Jeden z nejdůležitějších mezníků v energetice se stal před šedesáti lety: skupina vědců na tiskové konferenci 25. dubna 1954 oznámila vyvinutí křemíkového fotovoltaického článku, který dokázal pohánět elektřinou malé zařízení.

Nejdříve se technologie uplatňovala především v kosmonautice, rychle se však stala součástí každodenního života. Najdeme ji v kalkulačkách i hodinkách, ale největší práci udělala pro výrobu elektřiny. Právě díky dynamickému vývoji a poklesu nákladů na výrobu solárních panelů přestala být výroba elektřiny doménou velkých elektrárenských společností a umožnila vlastní výrobu běžným uživatelům. Solární panel na střeše domů i podniků se stal běžnou realitou.

Raná éra: Od Nobelovy ceny pro Einsteina přes kosmický výzkum

Historie fotovoltaiky má kořeny až v předminulém století. V roce 1839 objevil fotovoltaický jev francouzský fyzik Alexandre E. Becquerel. Následně se vědci soustředili na jeho využití pomocí selenu. V roce 1883 sestrojil americký vynálezce Charles Frittsen první fotovoltaický článek, když polovodivý selen potáhl tenkou vrstvou zlata.

Na počátku 20. století fotovoltaický jev podrobně prozkoumal Albert Einstein, za svou teoretickou práci v roce 1921 dokonce obdržel Nobelovu cenu (spolu s teorií relativity). Einsteinovu teorie potvrdil v roce 1916 pomocí experimentu Robert Millikan. Dva roky poté objevil polský vědec Jan Czochralski způsob výroby monokrystalického křemíku.

Průlom v Bellových laboratořích

První křemíkové články použitelné k pohonu zařízení vyvinula v roce 1954 skupina amerických vědců v Bellových laboratořích vedená G. L. Pearsonem. První článek měl účinnost 4,5 procenta, během několika měsíců se jej podařilo vylepšit na účinnost šesti procent.


(www.bell-labs.com)

Z laboratoře se postupně solární články přesunuly k praktickému využití. První oblastí, kde se výhody solární energetiky uplatily, byla kosmonautika. V roce 1958 byly použity solární baterie na americké sondě Vanguard I. Ve stejném roce využila solární energii také sovětská družice Sputnik 3. Vývoj fotovoltaiky přebírá společnost Hoffmann Electronic, která kupuje licenci od Bellových laboratoří a díky navázání na kosmický výzkum dosahuje v roce 1960 až 14procentní účinnosti článků.

Solární technologie je však nadále používána pouze při objevování vesmíru nebo instalována na odlehlých místech. Hlavním důvodem malého zájmu o její využití i v jiných oblastech byl vedle vysoké pořizovací ceny také fakt, že světové vlády v této době podporovaly především rozvoj atomové energetiky.

První solární elektrárna byla spuštěna v roce 1963 v Japonsku – fotovoltaika o výkonu 242 wattů zásobovala elektřinou maják. Doménou solárních článků však nadále zůstává vesmír. V roce 1966 vypustila NASA na oběžnou dráhu stanici poháněnou 1 kilowattovým fotovoltaickým zdrojem.

Solární energetika začala pomáhat také při elektrifikaci odlehlých míst. První energetiky soběstačnou vesnicí, vystačující si pouze elektřinou z 3,5 kilowattové solární elektrárny se stala osada Papago v indiánské rezervaci. Elektřina stačila pro čerpání vody a svícení v 15 domech, a to až do zasíťování v roce 1983.

V roce 1981 byla v USA postavena solární elektrárna o výkonu 105,6 kW. Tato elektrárna dodnes funguje a dodává energii pro Natural Bridges National Monument. Jen o dva roky později tuto instalaci přeskočila šestimegawattová elektrárna v Kalifornii, která dodávala elektřinu pro více než dva tisíce domácností.
Solární energetika začíná v osmdesátých letech pronikat i do dopravy. V roce 1981 postavil Paul MacCready své druhé solární letadlo. Stroj poháněný 16 tisíci fotovoltaickými články přeletěl za 5 hodin a 23 minut kanál La Manche.

V 80. letech 20. století se začínají objevovat také první solární elektromobily. Australský vývojář Hars Tholstrup ujel se solárním autem za 20 dní vzdálenost přes pět tisíc kilometrů mezi Sydney a Perthem dokonce o 10 dní rychleji, než to zvládl první benzínový automobil.

