19.02.2019

Historia energii słonecznej – od starych technologii do wysokiej wydajności

Jak ludzie zaczęli wykorzystywać energię słońca

Ilu z nas wie jak zaczęła się historia energii słonecznej, jak opracowywano panele słoneczne i kiedy użyto ich po raz pierwszy? Czy długa historia odkryć i przełomów, które doprowadziły do stworzenia współczesnej fotowoltaiki (PV) jest dziś powszechnie znana czy jednak wciąż stanowi dla wielu tajemnicę? Śledząc historię tego wynalazku i idąc śladami najważniejszych wydarzeń w procesie jego tworzenia, napotykamy fascynujące innowacje towarzyszące ewolucji wykorzystania energii słonecznej i opracowania słonecznych paneli.

 

Legenda do grafiki:
BC – p.n.e.
The History of Solar Energy – Historia energii słonecznej
7th century BC humans began using solar power to ligth fires – VII w. p.n.e. – ludzie rozpalają ogniska przy użyciu promieni słonecznych
Daryl Chapin invents the virst PV solar sell – Daryl Chapin buduje pierwsze ogniwo fotowoltaiczne
Solar Challenger – the first solar powered aircraft invented – Solar Challenger – skonstruowanie pierwszego samolotu na energię słoneczną
Now – Dziś

 

Jak opracowano energię słoneczną i kto na Ziemi po raz pierwszy ją wykorzystał?

Od prehistorycznych czasów pierwszych roślin oraz zwierząt na Ziemi promieniowanie słoneczne ogrzewa i pielęgnuje wszystkie formy życia na naszej planecie. Od czasów przemiany homo erectus w homo sapiens (pierwsi ludzie), w erze Paleolitu Środkowego (ok. 200-50 tys. lat temu), ludzkość na różnych etapach rozwoju posiadała podstawową wiedzę na temat potęgi Słońca.

Jak ludzie przeszli tę koncepcyjną i praktyczną podróż, od podstawowej wiedzy na temat Słońca, poprzez liczne odkrycia, aż do dzisiejszego wykorzystania energii słonecznej do zasilania wielkich fabryk, przestronnych domów mieszkalnych, ekstrawaganckich kompleksów apartamentowych czy wielkich uczelni? Stale obserwując swoje otoczenie, ludzie widzieli, że światło słoneczne umożliwia istnienie roślin, ogrzewa ludzkie ciało i oświetla Ziemię do momentu, gdy nie zniknie za chmurami lub horyzontem.

Pierwsze ujarzmienie i wykorzystanie energii Słońca

Po raz pierwszy energię Słońca wykorzystano w praktyce w ok. VII w. p.n.e., gdy pomysłowi ludzie wykorzystywali światło słoneczne do rozpalania ognia z wykorzystaniem szkieł powiększających. Później, w III w. p.n.e. Grecy i Rzymianie skupiali światło słoneczne przy użyciu luster w celu zapalenia pochodni używanych w procesjach i uroczystościach religijnych. Zwierciadła były również używane w tym celu w Chinach ok. roku 20 n.e.

Gdzie po raz pierwszy wykorzystano długotrwałe działanie energii słonecznej do celów praktycznych?

Pierwsze słoneczne pokoje budowano w Starożytnym Rzymie. W tych zwróconych w kierunku południowym pomieszczeniach mieściły się słynne rzymskie łaźnie i to właśnie one są odpowiedzią na pytanie „Gdzie po raz pierwszy wykorzystano energię słoneczną w praktyce?” Promienie słoneczne wpadały przez duże okna tworząc pierwsze solaria przeznaczone do wypoczynku, kontemplacji oraz pielęgnacji zdrowia.

W XIII w. n.e., przodkowie Indian Pueblo (Indianie Anasazi) mieszkali w prymitywnych domach na południowych stokach gór, wykorzystując światło słoneczne do ogrzewania swoich domostw podczas surowych zim. To również jest odpowiedź na pytanie „Gdzie po raz pierwszy wykorzystano energię słoneczną w praktyce?”

Potem, pod koniec XVIII w. i na początku XIX w., naukowcy zaczęli wykorzystywać energię Słońca do ogrzewania kotłów na statkach parowych podczas długich rejsów. Potem nauczyli się wykorzystywać energię słoneczną w napędach statków parowych. Były to pierwsze innowacje w długiej historii ujarzmiania energii Słońca na potrzeby zasilania i napędzania najróżniejszych procesów, mechanizmów oraz maszyn.

Kiedy skonstruowano pierwszy panel słoneczny?

