Historia fotowoltaiki
Fotowoltaika stała się ostatnimi czasy jednym z najważniejszych źródeł energii. Nowoczesne, wykorzystujące energię słoneczną instalacje rosną jak grzyby po deszczu, a w ogrodach, na dachach i wiatach zaczęły pojawiać się wyposażone w ogniwa panele. Obecna popularność tej dziedziny jest pokłosiem zmian klimatycznych, zanieczyszczeń środowiskowych oraz zwyczajnej ludzkiej chęci zaoszczędzenia pieniędzy. Nie powinniśmy jednak zapominać, że ta dziedzina nauki powstała już w XIX wieku. Gdzie i w jaki sposób narodziła się fotowoltaika? Jak wyglądały jej początki? Zapraszamy w podróż do przeszłości!
Wykorzystywanie energii słonecznej w starożytności
Okazuje się, że już cywilizacje żyjące przed narodzinami Chrystusa potrafiły okiełznać płynącą wprost z nieba energię. Oczywiście tego typu działania mają tylko jeden wspólny mianownik ze współczesną fotowoltaiką – wykorzystanie promieni słonecznych. Najstarsza odkryta soczewka, tak zwany artefakt z Nimrud, powstała mniej więcej 3000 lat p.n.e. Tego typu obiekty służyły jako szkła powiększające oraz do rozpalania ognisk. Nieco później, bo w okolicach III wieku p.n.e., starożytni Grecy i Rzymianie zaczęli wykorzystywać refleksyjne właściwości luster do zapalania pochodni podczas swoich religijnych rytuałów. Również w ówczesnych Chinach korzystano ze zwierciadeł w podobnych celach. Natomiast w czasach Cesarstwa Rzymskiego budowano tak zwane słoneczne pokoje, które służyły jako odpowiednik współczesnych solariów. Pomieszczenia te charakteryzowały się ogromnymi, umieszczonymi na południowej ścianie oknami, przez które do wnętrza wpadały promienie słońca.
Nowożytność i narodziny fotowoltaiki
Za datę narodzin tej wyjątkowej dziedziny nauki uznaje się rok 1839. Wtedy to zaledwie dziewiętnastoletni francuski fizyk – Alexandre Edmond Becquerel – odkrył sposób na zamianę energii słonecznej w prąd elektryczny. Francuz zauważył podczas eksperymentów z metalowymi elektrodami oraz elektrolitem, że niektóre materiały wytwarzają niewielkie ilości prądu po wystawieniu na działanie promieni słonecznych. Niestety, choć odkrycie mogło wydawać się przełomowe, potrzeba było długich lat i wielu eksperymentów, by zyskać z fotowoltaiki coś więcej niż tylko śladowe ilości prądu. Kolejny przełom w badaniach był dziełem brytyjskiego fizyka Williama Grylls Adamsa, a także jego ucznia – Richarda Evans Day’a. Ci dwaj badacze odkryli w 1876 roku, że wykonane z selenu materiały, wystawione na działanie światła, wytwarzają impulsy elektryczne. Selenowe ogniwa były za słabe, aby uzyskać ilość prądu potrzebną do zasilania urządzeń, takich jak żarówka czy telegraf, jednak odkrycie Brytyjczyków stało się ostatecznym dowodem na możliwość zamiany światła w prąd. Praca tych dwóch panów stała się, przy okazji, podwaliną nauki zwanej dziś jako mechanika kwantowa. Następny wielki przełom wiąże się z nazwiskiem znanym doskonale na całym świecie. To Albert Einstein w 1904 roku opublikował pracę, w której wykazał, że światło to strumień posiadających określoną energię cząstek zwanych fotonami. Foton, oddziałując na metal, przekazuje mu swoją energię, gdy zaś okaże się ona większa od energii wiązania elektronu, ten wyskakuje z powierzchni metalowej płytki. To będące podstawą fotowoltaiki zjawisko, za opisanie którego niemiecki fizyk otrzymał Nagrodę Nobla, zwane jest efektem fotoelektrycznym. Swój wkład w rozwój dziedziny mieli także Polacy – Jan Czochralski odkrył w 1918 roku metodę produkcji krzemu monokrystalicznego, z którego później wytworzono prototypowe monokrystaliczne ogniwa. Pierwsze panele fotowoltaiczne powstały z kolei w roku 1954 w amerykańskim laboratorium. Były one dziełem Geralda Pearsona, Daryla Chapina i Calvina Fullera, którzy stworzyli krzemowe ogniwa słoneczne zdolne do generowania prądu. Niestety, dzieło trzech panów było na tyle drogie i nieefektywne, że potraktowane zostało raczej jako ciekawostka. Lata siedemdziesiąte przyniosły już znaczne, osiemdziesięcioprocentowe obniżenie kosztów produkcji paneli, zaś w latach dziewięćdziesiątych w państwach takich jak Japonia czy Niemcy, powstawały już większych rozmiarów instalacje fotowoltaiczne. Masową produkcję paneli rozpoczęto na początku XXI wieku.
Współczesne ogniwa są wyjątkowo wydajne – ledwie kilkanaście paneli PV jest w stanie sprostać potrzebom energetycznym jednorodzinnego domu. Minęła długa droga, nim tworzone w dziewiętnastym wieku prototypowe urządzenia stały się jednym z najważniejszych źródeł odnawialnej energii. Co przyniesie przyszłość? Miejmy nadzieję, że już w przeciągu kilkudziesięciu najbliższych lat każde gospodarstwo domowe korzystać będzie z darmowej energii słonecznej.