Radikální pokles ceny

Na samém počátku stál jeden watt solárního článku 286 dolarů a vědec Daryl Chapin z Bellových laboratoří kalkuloval, že by pro dům s průměrnou spotřebou musel pořídit solární elektrárnu za neuvěřitelný 1 430 000 dolarů. Přesto již v roce 1955 psal časopis Newsweek, že by se ze solární článek mohl stát „případný konkurentem atomové energetiky.“

Snížení ceny fotovoltaických panelů pak paradoxně pomohly investice do vývoje od ropných společností. Například mezi lety 1970-1975 pracoval na vývoji solárních článků vědec Elliot Bermanan ve spolupráci se společnosti Exxon, která jeho výzkum podpořila pěti miliony dolarů – částkou podstatně vyšší než do solární energetiky dávala americká federální vláda, která se nadále soustředila především na atomovou energetiku. (Pro porovnání: dotace z veřejných pro jadernou energetiku se mezi lety 1943 a 1999 vyšplhala na 145 miliard dolarů, z federálních prostředků určených pro energetiku spolkla celých 96 procent. Na solární energetiku včetně fototermiky vyšlo pouhých 4,4 miliard dolarů). Výrobní cena se v roce 1977 klesla na 77,67 dolarů za watt.

Další radikální snížení ceny přišlo s masovou produkcí solárních panelu po roce 2000. Solární energetika se stala jedním z nástrojů možného řešení pro snížení produkce emisí. V roce 2013 prolomily solární panely hranici cenu jednoho dolaru za watt a dostaly se na 0,73 dolarů za watt. Běžnou střešní solární elektrárnu o velikosti 5 kilowattů lze i v Česku pořídit od 150 tisíc korun.

Růst, který se nezastaví

Zatímco se v osmdesátých letech minulého století stříhala páska po každé desítce megawattů instalovaných solárních panelů ve světě. Koncem roku 2008 se výkon světových solárních elektráren vyšplhal na 15 gigawattů.

Dnes je ve světě instalováno více než 135 tisíc megawattů solárních elektráren. Asi 60 % instalací se nachází v Evropě, nově se však růst stále levnějších panelů začíná přesouvat do Spojených států a Asie. Jen za loňský rok přibylo v Číně přes 11 gigawattů fotovoltaických elektráren.

Proměnila se také podoba instalací. Velké solární elektrárny pomohly díky odbytu solárních panelů snížit cenu. Příkladem může být jedna z největších středoevropských pozemních elektráren - česká FVE Vepřek u Nové Vsi s instalovaným výkonem 35 megawattů. V době svého spuštění (září 2010) byla FVE Vepřek devátá největší fotovoltaická elektrárna na světě. Řada solárních parků vznikla na místech, které byla původně určena k průmyslové zástavbě. Výroba čisté energie tak často zabránila nenávratnému zalití místa betonem. Ve Velké Británii dokonce uvažují o solární energetice v krajině, jako o nástroji ke zvýšení biodiverzity. Dobře obhospodařované areály poskytují velký prostor pro rozvoj chráněných stanovišť volně žijících živočichů a rostlin.

Současný trend však směřuje k využití solární energetiky na budovách. Příkladem průmyslového využití fotovoltaiky je využití střech logistického centra ve Philippsburgu (Baden-Württembergsko) předního výrobce pneumatik Goodyear Dunlop pro výrobu elektřiny. Střešní elektrárna pokrývá 87 tisíc m2 a patří mezi pět největších solárních systémů na světě s výkonem 7,4 megawattů. Ročně vyrobí elektřinu, která odpovídá ekvivalentu spotřeby 1 800 domácností.

Vedle využití v průmyslových areálech se solárních energetika prosadila také na rodinných a bytových domech. Nově mimo trend výroby elektřiny přibyla možnost produkce elektřiny pro pohon bojleru na ohřev teplé vody nebo pro pohon tepelných čerpadel.

Největší podíl na produkci elektřiny má solární energetika v Itálii (7,8 %), Německu (6,2 %) a Řecku (5,8 %). V Evropě se fotovoltaika podílí na spotřebě elektřiny 3 %, respektive 6 % v době špiček. V Německu však již dnes dokážou solární panely v kombinaci s větrem pokrýt až 60 % tamní spotřeby elektřiny – stalo se tak například 3. října 2013. Během květnových dnů zase dokázaly německé solární panely krýt zhruba 50 % polední spotřeby elektřiny a svým špičkovým výkonem překonaly jaderné zdroje.

Šetrný a levný

Americké ministerstvo energetiky odhaduje, že cena solární elektřiny klesne do konce desetiletí o polovinu oproti dnešní ceně. Fotovoltaika tak bude konkurovat uhlí nebo jádru a v příštím desetiletí bude i levnější.
Naplňuje se tak vize, o které psal New York Times po představení prvního křemíkového panelu před šedesáti lety: „začala éra, která povede k realizaci jedno ze snů lidstva – využití neomezené energie slunečního záření pro civilizaci.“ Pokud bychom uvažovali v Česku jen dostupné střechy, může elektřina ze slunce dodat elektřinu pro více než dva miliony domácností – šetrnou a levnou.