Od satelity po Twój dach - historia i ciekawostki związane z fotowoltaiką
Historia fotowoltaiki i ogniw słonecznych nie kończy się wyłącznie na odkryciu efektu fotowoltaicznego.
Badania nad efektywnym przetwarzaniem energii słonecznej w energię elektryczną trwają do dziś i są wypełnione interesującymi faktami. Czy wiesz na przykład, że panele fotowoltaiczne podbiły kosmos na długo, zanim ich użycie rozpowszechniło się na Ziemi?
Pierwsze panele były w stanie zasilić co najwyżej radio, dziś ich moc pozwala na produkcję energii dla całego gospodarstwa domowego. Dowiedz się, jaką rolę w ich rozwoju mieli Albert Einstein, polski chemik oraz amerykańskie wojsko.
Wpisz swój adres i otrzymaj darmową wycenę!
Historia fotowoltaiki to historia pełna znanych nazwisk
Pod wieloma względami historia odkrycia instalacji fotowoltaicznych jest dość typowa. Odegrał w niej rolę przypadek, a zanim trafiła do zwykłego użytkownika, najpierw służyła armii.
Ponadto podobnie jak w przypadku odkrycia energii elektrycznej, za tym, w jaki sposób pracują współczesne ogniwa fotowoltaiczne oraz panele słoneczne stoi wielu naukowców i więcej niż 100 lat rozwoju technologii.
Pierwsze panele fotowoltaiczne były w stanie zasilić co najwyżej radio, dziś ich moc pozwala na produkcję energii dla całego domu jednorodzinnego. Współczesne krzemowe ogniwa słoneczne wielkich farm fotowoltaicznych zasilają kilkadziesiąt tysięcy budynków.
W dalszej części artykułu dowiesz się jaką rolę w ich rozwoju mieli Albert Einstein, Alexandre Edmond Becquerel, William Grylls Adams, Richard Evans Day, Gerald Pearson, Daryl Chapin, Hans Ziegler, pewien polski chemik oraz amerykańskie wojsko.
Alexandre Edmond Becquerel i odkrycie efektu fotowoltaicznego
Historię ogniw słonecznych i znanych nam dziś paneli fotowoltaicznych zapoczątkował tzw. efekt fotowoltaiczny. Wszystko się zaczęło we Francji w 1839 roku.
Na długo przed globalnym zainteresowaniem ekologicznymi alternatywami wytwarzania energii fizyk Alexandre Edmond Becquerel odkrył, że niektóre materiały pod wpływem światła potrafią produkować prąd elektryczny. Stało się to przypadkiem podczas eksperymentu z elektrolitem oraz elektrodami metalowymi.
Jego odkrycie udowodniło, że stały materiał, bez wykorzystania ciepła czy ruchu, może przetransformować światło w elektryczność. Tak zrodził się fundament pod pierwsze ogniwa słoneczne.
Odkrycie efektu fotowoltaicznego wiąże się jeszcze z jedną ciekawostką o historii fotowoltaiki - mianowicie, Becquerel miał wówczas zaledwie 19 lat! To tak młody mężczyzna zauważył, że przy wystarczającej ilości światła słonecznego mogą powstawać niewielkie ilości prądu elektrycznego.
Wytworzenie impulsu elektrycznego i pierwsze ogniwa słoneczne
Musiało minąć ponad 30 lat, aby w działanie światła słonecznego jako potencjalnego źródła energii elektrycznej zagłębili się z sukcesem kolejni naukowcy.
Mamy rok 1871, gdy brytyjski fizyk William Grylls Adams zaczyna analizować naturę światła i skutki polaryzacji. Nie “bawi się” elektrodami metalowymi w sposób przypadkowy jak jego poprzednik, a koncentruje się na celowej ekspozycji na światło materiałów wykonanych z bardzo konkretnych surowców.