W roku 1839, Alexandre Edmond Becquerel, 19-letni fizyk z Francji, odkrył sposób wytwarzania prądu elektrycznego z energii słonecznej wykorzystując efekt fotowoltaiczny. Odkrył, że prąd elektryczny można wytworzyć skupiając światło na elektrodzie zanurzonej w roztworze o wysokich właściwościach przewodzących. Jednak pomimo tego wybitnego odkrycia oraz szeroko zakrojonych późniejszych badań i eksperymentów, urządzenia fotowoltaiczne wciąż nie były w stanie wytworzyć odpowiednich ilości energii elektrycznej.

Postęp w wytwarzaniu energii z paneli słonecznych

Po wielkim odkryciu Becquerela, dokonano kolejnych ważnych przełomów i opracowano wiele wynalazków, co w konsekwencji doprowadziło do opracowania współczesnych ogniw oraz kolejnych wynalazków w technologii paneli słonecznych, m.in.:

  • 1873: Willoughby Smith odkrywa fotoelektryczne właściwości selenu.
  • 1876: William Grylls Adams oraz Richard Evans Day odkrywają, że pod wpływem działania bezpośredniego światła słonecznego selen wytwarza prąd elektryczny.
  • 1883: Charles Fritts konstruuje pierwsze znane ogniwa słoneczne wykorzystujące płytki selenowe. Fritts uznawany jest za wynalezienie ogniw solarnych, jednak pierwsze ogniwa opatentowano dopiero w roku 1941.
  • 1954: Daryl Chapin, Calvin Fuller oraz Gerald Pearson zbudowali pierwsze krzemowe ogniwo fotowoltaiczne (PV) w laboratorium Bell Labs. Wtedy po raz pierwszy technologia fotowoltaiczna dostarczyła wystarczająco dużo energii, aby zasilić urządzenie elektryczne przez kilka godzin. Mimo że ogniwo to było w stanie pracować z wydajnością jedynie 4%, przez wielu naukowców uznawane jest za pioniera współczesnych krzemowych ogniw fotowoltaicznych.

Przez pewien okres, ogniwa solarne wykorzystywane były jedynie do pomiaru natężenia światła. W roku 1941, ponad 100 lat od odkrycia Becquerela, amerykański inżynier i badacz półprzewodników Russell S. Ohl opatentował ogniwo słoneczne, niedługo po wynalezieniu tranzystora. Ohl odkrył, że jeśli skieruje się fotony (światło) na pewne substancje metaliczne, ich powierzchnia emituje elektrony, natomiast gdy światło pada na inne substancje, ich powierzchnia elektrony pochłania.

Wykorzystując odpowiednią kombinację tych substancji, możemy skierować elektrony na przewodnik w celu wygenerowania energii elektrycznej. Na tym właśnie polega właśnie zjawisko fotowoltaiczne. Efekt fotowoltaiczny (PV) to proces zamiany światła słonecznego na ciągły strumień elektronów w celu wytworzenia prądu elektrycznego.

Inne wydarzenia w rozwoju technologii ogniw i paneli słonecznych

Teraz już wiemy więcej o tym „Jak powstała energia słoneczna?” Oto przełomy i ważniejsze wydarzenia w procesie rozwoju i stosowania technologii ogniw i paneli słonecznych:

  • Panele słoneczne w eksploracji kosmosu – Panele słoneczne wykorzystywane były do zasilania satelitów w badaniu kosmosu, po wynalezieniu paneli słonecznych, już w roku 1958 – instalacje radiowe w Satelicie Vanguard I były zasilane panelami o mocy 1W. W tym właśnie roku w kosmiczną wyprawę wystrzelono satelity Vanguard II, Explorer III oraz Sputnik-3, w których wykorzystywana była technologia PV. NASA skonstruowała satelitę Nimbus w roku 1964 zasilanego 470-watowym ogniwem słonecznym oraz pierwsze Obserwatorium Astronomiczne w roku 1966, wyposażone w 1-watową instalację.
  • Pierwszy budynek solarny – W roku 1973 naukowcy z University of Delaware zbudowali pierwszy budynek solarny o nazwie „Solar One”. Energia zasilająca obiekt pochodziła ze źródeł hybrydowych – kolektorów słonecznych i paneli PV – będących pierwszymi przykładami zintegrowanych instalacji fotowoltaicznych (BIPV) wykorzystywanych w budynkach. Na dachu budynku zainstalowano panele słoneczne, podobne do tych zaprojektowanych przez Teslę. Słoneczne panele działały też w Białym Domu za dwóch prezydentów, Jimmy’ego Cartera i Baracka Obamy.
  • Postęp w zwiększaniu wydajności instalacji słonecznych – od roku 1957 do 1960, firma Hoffman Electronics dokonywała częstych ulepszeń Wydajności PV, podnosząc wydajność z 8 do 14%. W roku 1985, University of South Wales w ogniwach opartych na krzemie osiągnął wydajność 20%. Potem w roku 1999, wspólna praca National Renewable Energy Lab oraz SpectroLab Inc. doprowadziła do skonstruowania ogniw o wydajności 33,3%, a w roku 2016, University of South Wales osiągnął wynik 34,5%.
  • Samoloty na energię słoneczną – W roku 1981, pierwszy samolot na energię słoneczna, „Solar Challenger,” został zaprezentowany przez Paul MacCready’ego, który przeleciał nim nad Kanałem La Manche. W roku 1998, zdalnie sterowany solarny samolot „Pathfinder” pobił rekord wysokości wzbijając się na 80.000 stóp (ok. 24 km). Samolot NASA pobił ten rekord w roku 2001 osiągając pułap 96.000 stóp (ponad 29 km). W roku 2016, Bertrand Piccard zasiadł za sterami samolotu „Solar Impulse 2,” najmocniejszego samolotu solarnego z napędem o zerowej emisji i okrążył nim Ziemię.

