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So kam die Photovoltaik vom All auf unsere Hausdächer

Der photoelektrische Effekt wurde zwar schon früh entdeckt, jedoch fingen Forscher erst Jahrzehnte später an, diese Entdeckung für die Energiegewinnung zu nutzen. Warum wir heute Photovoltaik nutzen können und welchen Anteil Albert Einstein daran hat.

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Die Photovoltaik wurde lange im Weltraum genutzt, bevor sie auf der Erde Anklang fand.

Der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel war der Entdecker des photoelektrischen Effekts. Bei Experimenten mit elektrolytischen Zellen konnte er 1839 fließenden Strom messen. Die wichtigste Erkenntnis dabei: Bei Licht war die elektrische Spannung größer als bei Dunkelheit. Bis diese Entdeckung für die Energiegewinnung genutzt wurde, sollte es jedoch noch einige Jahrzehnte dauern.

1876 wurde dieser Effekt dann von dem britischen Physiker William Grylls Adams in einem Selenkristall nachgewiesen. Hiermit war der Beweis erbracht, dass ein Feststoff Licht direkt in elektrische Energie wandeln kann, ohne den Umweg über Wärme oder kinetische Energie machen zu müssen. Damit war der Grundstein gelegt.

Erste Selen-Solarzellen

Ab 1884 wurden dann erste bedeutende Versuche zum lichtelektrischen Effekt oder auch Photoeffekt durchgeführt. In diesem Zeitraum baute der US-Amerikaner Charles Fritts ein erstes Solarmodul aus Selen-Solarzellen. Der Wirkungsgrad lag allerdings nur bei einem Prozent und das technische Know-How der Wirkungsweise von Solarzellen fehlte noch. 1905 erstellte Albert Einstein seine Lichtquantenhypothese, die besagt, dass Strahlung mit Materie nicht beliebige Energiemengen austauschen kann, sondern nur bestimmte Energiepakete, auch Quanten genannt. Zwei Jahre später lieferte Einstein dann auch die theoretische Erklärung des lichtelektrischen Effekts. 1921 erhielt er dafür den Nobelpreis für Physik.

Im Jahr 1934 wurde erstmals an einer dünnen Solarzelle geforscht, die Kupferoxid auf der Oberfläche einer Kupferanode als Halbleiter nutzt. Das war der erste Vorgänger der heutigen Solarmodule. Die Wissenschaftler nahmen damals an irgendwann 26 Watt pro Quadratmeter Solarzellenfläche zu erreichen. Auf eine autarke Energieversorgung und Haushalte, die ihren eigenen Solarstrom erzeugen, wurde auch damals schon spekuliert.

Durchbruch mit Silizium

Die ersten kristallinen Silizium-Solarzellen wurden in den Bell Laboratories in New Jersey entwickelt. Daryl Chapin, Calvin Souther Fuller und Gerald Pearson schufen die jeweils rund zwei Quadratzentimeter großen Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von vier bis sechs Prozent. Im April 1954 wurden die Ergebnisse veröffentlicht. Eine eingekapselte Solarzelle der Bell Laboratories wurde 2002 erneut vermessen. Der Wirkungsgrad der Zelle wies noch immer 5,1 Prozent auf und konnte nach weiteren Verbesserungen auf elf Prozent gesteigert werden.

Vorerst wurde die Sonnenenergie vor allem zur Versorgung von Raumluftkörpern genutzt. Erstmals geschah dies 1958. Der US-Raumfahrt-Satellit Vanguard I besaß ein Solarpaneel, das mit 108 Silizium-Solarzellen ausgestattet war. Zu diesem Zeitpunkt hatte sich der Wirkungsgrad bereits auf zehn Prozent erhöht.

Solarenergie auf der Erde

Erst um 1973, kurz nach der ersten Ölkrise, wurde die Photovoltaik auch für die Energieversorgung auf der Erde interessant. Verschiedene Forschungseinrichtungen beschäftigten sich von nun an mit der Technologie. Auch staatliche Unterstützung wurde angeboten, um die Solarzellen schnell weiterzuentwickeln. Seit Mitte der siebziger Jahre werden mehr Solarzellen auf der Erde, als für die Raumfahrt eingesetzt. Einen erneuten Aufschwung für die Solarenergie gab es 1979 nach dem Störfall des Atomkraftwerkes Harrisburg in Amerika. Die zweite Ökrise im selben Jahr gab zusätzlichen Aufwind. Erste netzgekoppelte Solaranlagen für private Haushalte wurden in den 80er Jahren installiert. Bis zum Jahr 2015 wurden weltweit 227 Gigawatt PV-Leistung installiert.

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