font_preload
PL / EN
Energetyka Innowacje OZE 23 sierpnia, 2019 godz. 7:31   

Perzyński: Historia o tym, jak z darmowego Słońca powstał biznes wart biliony

Panel fotowoltaiczny Charlesa Frittsa, Nowy Jork 1884. Źródło: Wikipedia Panel fotowoltaiczny Charlesa Frittsa, Nowy Jork, 1884 rok. Źródło: Wikipedia

Przed wiekami ludy celtyckie widziały w nim źródło życia i równowagi, filozofia chińska do dziś dostrzega w nim pierwiastek męski, przeciwstawny do kobiecego. Słońce. Według zachodnioafrykańskiego powiedzenia – „królowa wszystkich pochodni”, Balzac porównywał je do miłości. Tym większy jest geniusz współczesnego człowieka, który odwieczną, stałą, darmową, kosmiczną siłę potrafił przekuć w wart biliony (nie miliardy) dolarów biznes. Przyjrzyjmy się zatem historii stosunku człowieka do najbliższej nam gwiazdy. To z początku historia brutalna, ale jedna, a właściwie trzy przełomowe chwile sprawiły, że zamiast stopić naszą planetę, Słońce może ją uratować – pisze Michał Perzyński, redaktor BiznesAlert.pl.

Od Azteków do sowieckich astronautów

W starożytnym Egipcie kapłani posiadający niebywałą jak na tamte czasy wiedzę o prawach Wszechświata, wykorzystywali zdolność do przewidywania zaćmienia Słońca do manipulowania tłumem i władzami politycznymi pod przykrywką kontaktu z bogami. Słońce czcili Grecy i mieszkańcy Mezopotamii, a Aztekowie w religijnym ferworze ku jego czci składali krwawe ofiary z ludzi. Przez stulecia Indianie Ameryki Północnej wykonywali co roku swój Taniec Słońca, podczas którego doznawali ekstazy i psychodelicznych przeżyć, dopuszczali się wtedy tortur wobec młodych mężczyzn. Tysiąc lat później Słońce stało się nawet bohaterem żartów o sowieckich astronautach, co chcieli na nim lądować, by prześcignąć Amerykanów, którzy właśnie wbili swoją flagę w powierzchnię Księżyca.

Pierwszy pionier – Becquerel

Jednak to Alexandre-Edmund Becquerel jest pierwszym przełomowym nazwiskiem w tej historii. Ten francuski fizyk, zainteresowany badaniami nad elektrycznością, magnetyką i optyką, w 1839 roku, w wieku zaledwie 19 lat, dokonał odkrycia, które łączyło interesujące go dziedziny. W laboratorium swojego ojca (Antoine’a Césara Becquerela, oficera technicznego w armii Napoleona Bonaparte, fizyka zainteresowanego zjawiskami elektromagnetycznymi, ale również wpływem wycinania lasów na klimat) przeprowadził on eksperyment, w którym pokrył elektrody platynowe chlorkiem srebra – po zaświeceniu elektrod wygenerował napięcie i prąd. W ten oto sposób powstało pierwsze ogniwo słoneczne – co prawda od współczesnego dzieli je tyle, co pierwszy telefon Bella od najnowszego iPhone’a, ale mechanizm działania jest mniej więcej ten sam. Warto zresztą wspomnieć, że w rodzinie Becquerelów fascynacja światłem, elektrycznością i wszelkimi rodzajami promieni trwała kilka pokoleń – w 1903 roku syn Alexandre’a i wnuk Antoine’a Henri Becquerel otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie promieniotwórczości, na pół z doskonale znaną w Polsce parą fizyków Pierre’em Curie i jego żoną Marią.

Drugi pionier – Fritts

Tradycyjnie rywalizujący z Francuzami Amerykanie powiedzieliby, być może nie bez racji, że to jeden z nich stworzył pierwszy panel słoneczny, zwłaszcza, że po odkryciu Becquerela świat na dekady zapomniał o fotowoltaice. Tymczasem pierwszy na świecie panel słoneczny wykorzystujący ogniwa selenowe stworzone przez fizyka Charlesa Frittsa, został zainstalowany w 1884 roku na dachu jednego z nowojorskich budynków. Fritts pokrył selen materiałem półprzewodnikowym cieniutką warstwą złota. Wynalazkowi temu było jednak bardzo daleko do perfekcji – uzyskane ogniwa miały sprawność tylko około 1 procenta dzięki właściwościom selenu, ale koszty materiałów były na tyle wysokie, zastosowanie takich ogniw do zasilania budynków i miast było niemożliwe. Wysiłki Frittsa nie poszły jednak na marne – ogniwa selenowe znalazły inne zastosowania, na przykład jako czujniki światła do pomiaru czasu ekspozycji w aparatach fotograficznych. Od jego czasów to w Stanach Zjednoczonych będą stawiane kolejne kamienie milowe w rozwoju tej technologii.

Trzeci pionier – Ohl

Dopiero sto lat po odkryciu efektu fotowoltaicznego przez Becquerela i sześćdziesiąt lat po stworzeniu pierwszego panelu przez Charlesa Frittsa, w latach 40. XX wieku wynalezione zostało współczesne ogniwo słoneczne, czego dokonał amerykański inżynier Russell Ohl. Ohl pracował dla znanej po dziś dzień firmy Westinghouse, ale to dla swojego następnego pracodawcy, firmy AT&T, stworzył krzemowy panel fotowoltaiczny.

