Die Geschichte der Solarenergie

Der Begriff „Photovoltaik“ kommt aus dem Griechischen (Phosphor) und bedeutet „Licht“. Photovoltaik bedeutet Elektrizität, dass aus dem Namen des italienischen Physikers Volta, nach dem die Einheit des elektrischen Potentials, das Volt, benannt ist. Der photovoltaische Effekt wurde 1839 vom Französischen Physiker AE Becquerel entdeckt. Das moderne Zeitalter der Solarenergie-Technologie begann im Jahr 1954 bei Bell Laboratories,das durch das Experimentieren mit Halbleitern zufällig gefunden wurde. Es wurde herausgefunden, dass Silizium mit bestimmten Verunreinigungen sehr lichtempfindlich ist. Daraus resultierten die ersten Solarzellen mit einer Sonnenlicht Energieumwandlungseffizienz von rund 6 Prozent.

Die Entdeckung 1839

Der photoelektrische Effekt wurde bereits im Jahre 1839 von dem französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt. 1876 wiesen William G. Adams und Richard E. Day diesen Effekt auch bei einem Selenkristall nach. In den Jahren 1902–1918 experimentieren im kalifornischen Needles H. E. Willsie und John Boyle Jr. mit Flachkollektoren. Dabei stellen sie fest, dass diese weit weniger empfindlich auf Wolken reagieren als Spiegelsysteme. Ihre Kästen haben zwei Glasplatten und einen geteerten Boden, über den eine dünne Schicht Wasser fließt. Mit dem heißen Wasser lassen sie niedrigsiedende Schwefeldioxid verdampfen und erreichen mit einer Kollektorfläche von 186 m2 eine Leistung von 11–15 kW, die sie für Pumpzwecke nutzen. Ihre 1903 patentierte Hot Box wird im May 1909 in dem Fachblatt Engineering News vorgestellt. 1904 bauen die beiden einen Solarmotor mit 5 kW, beim dem 6000 Spiegel mit einer Gesamtfläche von 80 m2 zum Einsatz kommen.

Ebenfalls 1904 macht Wilhelm Hallwachs die erste Halbleiter-Solarzelle aus Kupfer und Kupfer-Oxid.

1905 folgt das Patent für einen solaren Wasserkocher von E. P. Brown und Carl Gunther. Albert Einstein gelang es den Photoeffekt richtig zu erklären, wofür er 1921 den Nobelpreis für Physik bekam. 1907 erhalten Dr. Wilhelm Maier und Adolf Remshardt vom Kaiserlichen Patentamt das Patent Nr. 231294 für eine‚ Vorrichtung zur unmittelbaren Verwendung der Sonnenwärme zur Dampferzeugung’. Den beiden Entwicklern wird neben dem ‚ersten Sonnenmotor der Welt’ allerdings auch der erste Transistor der Welt, die erste Solarzelle der Welt, die erste Vorrichtung zur unmittelbaren Verwendung der Sonnenwärme zur Dampferzeugung und Ähnliches mehr zugeschrieben – vermutlich aus etwas übertriebenem Stuttgarter Lokalpatriotismus …

1908 erfindet William J. Bailley, ein Mitarbeiter der Carnegie Steel Company, einen Solarkollektor mit Kupferrohren in einer isolierten Kiste – fast schon genau so, wie er auch heute noch hergestellt wird. Bis 1941 sollen davon über 60 000 Stück hergestellt und primär in Florida installiert worden sein – das Unternehmen hieß programmatisch The Day and Night Solar Water Heater Company. Ebenfalls 1908 konstruiert in Russland Vitold Karlovich Zerassky (1849–1925), Professor an der Universität Moskau, eine solare thermoelektrische Anlage mit Zink-Antimon legierten bzw. versilberten Drähten. Er baut dabei u. a. auf den Versuchen von E. Weston auf, der ab 1888 in den USA mit Thermoelementen experimentiert hatte. In Zerasskys Anlage befand sich das ‚heiße’ Endstück in einem Glasabsorber, das andere an der Luft als Kältepol. Wegen der geringen Ausbeute und den hohen Kosten findet das System aber keine Verbreitung.

In Berlin konstruiert 1908 der Privatdozent Alfred Stock einen Sonnen-Vakuumofen und erweckt das Interesse der Firma Carl Zeiss in Jena, die bis in den 1. Weltkrieg hinein Versuche durchführt und das erarbeitete solartechnische Verfahren 1922 zum Patent anmeldet. Von einer praktischen Nutzung ist jedoch nichts bekannt. Um 1910 nutzt J. A. Harrington in New Mexico eine solarbetriebene Dampfmaschine, um tagsüber Wasser in einen hochgelegenen Speicher zu pumpen. Aus diesem wird es dann über eine Wasserturbine geleitet um Strom zu erzeugen, mit dem eine Erzmine ununterbrochen ausgeleuchtet werden kann.

