyjściową 220 watów na metr kwadratowy.
W 1976 roku rząd australijski podjął decyzję o obsłudze całej sieci telekomunikacyjnej na buszu za pomocą stacji ogniw fotowoltaicznych.Utworzenie i funkcjonowanie elektrowni fotowoltaicznych okazało się tak sukcesem, że zwiększyło zaufanie do technologii fotowoltaicznej na całym świecie.
Od 1980 roku małe bezzałogowe platformy wiertnicze w Zatoce Meksykańskiej są wyposażane w moduły słoneczne i stopniowo zastępują używane wcześniej duże akumulatory, oferując korzyści ekonomiczne i praktyczne.
Od 1983 roku amerykańska straż przybrzeżna zaczęła wykorzystywać fotowoltaikę do zasilania świateł sygnalizacyjnych i nawigacyjnych.W tym czasie udział USA w światowym rynku fotowoltaiki wynosił około 21%, a rynek PV dotyczył głównie samodzielnych rozwiązań systemowych.
Od 1990 roku szwajcarski inżynier Markus Real sugeruje, że bardziej ekonomiczne jest wyposażenie każdego domu we własny system fotowoltaiczny, czyli wspierający zdecentralizowaną konwersję energii.Zainstalował 333 dachowe systemy fotowoltaiczne o mocy 3 kW w poszczególnych budynkach w Zurychu.
W 1991 r. Niemcy uruchomiły program 1000 dachów, a ustawa „Feed-in Law” nałożyła na przedsiębiorstwa użyteczności publicznej obowiązek pozyskiwania energii elektrycznej z małych elektrowni odnawialnych.Powstała firma Solon AG w Berlinie oraz elektrownia fotowoltaiczna we Fryburgu.
W latach 1994 i 1997 Japonia i Stany Zjednoczone uruchomiły program Million Roof.
W 2010 roku łączna moc znamionowa systemów fotowoltaicznych w Niemczech przekroczyła 10 gigawatów, a w 2015 roku moc znamionowa systemów fotowoltaicznych na całym świecie osiągnęła 200 gigawatów.
Wyślij zapytanie bezpośrednio do nas