Pomaga mu w tym jego zdolny uczeń, Richard Evans Day. W 1876 roku ta dwójka odkrywa, że impuls elektryczny da się wytworzyć z dostatecznie długiego oświetlania selenu i platyny, i wymyśla pierwsze ogniwa słoneczne.
Chociaż selenowe ogniwa słoneczne okazały się zbyt słabe do wytworzenia energii wystarczającej do zasilania urządzeń elektrycznych, to ten stały materiał stał się podwaliną pod krzemowe ogniwa słoneczne i wszystkie kolejne technologie. Niektórzy historycy twierdzą, że odkrycie Adamsa i Day’a stanowiło również swojego rodzaju zapowiedź mechaniki kwantowej.
Zainwestuj w instalację fotowoltaiczną!
Einstein dostał Nagrodę Nobla za opisanie zjawiska fotowoltaicznego a nie E=mc2!
W 1904 roku w naturę światła i historię fotowoltaiki wkroczył Albert Einstein. W swojej pracy opisującej efekt fotowoltaiczny wykazał, że światło to strumień fotonów, z których każdy niesie porcję energii, czyli zawiera kwant energii.
Foton przekazuje swoją energię elektronom znajdującym się na powierzchni płytki metalowej. Gdy do powierzchni paneli dochodzą promienie słoneczne, elektrony są wzbudzone. Ich przejście na kolejny poziom energetyczny skutkuje ruchem pomiędzy elektrodami.
W efekcie różnica potencjałów prowadzi do produkcji prądu elektrycznego, czyli zachodzi zjawisko fotowoltaiczne.
To właśnie dzięki pracy nad strumieniem fotonów i teoretycznemu opisaniu tego, że zawiera kwant energii, czyli wnikliwej analizie zjawiska fotowoltaicznego Einstein zawdzięcza Nagrodę Nobla, a nie - jak się powszechnie uważa - słynnym dokonaniom w zakresie fizyki kwantowej.
Polski wkład w historię fotowoltaiki
Współczesne panele słoneczne nie byłyby jednak możliwe bez udziału polskiego chemika i metaloznawcy, Jana Czochralskiego. To on wynalazł na początku XX wieku metodę produkcji krzemu monokrystalicznego, z którego do dziś wytwarza się ogniwa słoneczne.
Bez tego naukowego przełomu prawdopodobnie nie byłoby dziś ogromnego zainteresowania fotowoltaiką - komercyjne korzystanie z nieograniczonej energii słońca potrzebuje bowiem odpowiedniego materiału, który jest w stanie przetworzyć światło. Krzemowe ogniwa słoneczne przetrwały próbę czasu.
Kto wymyślił panele fotowoltaiczne i kiedy?
Historia dynamicznego rozwoju szczególnie paneli fotowoltaicznych następuje jednak dopiero po II wojnie światowej.
Choć pierwsze ogniwo krzemowe powstało w 1941 roku, to dopiero 13 lat później stworzono pierwszy panel fotowoltaiczny. Udokumentowano, że za ten sukces odpowiadają trzej naukowcy z firmy Bell Laboratories: Gerald Pearson, Daryl Chapin oraz niejaki Calvin Fuller.
Jaka była sprawność przetwarzania promieni słonecznych przez pierwszy panel PV?
Zaledwie 6%! Niestety, z uwagi na wysokie koszty produkcji, fotowoltaika nie była wtedy jeszcze oceniana jako dobre źródło zasilania.
Wpisz swój adres i otrzymaj darmową wycenę!
Rozwój fotowoltaiki w połowie XX wieku - panele lecą w kosmos
Wykorzystanie drogich ogniw słonecznych nie odstraszyło jednak armii amerykańskiej i NASA, które szukały technologii zdolnej zastąpić konwencjonalne baterie w kosmosie.
Szczególne zasługi należą tu do Hansa Zieglera - znanego pioniera ogniw słonecznych jako idealnego źródła zasilania dla orbitujących wokół ziemi satelitów. Przekonywał on, iż konwencjonalne baterie wyczerpią się prędko w przeciwieństwie do energii słonecznej.