 

Wydajność energetyczna i opłacalność współczesnych paneli słonecznych

Panele słoneczne to niezwykle praktyczny i opłacalny sposób wytwarzania energii elektrycznej. Są one stosunkowo łatwe w instalacji i nie wymagają skomplikowanej obsługi. Współczesne panele nie posiadają żadnych dodatkowych podzespołów czy części ruchomych, co zwiększa ich niezawodność w długoterminowym użytkowaniu. Panele słoneczne wytwarzają prąd elektryczny bez konieczności zużywania cennych zasobów naturalnych naszej planety.

Dzisiejsze panele wytwarzają energię elektryczną bez generowania jakichkolwiek zanieczyszczeń bądź odpadów. Można je bez problemu montować wszędzie, gdzie potrzebna jest energia elektryczna. Eliminuje to konieczność przesyłu prądu na znaczne odległości do odległych rejonów kraju czy świata. Ponadto, wytwarzanie prądu przy wykorzystaniu fotowoltaiki może odbywać się nawet na małą skalę, bez konieczności budowania dużych, kosztownych elektrowni.

Wniosek

Chyba możemy się zgodzić, że historia technologii solarnych oraz etapy jej rozwoju to długi, skomplikowany i fascynujący proces. Panele słoneczne wykorzystywane są obecnie do zasilania domów, szkół, budynków użyteczności publicznej, biur lub innych obiektów powszechnie na całym świecie. Jednak te osiągnięcia to owoc wieloletnich, intensywnych badań, odkryć i eksperymentów wielu naukowców i wynalazców.

Każdy sukces w badaniach i rozwoju technologii fotowoltaicznych (PV) oraz w ich użytkowaniu prowadził do dalszych badań, eksperymentów i kolejnych usprawnień w tej intrygującej i ważnej dziedzinie naukowej. Od pierwszego odkrycia Becquerela w roku 1839 do dzisiejszego powszechnego wykorzystania energii słonecznej, każdy krok w procesie ujarzmiania energii Słońca na potrzeby wydajnego, ekonomicznego i ekologicznego korzystania z energii elektrycznej był jednakowo innowacyjny i wartościowy, zarówno dla naszej planety jak i całej ludzkości.

Zapraszamy do przesyłania swoich pomysłów i komentarzy na temat energii słonecznej, historii jej rozwoju, dzisiejszego jej wykorzystania oraz potencjalnych odkryć i zastosowań w przyszłości. Słońce zasila Ziemię i sprawuje nad nią opiekę od czasów, gdy pierwsze drobnoustroje rozpoczęły proces fotosyntezy (wytwarzanie związków organicznych z dwutlenku węgla i wody), czyli ok. 2,3 mld lat temu. Czy Słońce przetrwa jako nieskończone źródło energii Ziemi? Podzielcie się swymi przemyśleniami z nami i innymi czytelnikami.

Jeśli dziś rozważacie instalację paneli słonecznych do zasilania swego domu, biura lub całego obiektu handlowego, to jest to doskonały czas. Ceny paneli i energii przez nie wytwarzanej znacząco spadły ze względu na powszechność tej technologii. W roku 1956 1 wat energii wytworzonej przez panel słoneczny kosztował $300. W roku 1975 koszt ten spadł do ok. $100 za wat, a dziś to jedynie ok. $0,50 za wat.

  • Wyszukać w Internecie dostawców i instalatorów systemów solarnych w swojej okolicy.
  • Jeśli mieszkacie w Stockton, San Joaquin County, Concord, Hayward lub San Francisco Bay Area lub w okolicach, prosimy o kontakt – szybko przygotujemy darmową wycenę systemu.
  • Wyznaczyć termin instalacji paneli słonecznych i zacząć cieszyć się ze zdrowego, ekologicznego, wydajnego i opłacalnego źródła energii słonecznej w swoim domu lub firmie[1].

[1] https://www.sunpowerbythesolarquote.com/blog/history-of-solar-energy