A napelem történetének áttekintése

Kétségtelen, hogy a megújuló energiaforrások jelentik az égető energiakérdésre a biztos választ, azt a megoldást, amellyel egy zöldebb, tisztább és egészségesebb világot biztosíthatunk nem csak számunkra, de az utódaink számára is.

Világossá vált, hogy a fosszilis tüzelőanyagok már nem jelentik az első számú megoldást e téren, nem lehet már rájuk olyan szinte hagyatkozni, mint eddig, és bebizonyosodott, hogy váltani kell. Ennek oka a rengeteg káros hatás és az igencsak fogyóban lévő tartalékok. Épp ezért is került a figyelem középpontjába a megújuló energiaforrások, és többek között a napenergia. A napenergiát tekintve mindenképp említést érdemel a napelem és napkollektor, mint a két legideálisabb és legelterjedtebb napenergiát felhasználó, kiaknázó berendezés. Mindkét eszköz a saját működési elvével garantálja a szükséges energiát, ám e cikkünkben a napelemre koncentrálunk, bemutatva történetét, a fejlődési lépcsőit, és azt, hogy mikét is vált az egyik legelterjedtebb eszközzé a megújuló energiaforrásokat tekintve.

A napelem kezdeti lépései a 19. század közepére tehetőek, amikor is világosabbá, érthetőbbé vált, hogy bizony érdemes a napenergia mellett dönteni, hisz az épp olyan biztos és eredményes lehet, mint az emberiség számára tradicionálissá vált fosszilis energiaforrások. A fotovoltaikus hatást Alexandre Edmond Becquerel francia fizikus demonstrálta először sikeresen 1839-ben, mindössze tizenkilenc éves korában. Ez hatalmas fordulópont volt a napelem történetét tekintve, hisz ekkor vált bizonyossá, hogy érdemes a napenergiára építeni. Ebben az évben építette meg a világ első fotovoltaikus elemét az apja laboratóriumában. A későbbi évek is sikeresnek és eredményesnek mondhatóak e tekintetben. Willoughby Smith brit származású elektromérnök az 1860-as években kezdett kísérletezni a fotovoltaikus technológiával. Ennek oka egy véletlen egybeesésnek volt köszönhető. Ezekben az években tenger alatti kábelekkel végzett kísérleteket, melyek közben felfedezte, hogy az ezekhez használt szelén éjszaka máshogyan viselkedik, mint nappal.

1873-ban a Nature tudományos folyóiratban jelentette meg az “Effect of Light on Selenium during the passage of an Electric Current” című tanulmányát, amely a szelén fotovoltaikus tulajdonságát írja le. A tanulmány nagy sikernek örvendett, és ismét bizonyította, hogy az energiatermelést tekintve nem csak a fosszilis energiaforrásokra lehet hagyatkozni, hisz olyan egészséges és megújuló megoldások is léteznek, amelyeket semmiképp sem érdemes elmulasztani. Ezt követően egy újabb fejlődési lépcsőfok került napvilágra e tekintetben, és mindez egy amerikai feltalálónak volt köszönhető. Charles Fritts nevű feltaláló 1883-ban építette meg az első modern értelemben vett napelemet. Ennek felépítése magában hordozta az esszenciális elemeket: a fontos félvezető szelént vékony, félig átlátszó aranyfilmmel vont be, így mindez képes volt áramot előállítani mindenféle gond nélkül. Az amerikai feltaláló első napelemének hatékonysága nagyjából egy százalék körülire volt tehető. Négy év múlva ismét egy mérföldkőhöz ért a napelemek története, ugyanis Heinrich Hertz 1887-ben felfedezte a fényelektromos jelenséget, és munkája alapján pedig egymástól függetlenül 1888-ban Alexandr Sztoletov orosz és Wilhelm Hallwachs német fizikusok megállapították, hogy az ultraibolya sugarak negatív töltésű fémlapból negatív töltést szabadítanak ki. Ezt követően egymástól függetlenül megépítették az első fotovoltaikus napelemeket. A kialakítás, megépítés sikeresen volt, és mindenképp igazolta, hogy érdemes a napelemekre időt fordítani e tekintetbe.

Ez a fordulópont indította el a napelem evoluciós folyamatát, mely az elején lassan indult, de a később években már egyre töretlenebbé vállt. Az első modern félvezető napelem szabadalmát a tranzisztorok kutatásával foglalkozó Russel Ohl jegyezte be 1946-ban. Az első hatékony, széles körben alkalmazható, szilícium félvezetőn alapuló napelemet 1954. április 25-én mutatták be a Bell Laboratories szakemberei. A fejlesztők Daryl Chapin, Calvin Souther Fuller és Gerald Pearson amerikai tudósok voltak. A nyilvánosság csak később figyelt fel a napelemekre, amikor az Amerikai Egyesült Államok Haditengerészete felhasználta azokat a Vanguard-1 műhold megépítésekor 1958-ban.

A következő két évtizedben fokozatos fejlesztések történtek, éppen a haladás miatt azonban a napelemek ára magasan maradt. Azokat ugyanis elsősorban az űrtechnológiában történő felhasználás irányába fejlesztették, a lehető legnagyobb hatásfokú megoldást keresve, akár nagy költségek árán is. Így a kevésbé hatékony, egyben kevésbé költséges megoldásokkal ebben az időben nem foglalkoztak a kutatók. Az árakat elsősorban a félvezető ipar határozta meg, s a költségcsökkentést végül azt tette lehetővé, hogy az 1960-as években átálltak az integrált áramkörök használatára. 1971-re egy watt napelemmel történő előállításának költsége 100 dollárra csökkent. lliot Berman 1969-ben alapította meg a Solar Power Corporationt, amely 30 évre előre tekintve azzal számolt, hogy az elektromos energia az ezredforduló idejére nagymértékben drágul majd, ami vonzóbbá teheti az alternatív energiaforrások használatát.

Berman kutatása ekkor azt mutatta, hogy ha képesek volnának a wattonkénti előállítási árat 20 dollárra leszorítani, azzal már számottevő kereslet támadna a technológia iránt. Új fejlesztésű, olcsóbb terméküket 1973-ban mutatták be, használatukról pedig sikerrel győzték meg az Egyesült Államok Parti Őrsége számára navigációs bójákat gyártó Tideland Signal vállalatot. A földi alkalmazásokra előállított napelemek fejlesztése akkor indult igazán be, amikor az amerikai Nemzeti Tudományos Alapítvány létrehozta fejlett napenergiás alkalmazások kutatásával és fejlesztésével foglalkozó részlegét, amely 1969 és 1977 között működött. Végezetül pedig, a napelemek történetét tekintve, egy figyelemreméltó, aggasztó esemény adta meg a végső lökést az igazi fejlődést tekintve. Természetesen az 1973-as olajválságról van szó, amikor is világossá vált, hogy a fosszilis tüzelőanyagok már nem tekinthetőek az első számú energiaforrásnak, hisz számtalan olyan jelleggel bírnak, amelyek ezt lehetetlenné teszik. Az olajválságot követően több olajipari vállalat fektetett napenergiával foglalkozó cégek felvásárlásába. Az 1970-es és 1980-as években az Exxon, az ARCO, a Shell, az Amoco és a Mobil saját napenergia-részlegeket üzemeltettek és ezekben az években ők voltak a legnagyobb termelők. A fejlesztésekben részt vett a technológiai szektor több vállalata is, így például a General Electric, a Motorola és az IBM is.

Forrás: alternativenergia.hu