Tym samym, w 1958 roku w satelicie Vanguard zastosowano podwójny system zasilania - zdecydowano się użyć baterii chemicznych oraz paneli fotowoltaicznych. Po zaledwie tygodniu baterie chemiczne zawiodły, a panele nie.
Okazało się więc, że zaawansowana technologia kluczowa dla powodzenia misji kosmicznych to fotowoltaika, a z bateriami chemicznymi trzeba się pożegnać. Prace nad krzemowymi ogniwami słonecznymi zatem kontynuowano w NASA. Efektem było m.in. pierwsze obserwatorium astronomiczne wyposażone w panele słoneczne.
Historia fotowoltaiki - najważniejsze daty i odkrycia
Podsumowując najważniejsze daty w historii rozwoju fotowoltaiki i ogniw słonecznych:
- 1839 - A. E. Becquerel odkrył efekt fotowoltaiczny
- 1871 - William Grylls Adams i Richard Evans Day wykorzystują działanie światła słonecznego, aby wytworzyć impuls elektryczny i konstruują pierwsze ogniwo fotowoltaiczne
- 1921 - Albert Einstein zostaje nagrodzony Nagrodą Nobla za swoją pracę nad strumieniem fotonów i zjawiskiem fotowoltaicznym
- 1941 - Zostają zbudowane pierwsze krzemowe ogniwa słoneczne
- 1954 - Gerald Pearson, Daryl Chapin wraz z Calvinem Fullerem tworzą pierwsze krzemowe ogniwa słoneczne, które są w stanie generować energię elektryczną w sposób mierzalny - tak powstają w Bell Laboratories pierwsze panele PV
- 1958 - NASA zaczyna przygodę z krzemowymi ogniwami słonecznymi i wykorzystuje je do zasilania orbitujących wokół ziemi satelitów
- Lata 70’ XX wieku - udaje się obniżyć koszty instalacji fotowoltaicznych o 80%; panele PV zasilają w energię latarnie morskie, zegarki i kalkulatory Lata 90’ XX wieku - popularyzacja paneli fotowoltaicznych na budynkach.
Ciekawostki o fotowoltaice, których mogłeś nie znać!
Fotowoltaika to bardzo interesujący temat, dzięki któremu tysiące domów może korzystać z wyprodukowanej przez siebie zielonej energii, a planeta może odetchnąć. Instalacje fotowoltaiczne mają naprawdę wiele zalet. Oto najciekawsze instalacje położone na całym świecie i informacje dotyczące fotowoltaiki, których mogłeś nie znać!
Nie czekaj i bądź częścią historii!
Mity o fotowoltaice
Fotowoltaika w Polsce nie jest zbyt starą technologią, więc w naszym kraju wciąż traktuje się ją jako coś dla szczególnie bogatych. Z tego powodu wiedza na jej temat nie jest szczególnie wysoka. Jednym z często powtarzanych mitów jest wysoka awaryjność paneli. Prawda jest taka, że instalacje fotowoltaiczne, szczególnie te najnowsze to bardzo wytrzymałe konstrukcje, które powinny działać nawet do 25 lat. Świadczą o tym również gwarancje producentów, które zazwyczaj trwają od 10 do właśnie 25 lat.
Niską awaryjność fotowoltaiki potwierdzają także badania. Departament Energii Stanów Zjednoczonych podaje, że w latach 2005-2015 awaryjność znajdowała się na poziomie jedynie 0,05% w skali roku.
Kolejnym często powtarzanym mitem jest to, że instalacje fotowoltaiczne nie pasują do Polski, a także nie działają zimą. Ten pierwszy jest szczególnie absurdalny.
