Kiedy po raz pierwszy wykorzystano energię słoneczną?

Energię słońca wykorzystywano już w VII w. p.n.e. i mimo, że nie stosowano wówczas zaawansowanych narzędzi, to rozpalenie ognia przy zastosowaniu szkieł powiększających i promieni słonecznych, okazało się dużym osiągnięciem, ułatwiającym codzienne życie. W późniejszy czasie szkła zastąpiono lustrami, których wykorzystanie pozwalało zapalać pochodnie, jakich używano podczas ważnych uroczystości. 

Gdzie jednak po raz pierwszy zastosowano energię ze słońca do innego celu niż rozpalania ognia? Aby odpowiedzieć na to pytanie musimy cofnąć się do czasów Starożytnego Rzymu, gdzie budowano tzw. słoneczne pokoje, w których mieściły się rzymskie łaźnie. Pokoje te stawiano w taki sposób, aby promienie słoneczne, wpadające przez duże okna, ogrzewały pomieszczenie, tworząc coś na kształt sauny. Co ciekawe, na podobny pomysł zastosowania energii słonecznej wpadli także Indianie Anasazi. Budowali oni domy na południowych stokach gór, aby móc wykorzystać słońce do ich ogrzania w czasie zimy.

Minęło mnóstwo czasu zanim zaczęto wykorzystywać energię ze słońca do  innych celów m.in. napędzania statków parowych. Pierwsze tego typu wynalazki odnotowano dopiero na przełomie XVIII i XIX wieku. Był to czas wielu wielu przełomowych odkryć, zwłaszcza w dziedzinie fizyki, które przełożyły się na gwałtowny rozwój nowych technologii.

Pierwszy panel słoneczny - kilka słów o efekcie fotowoltaicznym

To właśnie w XIX wieku francuski fizyk Alexandre Edmond Becquerel, odkrył, że przewodnictwo elektryczne niektórych materiałów rośnie wraz z wystawieniem ich na działanie światła słonecznego. Zjawisko to stało się impulsem do dalszych badań, w jaki sposób wytworzyć prąd elektryczny z energii słonecznej. Niemal wiek później, znany wszystkim Albert Enistein opisał naturę światła oraz odkryty przez Becquerela efekt fotowoltaiczny, za co otrzymał nagrodę Nobla. Teorię Einsteina poparł Robert Millikan, przedstawiając w sposób doświadczalny dowód istnienia zjawiska fotowoltaicznego. Wkład trzech fizyków pozwolił w późniejszym czasie na opatentowanie technologii paneli słonecznych.

Warto wspomnieć, że Polska również miała niemały wkład w rozwój fotowoltaiki! W 1916 roku polski chemik, Jan Czochalski, opracował metodę wytwarzania monokryształów metali, która po dziś dzień jest najpowszechniejszą metodą produkcji monokryształów krzemu, z których budowane są ogniwa fotowoltaiczne.

Droga do stworzenia paneli słonecznych

W 1954 roku powstało pierwsze krzemowe ogniwo fotowoltaiczne, zbliżone do ogniw wykorzystywanych obecnie. Wspólna praca trójki naukowców: Daryla Chapina Calvin Fullera i Gerald Pearsona pozwoliła stworzyć ogniwo, które wytwarzało dostateczną ilość energii do zasilenia urządzeń elektrycznych w postaci radia oraz zabawkowego wiatraka. Jego wydajność sięgała wówczas jedynie 4%, co oznacza, że mniej niż dziesiąta część energii slonecznej docierającej do ich powierzchni ulegała przemianie na energię elektryczną. Niska sprawność oraz wysokie koszty produkcji spowodowały, że osiągnięcie naukowców potraktowano bardziej jako ciekawostkę niż coś, co mogłoby znaleźć powszechne zastosowanie.

Lata 60-te przyniosły szybki rozwój technologii dzięki wyścigowi kosmicznemu podczas zimnej wojny. Liczne programy kosmiczne prowadzone przez Stany Zjednoczone oraz Rosję spowodowały, że fotowoltaika zaczęła osiągać sprawność na poziomie 30%, a budowane moduły charakteryzowały się znacznie lepszą trwałością, jednak wciąż ich produkcja wiązała się ze znacznymi kosztami.

We wczesnych latach 70-tych dr Elliot Berman, przy zastosowaniu gorszego gatunku krzemu, zaprojektował znacznie mniej kosztowne ogniwo fotowoltaiczne, obniżając cenę za wat o ponad 80%!. Pozwoliło to na pojawienie się fotowoltaiki w przestrzeni publicznej i jej wykorzystanie przy zasilaniu m.in. latarni morskich oraz budynków oddalonych od sieci energetycznych.

Kolejne dziesięciolecia to okres pokonywania kolejnych pułapów sprawności i trwałości ogniw oraz ich pełna komercjalizacja na skutek zmniejszających się kosztów. Początek XXI wieku przyniósł masową produkcję paneli fotowoltaicznych oraz pojawienie się ich w dużej części gospodarstw domowych.

Fotowoltaika - od zasilania urządzeń domowych po samoloty

Obecnie moduły fotowoltaiczne wykorzystywane są na szeroką skalę do zasilania domowych urządzeń elektrycznych. Instalacji fotowoltaicznych nie brakuje także w przestrzeni miejskiej. Panele słoneczne służą m.in. do zasilania sygnalizacji świetlnych, latarni ulicznych czy przystanków autobusowych. Co ciekawe, fotowoltaika dostarcza znacznie więcej możliwości, niż mogłoby się wydawać. Przykład stanowią samoloty napędzane energią słoneczną. Prace nad nimi trwają już od ubiegłego wieku i są niezwykle owocne. Ich efektem jest, chociażby samolot zbudowany przez NASA, który został wyposażony w ponad 17 tys. ogniw fotowoltaicznych. W 2015 roku  samolot pokonał odległość 43041 kilometrów udowadniając, że lotnictwo elektryczne ma przyszłość.

Mimo że droga do ich udoskonalenia była niełatwa, to obecnie możemy cieszyć się z osiągnąć technologicznych każdego dnia, a tym samym zyskiwać darmową energię ze słońca. Z pewnością to nie ostatnie słowo w dziedzinie wykorzystania energii słonecznej. Wystarczy więc czekać na kolejne doniesienia dotyczące fotowoltaiki.