Kiedy rozpoczyna się historia fotowoltaiki? Przed jakimi wyzwaniami stali twórcy i jak rozwija się ta technologia na przestrzeni lat?

Historia fotowoltaiki sięga 1876 roku, kiedy to William Grylls Adams i jego uczeń, Richard Evans Day, odkryli, że impuls elektryczny może być wytwarzany podczas ekspozycji na światło materiałów z selenu. Ich pionierska praca była zapowiedzią mechaniki kwantowej na długo zanim większość chemików i fizyków zaakceptowała istnienie atomów. Chociaż selenowe ogniwa słoneczne nie potrafiły przekształcić wystarczającej ilości światła słonecznego do zasilania urządzeń elektrycznych, udowodniły, że stały materiał może zmienić światło w elektryczność bez ciepła lub ruchu.

Kto i kiedy rozpoczął badania nad fotowoltaiką?

Autorem najobszerniejszej pracy teoretycznej o efekcie fotowoltaicznym był Albert Einstein, który opisał to zjawisko w 1904 r. W 1918 r. Polski naukowiec Jan Czochralski odkrył metodę produkcji monokrystalicznego krzemu, która umożliwiła monokrystaliczne wytwarzanie ogniw słonecznych. Pierwsze krzemowe monokrystaliczne ogniwo słoneczne zbudowano w 1941 roku.

Od tamtego wydarzenie upłynęło ponad 50 lat, zanim zaczęto komercjalizować rozwiązania z zastosowaniem fotowoltaiki. Przez te lata skupiano się przede wszystkim na rozwoju technologii. W 1953 r. Naukowcy Gerald Pearson, Daryl Chapin i Calvin Fuller opracowali pierwsze krzemowe ogniwo słoneczne zdolne do generowania mierzalnego prądu elektrycznego. The New York Times opisał to odkrycie jako „początek nowej ery, prowadzącej ostatecznie do realizacji wykorzystania niemal nieograniczonej energii słońca do zastosowań cywilizacyjnych”.

W latach 60 dzięki NASA rozkwitło wykorzystanie ogniw słonecznych w kosmosie. Wizja elektryczności ze Słońca na Ziemi wydawała się bardzo odległa, przede wszystkim ze względu na ogromne koszty. W kosmosie natomiast cena nie była istotnym czynnikiem. Dla inżynierów zmartwieniem były rozmiar, wydajność i trwałość.

Lata 70 przyniosły ponad 80% obniżkę kosztów związanych z produkcją paneli PV i zaczęły one zasilać latarnie morskie, przejazdy kolejowe i budynki, których podłączenie do sieci było zbyt kosztowne. Ciągła poprawa wydajności i ceny pozwoliła na to by w kolejnym dziesięcioleciu niewielkie ogniwa solarne pojawiły się w dużej części gospodarstw domowych, przede wszystkim zasilając kalkulatory, radia, zegarki i latarki.

Dopiero lata 90- te przyniosły ogromne zmiany w rynku energii słonecznej na świecie. Powstały pierwsze instalacje podłączone do sieci i wolnostojące i zostały wprowadzone pierwsze dotacje w Niemczech i Japonii. W 2000 roku rozpoczęto masową produkcję paneli fotowoltaicznych, kiedy to niemieccy ekolodzy i organizacja Eurosolar otrzymali fundusze rządowe na program „10 000 Słonecznych dachów”.

Jak od tamtego czasu zmieniał się rynek fotowoltaiczny?

Moce zainstalowane kiedyś i dziś

W 1997 na świecie instalacje sumarycznie miały moc około 115 MWp . 10 lat później sumarycznie osiągnęły pułap mocy – 3 GWp. Fotowoltaika w ostatnich latach przeżywa intensywny rozwój. Tempo tych zmian widocznie jest w tabeli poniżej. Sumaryczna moc elektrowni fotowoltaicznych wzrosła przez 20 lat ponad 800- krotnie i wynosi blisko 100 GWp.

Rok Moc zainstalowana MWp
2000 249
2005 1408
2010 17402
2011 23579
2012 26062
2013 34011
2014 39397
2015 50877
2016 69460
2017 92097

Rodzaje i moc modułów kiedyś i dziś

Pod względem rodzajów stosowanych paneli, w danym okresie czasu zaszły duże zmiany. Na początku ponad 50 % instalowanych modułów, były to moduły monokrystaliczne, a 33 % stanowiły moduły polikrystaliczne. W 2017 dalej panele krzemowe są liderem, jednakże teraz ponad połowa to krzem polikrystaliczny. 20 lat temu rynek pokładał duże nadzieje w ogniwach a-Si i miały one 11% udziału w całkowitej liczbie zainstalowanych ogniw. Ze względu na niską wydajność nie są one już często wykorzystywane. 2 % udziału miały wtedy panele krzemowe Ribbon, które podobnie nie znalazły zastosowania ze względu na przeszkody natury ekonomicznej.

Pod względem lokalizacji

Jeszcze większe zmiany zaszły pod względem lokalizacji instalacji PV. W 1997 r. USA było światowym liderem w zakresie instalacji PV, a następnie Japonia i Europa. Udział Chin wynosił wtedy zaledwie 1 procent. Natomiast w 2017 Chiny pod względem mocy zainstalowanej posiadają 57% instalacji fotowoltaicznych, kolejne są Tajwan i Malezja. Stany Zjednoczone, Europa i Japonia zostały daleko z tyłu z wynikami (kolejno) 1%, 2 % i 3 % .

Fotowoltaika na budynkach

Sytuacja ta znajduje doskonałe odbicie w statystykach dotyczących firm produkujących panele fotowoltaiczne. Porównując 10 największych wytwórców warto zauważyć, że firmy europejskie i amerykańskie i japońskie ustąpiły miejsca firmom azjatyckim, przede wszystkim chińskim i tajwańskim.

Co przyniesie przyszłość?

Fotowoltaika to technologia stosunkowo młoda, szczególnie kiedy porównamy ją do innych odnawialnych źródeł energii. Zarówno energia wiatru, energia geotermalna, a przede wszystkim energia wodna była wykorzystywana na szeroką skalę długo instalacjami PV. Wszystko wskazuje jednak na to, że w przyszłości ugruntuje ona swoją pozycję. Przyszłość instalacji fotowoltaicznych to coraz bardziej zaawansowane badania mające na celu osiągnięcie maksymalnych uzysków energetycznych z promieniowania słonecznego i połączenie jej z systemami magazynowania energii.

Obserwując wzrost jaki nastąpił w rozwoju branży fotowoltaiki w ostatnich latach i jej potencjał , można przewidywać że w niedalekiej przyszłości, fotowoltaika będzie najbardziej rozpowszechnionym z odnawialnych źródeł energii. Prognozuje się, że w 2022 roku zainstalowane będą panele fotowoltaiczne o sumarycznej mocy około 150 GWp.

Opracowanie: Justyna Bolek na podstawie renewableenergyworld.com

Redakcja GLOBEnergia