Solartunnel

Entwicklung der Photovoltaik: Die Geschichte der Solarenergie

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Photovoltaik bezeichnet die Umwandlung von Lichtenergie – meistens von Sonnenenergie – in elektrische Energie, also in Strom. Heutzutage geschieht dies mithilfe von Solarmodulen auf Freiflächen und auf Dächern. Solarenergie ist nachhaltig, klimaschonend und macht unabhängig von steigenden Strompreisen. Aus diesen Gründen statten immer mehr Privathaushalte ihre Dächer mit einer eigenen Photovoltaikanlage aus.

Doch die Idee, die Sonne als Energielieferantin zu nutzen, ist alt. In diesem Artikel bieten wir Ihnen einen geschichtlichen Überblick über die Entwicklung der Photovoltaik.

Seit wann gibt es Solarenergie?

Bereits im Altertum wurde die Energie der Sonne als Wärmequelle genutzt. Entscheidend für die Entwicklung der Photovoltaik ist jedoch die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Diese nahm ihren Anfang mit einer interessanten Beobachtung: Bereits im Jahr 1839 entdeckte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel den sogenannten "photoelektrischen Effekt" – und damit die Grundlage der heutigen Photovoltaik.

Der Entdecker der Photovoltaik: Alexandre Edmond Becquerel

Alexandre Edmond Becquerel war erst 19 Jahre alt, als er den photoelektrischen Effekt oder kurz Photoeffekt eher zufällig entdeckte. Er experimentierte mit elektrolytischen Zellen mit einer Anode und Kathode aus Platin und maß den zwischen den Elektroden fließenden Strom. Hierbei stellte er fest, dass der Strom stärker floss, wenn er seine Vorrichtung mit Licht bestrahlte. Physikalisch erklären konnte er sich diesen Effekt noch nicht – das tat später niemand Geringeres als Albert Einstein, der im Jahr 1921 für seine Lichtquantentheorie sogar den Nobelpreis für Physik erhielt.

Trotzdem legte Alexandre Edmond Becquerel durch seine zufällige Entdeckung des photoelektrischen Effekts den Grundstein für die Photovoltaik und der Solarzelle, wie wir sie heute kennen. Generell wird zwischen dem inneren und dem äußeren Photoeffekt unterschieden. Photonen (also Licht) treffen auf eine Oberfläche – zum Beispiel ein Metall – und lösen Elektronen aus den Atomen dieses Materials heraus. Es fließt Strom. Während die herausgelösten Elektronen beim äußeren Photoeffekt das Material verlassen, findet der innere Photoeffekt hauptsächlich in Halbleitern statt. Halbleiter sind Festkörper, deren Leitfähigkeit für elektrischen Strom sich unter bestimmten Umständen verändert – zum Beispiel durch die Zufuhr von Energie, wie Wärme oder Licht.

Silizium und Selen – Meilensteine in der Entwicklung der Photovoltaik

Becquerels Entdeckung hat jahrzehntelange weitere Forschungen ausgelöst, die die Entwicklung der Photovoltaik beeinflusst haben. Vor allem wollten Wissenschaftler:innen herausfinden, welche Materialien bei Belichtung ihren elektrischen Widerstand veränderten, also wo der photoelektrischer Effekt zu beobachten war.

Der britische Physiker William Grylls Adams entdeckte bereits im Jahr 1876 die direkte Umwandlung von Licht in Elektrizität in Selen. Zwar wiesen die Selen-Zellen nur einen geringen Widerstand von etwa 2 % auf. Dennoch lieferte Adams mit seinem Nachweis, dass ein fester Stoff mit Hilfe von Solarenergie elektrische Energie produzieren kann, einen wichtigen Meilenstein der Entwicklung der Photovoltaik. Nur wenige Jahre später, im Jahr 1883, baute der Erfinder Charles Fritts aus New York die erste Solarzelle auf Basis von Selen, die allerdings noch wenig effektiv war: Fritts Proto-Solarzellen hatten einen Wirkungsgrad von 1 bis 2 %.

Die ersten Silizium-Solarzellen wurden Mitte des 20. Jahrhunderts entwickelt. Im Jahr 1954 experimentierten Forschende der Bell Labs in den USA mit Silizium-Proben. Wie bereits bei Becquerel, kam Ihnen auch der Zufall zu Hilfe: Eine der Proben hatten einen Riss und den Forscher:innen fiel auf, dass Strom floss, sobald die Probe Lichteinfall ausgesetzt war.

Wer hat die erste Solarzelle erfunden?

Auf Basis dieser Entdeckungen wurden die ersten Silizium-Solarzellen entwickelt. Diese wiesen bereits einen Wirkungsgrad von 6 % auf. Hiermit waren die Voraussetzungen für eine industrielle Herstellung von Solarzellen geschaffen. Als Erfinder gelten hier der US-amerikanische Physiker Gerald Pearson sowie der Chemiker Calvin Souther Fuller.

Vor allem für die Raumfahrt war Solarenergie von Bedeutung, denn Satelliten im All galt es mit Strom zu versorgen. Und so wurde im Jahr 1958 mit Vanguard I der erste mit Solarzellen ausgestattete Satellit in Betrieb genommen.

Solarenergie erwies sich als die ideale Stromversorgung für Satelliten und Raumsonden, denn Solarzellen waren aufgrund ihrer langen Nutzungsdauer Batterien weit überlegen. Noch heute werden die meisten Raumflugkörper mit Solarzellen ausgestattet, um sie mit Energie zu versorgen.

Entwicklung ab 1980: Photovoltaik auf dem Vormarsch

Aus dem All fand die Entwicklung der Photovoltaik wieder ihren Weg zurück auf die Erde. Nicht zuletzt aufgrund der Ölkrise in den 1970er-Jahren und nuklearer Unfälle wie in Tschernobyl im Jahr 1986 suchte die Menschheit nach Alternativen zu bisherigen Stromerzeugungs-Technologien und nach nachhaltigen Energiequellen zur zivilen Nutzung.