W przeciwieństwie do wcześniejszych selenowych ogniw słonecznych, które składały się tylko z próbki zwykłego selenu, ogniwo krzemowe z nowatorskim złączem p-n znacznie skuteczniej przetwarzało światło słoneczne – do tego stopnia, że po raz pierwszy możliwe było wykorzystanie ogniw słonecznych do zasilania urządzeń elektronicznych. AT&T, które sprzedawało różnego rodzaju sprzęt komunikacyjny działający na jeszcze niezelektryfikowanych wsiach, natychmiast dostrzegło potencjał tego wynalazku. Zespół ogniw słonecznych połączonych ze sobą w baterię słoneczną został oddany do użytku w celu zasilenia małego obwodu elektronicznego, który był montowany bezpośrednio na słupach telefonicznych.

Energia z kosmosu

Zatem odkrycie zjawiska fizycznego przez Becquerela, stworzenie prototypu wynalazku przez Frittsa, a potem jego modernizacja i pewna komercjalizacja przez Ohla i AT&T otworzyły drogę do dalszego rozwoju paneli fotowoltaicznych. Następnymi logicznymi krokami było stopniowe udoskonalanie ich i znajdowanie dla nich kolejnych zastosowań.

Umasowienie produkcji ogniw fotowoltaicznych stało się opłacalne dopiero w 1958 roku za sprawą firmy Hoffman Electronics, której udało się zwiększyć efektywność paneli najpierw do 9, a potem do 10 i 14 procent, co jak przystało na czasy zimnej wojny, natychmiast zostało wykorzystane przez NASA, by wyprzedzić Związek Radziecki w podboju kosmosu. Panele słoneczne Hoffman Electronics umieszczono na sondzie Vanguard 1, dzięki której naukowcom udało się ostatecznie ustalić, że Ziemia wcale nie jest kulą – i nie jest to bynajmniej ukłon w stronę wyznawców spiskowej teorii o płaskiej Ziemi – chodziło o naukowy dowód na delikatne spłaszczenie naszej planety na biegunach. Chociaż Vanguard 1 zamilkł prawie 60 lat temu, to wciąż krąży około 3000 kilometrów nad naszymi głowami, jako jeden z najstarszych kosmicznych śmieci. Prawdziwym poligonem dla rozwoju paneli fotowoltaicznych była też radziecka stacja kosmiczna Mir w latach 80.

Boom

Jak to bywało w przypadkach wielu innych wynalazków, znowu rozwiązania z przemysłu kosmicznego znalazły zastosowanie w dużo szerszym gronie odbiorców niż samych astronomów i astronautów. Chociaż panele słoneczne stawały się coraz lepsze i silniejsze, to ich cena wciąż sprawiała, że było to dobro luksusowe. W tym sensie przełomem były lata 70., gdy koszt ogniw słonecznych spadł pięciokrotnie – ze 100 dolarów do 20 za wat. Przełom lat 70. i 80. z kolei można nazwać prawdziwym boomem w historii paneli – ich zalety publicznie wychwalał prezydent Jimmy Carter, propagowano je równie imponującymi, co bezużytecznymi dziełami techniki, jak zasilany fotowoltaiką samolot Paula McReady’ego, który w 1981 roku przeleciał nad kanałem La Manche, czy pierwszy fotowoltaiczny samochód, który przejechał niemal 4000 (!) kilometrów z Perth w zachodniej Australii do Sydney. Pierwsza duża elektrownia słoneczna powstała w 1984 roku w miejscowości Daggett w Kalifornii – miała ona moc 14 MW.

Złoty wiek

Od tego czasu znaczenie energii słonecznej wyłącznie rośnie, i to tylko nie w technologicznym światku, ale również na arenie międzynarodowej. W ramach globalnej transformacji energetycznej wokół fotowoltaiki, obok energetyki wiatrowej, skupione będą gigantyczne inwestycje, które docelowo mają obniżyć emisyjność światowej gospodarki do zera. W ciągu najbliższych trzech dekad na rozwój samej energetyki słonecznej na całym świecie ma zostać wydane 4,2 biliona dolarów. Sprawę ułatwia fakt, że źródło to jest coraz bardziej efektywne – w 1992 roku pokonana została psychologiczna bariera 15 procent wydajności, a współczesne, najnowocześniejsze panele są w stanie dojść nawet do 30 procent. Charles Fritts byłby dumny.

W ten oto sposób przebyliśmy 180 lat historii, ale rozwój fotowoltaiki nadal trwa, a jego efekty mogą okazać się oszałamiające. Prym w badaniach od Amerykanów stopniowo przejmują Chińczycy, którzy przygotowują projekt „kosmicznej elektrowni” – wielkiego obiektu obudowanego panelami słonecznymi, który energię elektryczną na Ziemię przesyłałby laserami albo mikrofalami. Taka kosmiczna elektrownia pracowałaby na ziemskiej orbicie i byłaby w stanie pracować na wysokich obrotach dosłownie bez przerwy – dostarczałaby ona czystą energię niezależnie od pory dnia czy pogody, byłaby wysyłana bezprzewodowo do dowolnego miejsca na powierzchni Ziemi. Oznaczać mogłoby to realne i definitywne odejście od paliw kopalnych na całym świecie. Taki cud miałby powstać około 2050 roku.

Haruki Murakami stwierdził kiedyś, że Słońce to jedyna darmowa rzecz na świecie – oczywiście tragicznie się pomylił, bo inną darmową rzeczą jest wiatr. Co istotniejsze od rozważań japońskiego pisarza o materializmie, z obu tych sił człowiek uczynił potężne wynalazki, które mogą pomóc okiełznać klimat. Znamy już dalekosiężne plany, pozostaje czekać co nowego stanie się po drodze.

Perzyński: Człowiek, wiatr, energia. Historia pewnej znajomości