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Geschichte der Photovoltaik




Der Begriff Photovoltaik ist von dem griechischen Wort phMtos (ÆÉÄÌÂ, Licht) abgeleitet. Er wird häufig mit PV abgekürzt. Die Photovoltaik kann auf eine 150-jährige Geschichte zurückblicken. Jedoch erst in den letzten 20 Jahren ist die Technologie zur Gewinnung von Solarstrom zu einem Massenprodukt geworden.

Die Anfänge der Photovoltaik liegen im 19. Jahrhundert

Im Jahr 1839 entdeckte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel beim Experimentieren mit elektrolytischen Zellen den photoelektrischen Effekt. Etwa 34 Jahre später machte der englische Elektroingenieur Willoughby Smith die Entdeckung, dass sich bei Lichteinstrahlung die Leitfähigkeit von Selen um das 1000-fache erhöht.

Er baute 1877 die erste Selensolarzelle. Diese hatte einen Wirkungsgrad von etwa einem Prozent. Die Entdeckung des photoelektrischen Effekts stand im Widerspruch zur Wellentheorie des Lichts, die 1865 der schottische Physiker James Clerk Maxwell aufgestellt hatte. Allerdings konnte bis dahin niemand eine theoretische Erklärung zum photoelektrischen Effekt abgeben. Als Erster tat dies der Physiker Albert Einstein im Jahr 1905 und erhielt dafür 1921 den Nobelpreis für Physik. Einstein erklärte den photoelektrischen Effekt mit seiner Theorie des Quantencharakters von Licht. Nach dieser Theorie ist Licht nicht nur eine elektromagnetische Schwingung, sondern auch eine Abfolge von Teilchen, die man Photonen nennt.

Wenn Material Licht ausgesetzt wird, wird es von Photonen getroffen. Dies führt entweder dazu, dass Elektronen aus dem Material freigesetzt werden, oder dass Leitfähigkeit entsteht. Trotz dieser Erklärung Einsteins dauerte es beinahe 50 Jahre, bis es zu einem bahnbrechenden Durchbruch in der Entwicklung der Photovoltaik kam.

Der Einsatz von Photovoltaikzellen begann in der Raumfahrt

Den drei Wissenschaftlern Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson gelang es 1954 Silizium-Zellen herzustellen, die einen Wirkungsgrad von etwa vier Prozent und einmal sogar sechs Prozent erzielten. Im Jahr 1955 wurden Silizium-Zellen erstmals angewandt, nämlich zur Stromversorgung von Telefonverstärkern.

Doch zunächst war die Anwendung von Photovoltaikzellen ausschließlich für den Weltraum gedacht. Im Jahr 1958 startete der erste Satellit Vanguard 1 mit einem Solarmodul, das mit 108 Photovoltaikzellen bestückt war, in das Weltall. Heute sind Satelliten mit rund 40.000 Photovoltaikzellen ausgestattet. In den kommenden zwei Jahrzehnten stieg die Nachfrage nach Photovoltaikzellen in der Raumfahrt an, was zu einer schnellen Weiterentwicklung der Photovoltaik-Technik führte. Wegen der geringen Stückzahl und des kleinen Wirkungsgrades von Photovoltaikzellen blieb die Technik eher unwirtschaftlich und aus diesem Grund auch zunächst auf die Raumfahrt beschränkt.

Nach der Ölkrise in den 1970er Jahren und einem steigenden Umweltbewusstsein wurde die Technik auch im Hinblick auf ihre Erschwinglichkeit weiterentwickelt. Dabei ging es vor allem um die Erhöhung der Lebensdauer und des Wirkungsgrades von Photovoltaikzellen. Im Jahr 1981 flog das erste solarbetriebene Flugzeug und überquerte in rund fünf Stunden den Ärmelkanal.

Heute sind Photovoltaikzellen ein Massenprodukt

In den 1980er Jahren konnten die Kosten für die Produktion von Photovoltaikmodulen deutlich gesenkt werden. Mitte der 1980er Jahre gelang es einer Forschergruppe um den Wissenschaftler Martin Green in Australien, den Wirkungsgrad von Photovoltaikmodulen auf 20 Prozent zu erhöhen. Schon in den 1980er Jahren wurden Radios, Uhren, Taschenlampen, Taschenrechner und viele andere alltägliche Gegenstände mit Photovoltaik betrieben.

Damit stieg langsam auch das Interesse an Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung im privaten Bereich. Bis 2003 förderte die Bundesregierung Forschung und Entwicklung von Photovoltaikprodukten mit ihren Programmen für 1000 Dächer und 100.000 Dächer. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), in Kraft getreten im Jahr 2000, soll die Installation von Photovoltaikanlagen auch in Deutschland finanziell attraktiver machen.


       

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