In dem 1911 erschienenen Roman Ralph 124C41+ von Hugo Gernsback (1884–1967) erfolgt die Versorgung von New York mit Energie, Licht und Wärme mittels immenser Sonnenkraft-Generatoren, den Helio-Dynamophoren. Auch im Detail zeigte der SF-Schriftsteller – wie so viele seiner späteren Kollegen – enormen Weitblick; … aus der deutschen Ausgabe von 1973:

„Das gesamte Areal, 20 km², war mit Glas bedeckt. Unter den schweren Glasplatten befanden sich die fotoelektrischen Elemente, die die Sonnenwärme direkt in elektrische Energie verwandelten. Diese Elemente – 400 pro m² – steckten in beweglichen Metallbehältern, von denen jeder 1600 foto-elektrische Einheiten enthielt. Jeder Metallbehälter war auf ein großes dreifüßiges Stativ montiert, dergestalt, dass es sich von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang langsam drehen konnte, um sich jeweils – wie eine Heliotrop-Pflanze – direkt der Sonne zuzuwenden. Dadurch trafen die Sonnenstrahlen die foto-elektrischen Zellen stets senkrecht. […] Die Hälfte des Werkes war für den Tagesverbrauch eingerichtet, während die andere Hälfte tagsüber die Gas-Akkumulatoren auflud, die für die nächtliche Energieversorgung verantwortlich waren.“

Nach vielen weiteren Entdeckungen und Entwicklungen gelang es dann 1954 Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson, die ersten Siliziumzellen, mit Wirkungsgraden von über vier Prozent, zu produzieren; eine Zelle erreichte sogar einen Wirkungsgrad von sechs Prozent.

Erste technische Anwendungen in den 50ern

Die erste technische Anwendung wurde Ende der 1950er Jahre mit dem Vanguard I in der Satellitentechnik gefunden. In den 1960er und 1970er Jahren gab es, in erster Linie durch die Nachfrage aus der Raumfahrt, entscheidende Fortschritte in der Entwicklung von Photovoltaikzellen.

Die Energiekrise in den 1970ern

Ausgelöst durch die Energiekrisen in den 1970er-Jahren und das gestiegene Umweltbewusstsein wird verstärkt politisch versucht, die Erschließung dieses Energiewandlers durch technische Fortschritte auch wirtschaftlich interessant zu machen.

1973

Schon 1973 beruft die UNESCO in Paris eine Konferenz unter dem Titel Solarenergie im Dienste der Menschen ein, und 1974 wird – als Teil der OECD, der Europäischen Vereinigung für Wirtschaftliche Zusammenarbeit – die International Energy Agency (IEA) gegründet, worauf es zunehmend zu weit angelegter internationaler Zusammenarbeit auf dem Sektor der Solarenergie kommt.

1979

Jimmy Carter, der damalige Präsident der USA, ließ auf dem Weißen Haus in der Hauptstadt Washington Solar-Pannels installieren. Auf dem Höhepunkt der Ölkrise wollte Carter mit diesem symbolischen Akt einen Weg aus der Abhängigkeit vom Erdöl aufzeigen – ein Weg, den zu gehen sein Nachfolger Ronald Reagan nicht bereit war.

1990

Im September 1990 wurde das 100 000-Dächer-Programm gestartet. Ziel war es, zu sehen, wie weit die PV-Technik bereits ausgereift war und welcher Entwicklungsbedarf noch notwendig war. So mussten sich die Anlagenbetreiber verpflichten, fünf Jahre lang, monatlich die Zähler bis 1998 abzulesen und die Werte an das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) zu schicken. Es war als bundesweiter, mehrjähriger Breitentest ausgelegt. Im Juli 1991 wurde es auch auf die neuen Bundesländer ausgedehnt. Nur netzgebundene, auf Dächern von Ein- und Zweifamilienhäusern montierte Photovoltaikanlagen mit einer Gesamtleistung zwischen 1 bis 5 kWp wurden gefördert. Bund und Länder gewährten eine Förderung von 70 % der Investitionskosten. Die 70% Förderung setzten sich zusammen aus 50 % Bund und 20 % Länder. Bis 1995 wurden mehr als 2000 PV-Anlagen installiert. Führend sind hierbei die USA, Japan und auch die Bundesrepublik Deutschland, welche mit gesetzlichen Maßnahmen wie dem 100 000-Dächer-Programm und dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) erhebliche finanzielle Anreize bietet.

Das 100 000-Dächer-Programm lief Mitte 2003 aus und wurde Anfang 2004 durch die Änderung beziehungsweise Novellierung des EEG kompensiert. Die Einspeisevergütung wurde entsprechend angehoben. Im Jahr 2005 erreicht die Gesamtleistung der in Deutschland installierten Photovoltaik-Anlagen 1 Gigawattpeak.

2011

Das Jahr 2011 geht mit einem Rekord bei der Solarstrom-Produktion zu Ende. Die Photovoltaik-Anlagen in Deutschland produzierten 2011 mehr als 18 Milliarden Kilowattstunden Solarstrom, teilte der Bundesverband Solarwirtschaft e. V. (BSW-Solar) zum Jahreswechsel mit. Das seien 60 Prozent mehr als im Vorjahr und entspreche in etwa dem Stromverbrauch von Thüringen beziehungsweise einer Strommenge, mit der rechnerisch 5,1 Millionen Haushalte ein Jahr lang versorgt werden können.

Zwei Zitate, die vieles aussagen:

Die Geschichte der Solarenergie zu beschreiben, hieße praktisch die Entwicklung der Energiegewinnung überhaupt darzustellen, denn bis zur Erfindung der Dampfmaschine hat der Mensch fast nur aus erneuerbaren Energiequellen geschöpft, die alle mehr oder weniger direkt von der Sonne abhängen.

Text © Doro Schreier

Quellen: Buch der Synergie, Solarserver, Solarportal24

Peak Oil – Das Ende des Erdölzeitalters

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Energie für die Ärmsten