Poziom nasłonecznienia w Polsce to ok. 1050 do 1150 kWh/m kw. Pozwala to na wytwarzanie odpowiedniej ilości energii elektrycznej. Dobrym porównaniem mogą być Niemcy. Nasi zachodni sąsiedzi każdego roku generują ogromne ilości energii z instalacji fotowoltaicznych, a np. w Berlinie nasłonecznienie wynosi jedynie około 1000 kWh/m kw. rocznie.
Nieprawdą jest również, że instalacja nie będzie pracować zimą. Moc wtedy owszem spada względem lata nawet kilkukrotnie, ale jest ona wciąż wytwarzana i w skali roku pozwala na zasilenie domu.
Fakty o fotowoltaice, które mogły ci umknąć!
Oczywistym faktem jest, że aby panele fotowoltaiczne odpowiednio działały, potrzebują być wystawione na słońce. Światło przenosi energię a zjawisko nazywamy efektem fotowoltaicznym.
Z tego powodu warto sprawdzać, czy są czyste. Panele znajdują się pod gołym niebem, więc deszcz, grad, śnieg, czy też kurz i pył mogą je zanieczyścić. Gdy instalacja nie jest czysta, to wydajność instalacji może spaść o kilka procent.
Oczywiście deszcz i odpowiedni kąt nachylenia paneli zmywa większość zabrudzeń, lecz i tak warto okazjonalnie przemyć panele za pomocą wody.
Podobnie panele działają przy okazji zachmurzenia. Wydaje się, że instalacja fotowoltaiczna może produkować energię jedynie, kiedy świeci słońce. Jest to nieprawdą. Przy częściowym zachmurzeniu panele wciąż mogą działać, lecz efektywność spada prawie o połowę.
Pełne zachmurzenie również nie jest jej straszne, gdyż wciąż może wytworzyć nawet do 20% energii, którą generuje w idealnych warunkach. Dzięki temu energia jest generowana za dnia przez praktycznie cały czas, a gdy prądu zabraknie, to z sieci można pobrać powstałą w słoneczne dni nadwyżkę.
Największe farmy fotowoltaiczne na świecie i w Polsce
Aktualnie największą farmą fotowoltaiczną w naszym kraju jest instalacja powstała w Brudzewie na terenach wcześniej używanych do wydobycia węgla brunatnego. Jej moc to 70 MW, lecz planowane rozbudowy mają ją zwiększyć nawet do aż 1000 MW. Obecnie trwają przygotowania do rozbudowy, po której moc wzrośnie nieco mniej, gdyż do 250 MW.
- Farma w Brudzewie zdeklasowała konkurencję, gdyż wcześniej prym w kraju wiodła farma w zachodniopomorskiej gminie Choszczno. Ma ona moc rzędu 6 MW i została uruchomiona w marcu w 2021 roku.
- Największa farma w Europie jest położona w Hiszpanii, a dokładniej w gminie Usagre położonej w południowo-zachodniej Hiszpanii. Ma ona moc wynoszącą 500 MW i pokonała nieco mniejszą instalację, która również mieściła się w Hiszpanii i powstała zaledwie trzy miesiące przed tą w Usagre.
- Europejskie farmy są jednak dość małe w porównaniu z tymi z Azji, Afryki, czy też Ameryki Północnej. Największa na świecie to Bhadla Solar Park położona w północno-zachodnich Indiach. Generuje ona aż 2245 MW mocy, co czyni ją największą na świecie. Nie jest to de facto jedna farma, a grupa 31 instalacji położonych w jednej okolicy.
- Podobnie sytuacja wygląda w Afryce. Tam największa farma to Benban Solar Park w południowym Egipcie. Jest to grupa 32 instalacji położonych blisko siebie, które razem dysponują mocą wynoszącą 1500 MW.
- Największa farma, która jest jedną lokacją, a nie grupą jest elektrownia Noor Abu Dhabi położona w Zjednoczonych Emiratach Arabskich. Generuje ona moc wynoszącą pokaźne 1177 MW i powstała w 2019 roku.
Wpisz swój adres i otrzymaj darmową wycenę!