Wann wurde Photovoltaik erfunden?

Photovoltaik – die Sonne als Energieerzeugerin. Foto leungchopan via Envato
Photovoltaik – die Sonne als Energieerzeugerin. Foto leungchopan via Envato

Unter Photovoltaik (kurz: PV) versteht man die Umwandlung von Licht in Elektrizität mit Hilfe von Halbleitermaterialien, die den photovoltaischen Effekt aufweisen.

Es handelt sich hierbei um ein Phänomen, das in der Physik, Photochemie und Elektrochemie untersucht wird. Der photovoltaische Effekt wird kommerziell für die Stromerzeugung und als Photosensoren genutzt.

Ein photovoltaisches System verwendet Solarmodule, die jeweils aus einer Reihe von Solarzellen bestehen, die elektrische Energie erzeugen. PV-Anlagen können auf dem Boden, auf dem Dach, an der Wand oder schwimmend angebracht werden. Die Anlage kann fest montiert sein oder mit Hilfe eines Solar-Trackers der Sonne nachgeführt werden.

Nutzen der Potovoltaik-Technik

Die Energieerzeugung per Photovoltaik trägt laut EESA Sachsen (Industrielles Netzwerk Erneuerbare Energien Sachsen) zum Klimaschutz bei, da sie viel weniger Kohlendioxid ausstößt als fossile Brennstoffe. Die Photovoltaik hat als Energiequelle besondere Vorteile: Einmal installiert, verursacht ihr Betrieb keine Umweltverschmutzung und keine Treibhausgasemissionen, sie ist im Hinblick auf den Energiebedarf skalierbar, und Silizium ist in der Erdkruste in großen Mengen vorhanden.

Lediglich andere für die Herstellung von PV-Systemen benötigte Materialien wie Silber könnten das weitere Wachstum der Technologie einschränken.

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Allerdings werden für die Verwendung von PV als Hauptstromquelle komplexe Energiespeichersysteme oder eine globale Verteilung über Hochspannungs-Gleichstromleitungen benötigt, was zusätzliche Kosten verursacht. Produktion und Installation entsprechender Systeme verursachen einen gewissen Grad an Umweltverschmutzung und Treibhausgasemissionen, wenn auch nur einen Bruchteil der Emissionen, die durch fossile Brennstoffe verursacht werden.

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Seit wann werden moderne Photovoltaik-Systeme eingesetzt?

Photovoltaiksysteme werden seit langem in speziellen Anwendungen als Einzelanlagen eingesetzt. Netzgekoppelte PV-Systeme finden seit den 1990er Jahren Verwendung. Photovoltaikmodule wurden erstmals im Jahr 2000 in Massenproduktion hergestellt, als die deutsche Regierung ein entsprechendes Programm einführte. Daraufhin rüsteten Hunderttausende Deutsche ihre Dächer mit PV-Anlagen aus.

Dank sinkender Kosten konnte die Photovoltaik als Energiequelle in den letzten Jahren immer weiter wachsen. Dies ist zum Teil auf die massiven Investitionen der chinesischen Regierung in den Ausbau der Solarproduktionskapazitäten seit 2000 zurückzuführen – schließlich kommt der größte Teil der PV-Module aus China.

Verbesserungen bei der Herstellungstechnologie und der Effizienz (zu sehen beispielsweise auf der Intersolar Sachsen) haben ebenfalls zu sinkenden Kosten geführt. Finanzielle Anreize, wie z. B. Vorzugstarife für die Einspeisung von Solarstrom, haben die Installation von PV-Anlagen in vielen Ländern vorangetrieben. Der Effekt: Die Modulpreise fielen in den 2010er Jahren um etwa 90 %.

Im Jahr 2019 stieg die weltweit installierte PV-Kapazität auf mehr als 635 Gigawatt (GW) und deckte damit etwa zwei Prozent des weltweiten Strombedarfs ab. Nach Wasser- und Windkraft ist die PV heute die drittgrößte erneuerbare Energiequelle in Bezug auf die globale Kapazität. Im Jahr 2019 prognostizierte die Internationale Energieagentur ein Wachstum von 700-880 GW im Zeitraum von 2019 bis 2024. In einigen Fällen ist die PV in Regionen mit hohem Solarpotenzial die billigste Stromquelle.

Aber wer hat die PV-Technologie denn nun erfunden?

Es ist nicht ganz klar zu definieren, wer letztendlich Erfinder der PV-Technik im heutigen Sinne war. Der photovoltaische Effekt wurde erstmals vom französischen Physiker Edmond Becquerel experimentell nachgewiesen. Im Jahr 1839, im Alter von 19 Jahren, baute er im Labor seines Vaters die weltweit erste photovoltaische Zelle.

Willoughby Smith beschrieb am 20. Februar 1873 in der Zeitschrift Nature erstmals die „Wirkung von Licht auf Selen während des Durchgangs eines elektrischen Stroms“. 1883 baute Charles Fritts die erste Festkörper-Photovoltaikzelle, indem er den Halbleiter Selen mit einer dünnen Goldschicht überzog, um die Verbindungsstellen zu bilden. Das Gerät hatte einen Wirkungsgrad von nur etwa 1 %. Weitere Meilensteine sind:

  • 1888 – Der russische Physiker Aleksandr Stoletov baute die erste Zelle auf der Grundlage des von Heinrich Hertz 1887 entdeckten äußeren photoelektrischen Effekts.
  • 1905 – Albert Einstein schlägt eine neue Quantentheorie des Lichts vor und erklärt den photoelektrischen Effekt in einer bahnbrechenden Arbeit, für die er 1921 den Nobelpreis für Physik erhält.
  • 1941 – Vadim Lashkaryov entdeckt p-n-Übergänge in Cu2O- und Ag2S-Protozellen.
  • 1946 – Russell Ohl patentiert die moderne Halbleiter-Solarzelle mit Sperrschicht, während er an einer Reihe von Fortschritten arbeitet, die zum Transistor führen werden.
  • 1948 – In Introduction to the World of Semiconductors erklärt Kurt Lehovec in der Fachzeitschrift Physical Review möglicherweise als Erster den photovoltaischen Effekt.
  • 1954 – Die erste praktische photovoltaische Zelle wird in den Bell Laboratories öffentlich vorgeführt. Die Erfinder waren Calvin Souther Fuller, Daryl Chapin und Gerald Pearson.
  • 1958 – Solarzellen erlangen durch den Einbau in den Satelliten Vanguard I

Fazit

Kaum eine andere Technologie bringt so viel Nutzen für unserer moderne Gesellschaft wie die Energieerzeugung per Photovoltaik. Sie ist relativ einfach herzustellen, sauber und in großen Teilen der Welt anwendbar – ein echter Heilsbringer!

Foto: leungchopan via Envato