Photovoltaik klingt innovativ und neu. Doch wenn man sich die Geschichte der Photovoltaik genauer anschaut, sieht man schnell, dass die eigentlichen Grundbausteine bereits im achtzehnten Jahrhundert gelegt wurden.
Seitdem hat sie sich von einer rein theoretischen Entdeckung (photoelektrischer Effekt) zu einem praktischen Werkzeug für Hausbesitzer auf der ganzen Welt weiterentwickelt.
Die Anfänge der Photovoltaik
1839 – Die ersten Schritte zur Photovoltaik
Die Geschichte der Photovoltaik beginnt schon im Jahr 1839.
Der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel machte im Alter von 19 Jahren eine Entdeckung, während seiner Experimente mit Elektrolysezellen. Bei bestimmten Materialien fiel der Stromfluss geringfügig höher aus, wenn sie dem Sonnenlicht ausgesetzt waren. Bei Dunkelheit war der Stromfluss niedriger.
Dieses Phänomen wurde später als der innerer photoelektrischer Effekt oder auch „Photovoltaischer-Effekt“ bekannt. Und obwohl Becquerel den zugrunde liegenden Mechanismus nicht vollständig verstand, legte seine Arbeit das Fundament für die zukünftige Entwicklung der Solartechnologie.
Im Folgenden wurden verschiedene Experimente durchgeführt, um den photoelektrischen Effekt besser zu verstehen und praktisch zu nutzen.
So wurde entdeckt, dass der Halbleiter Selen seinen Widerstand bei Lichteinfall ändert und sogar Elektrizität produziert, ohne den Umweg über Wärme oder kinetische Energie zu machen.
1883 – Die erste Solarzelle
Im Jahr 1883 entwickelte Charles Fritts dann die erste Solarzelle aus Selen. Sie hatte eine Fläche von 30 cm² und einen Wirkungsgrad von nur 1%. Trotzdem war diese Solarzelle ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der Photovoltaik.
1905 – Die Erklärung des photoelektrischen Effekts
1905 war das so genannten „Wunderjahr“, in dem Albert Einstein seine Spezielle Relativitätstheorie und die Theorie über die Brownsche Bewegung veröffentlichte. Es war auch das Jahr in dem Albert Einstein eine Erklärung des photoelektrischen Effekts entwickelte, die auf der Quantenmechanik basiert und für die er 1921 den Nobelpreis erhielt.
Dabei hat Albert Einstein den photovoltaischen Effekt nicht direkt erklärt, seine Arbeit am photoelektrischen Effekt und die Einführung des Konzepts von Lichtquanten (Photonen) hat jedoch erheblich zum Verständnis der Quantenmechanik beigetragen, die zur Erklärung des photovoltaischen Effekts notwendig ist.
Durchbruch in der Halbleitertechnologie
Die ersten Solarzellen wurden aus Selen hergestellt, doch es zeigte sich schnell, dass dieses Material nicht effizient genug war, um eine praktikable Energiequelle zu produzieren.
Die Suche nach besseren Materialien führte schließlich zu Silizium, einem Element, das reichlich in der Erdkruste vorkommt und sich als idealer Halbleiter für Solarzellen erwies.
1954 – Die erste praktisch nutzbare Silizium-Solarzelle
1954 produzierten die Bell-Labs die erste praktikable Silizium-Solarzelle. Mit 6% lag ihr Wirkungsgrad deutlich höher als der von Selenzellen. Dieser Durchbruch ebnete den Weg für die kommerzielle Nutzung der Solartechnologie.
Im Laufe der Jahre wurden immer effizientere Siliziumzellen entwickelt und andere Materialien wurden für spezielle Anwendungen eingeführt. Der Fortschritt in der Halbleitertechnologie war ein entscheidender Faktor für die Verbreitung der Photovoltaik in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts.
Die ersten praktischen Anwendungen
Die ersten tatsächlichen Anwendungen der Photovoltaik fanden im Bereich der Satelliten- und Weltraumforschung statt.
1958 – Satelliten nutzen Solarzellen im Weltraum
Als 1957 mit Sputnik der erste künstliche Erdsatellit in den Weltraum startete, begann das Zeitalter der Raumfahrt. Um die Energieversorgung dieser Satelliten zu gewährleisten, waren Wissenschaftler und Ingenieure auf der Suche nach zuverlässigen und langlebigen Energiequellen. Die Lösung fanden sie in Solarzellen.
So war Vanguard 1 (ein amerikanischer Satellit, der 1958 gestartet wurde) der erste Satellit, der seine Energie hauptsächlich aus Solarzellen bezog. Sechs Jahre lang konnte eine Verbindung zu ihm aufrecht erhalten werden.
Dieser Durchbruch zeigte das enorme Potential der Solarzellen zur Energieversorgung und trug maßgeblich zur Weiterentwicklung und Kommerzialisierung der Photovoltaik bei.
Vom Weltraum zur Erde: Die Verbreitung der Photovoltaik in den 1970er und 1980er Jahren
Anfangs kam es nur dann zu einer Installation von Photovoltaik-Anlagen, wenn das nächste Energieverbundnetz sehr weit entfernt war. So entschied sich die australische Regierung 1976 dazu, das gesamte Telekommunikationsnetz im Outback mit durch solar gestützten Batteriestationen zu betreiben. Die Einrichtung und der Betrieb waren erfolgreich und so wuchs das Vertrauen in die Solartechnologie deutlich.
Die große Wende für die Photovoltaik begann in den 1970er Jahren, mit der Ölkrise. Steigende Energiepreise und die wachsende Panik über mögliche Umweltauswirkungen fossiler Brennstoffe erzeugten ein gesteigertes Interesse an erneuerbaren Energiequellen.
Solarzellen wurden als saubere und nachhaltige Alternative zu konventionellen Energiequellen angesehen und deshalb begann sich ihre Nutzung auch außerhalb der Weltraumforschung auszubreiten.
In dieser Zeit wurden bedeutende Fortschritte in der Entwicklung und Fertigung von Solarzellen gemacht, was zu höheren Wirkungsgraden und niedrigeren Kosten führte.
Statt einer zentralisierten Lösung, war der Schweizer Ingenieur Markus Real der Meinung, dass es ökonomisch sinnvoller sei, jedes Haus mit seiner eigenen PV-Anlage auszurüsten. Mit 333 Solaranlagen auf einzelnen Gebäuden in Zürich trat bewies er die Umsetzbarkeit.
Darauf bauten auch weitere Projekt auf, wie das 1.000-Dächer-Programm der Bundesrepublik Deutschland, bei dem die Installation von Photovoltaik-Anlagen auf Wohnhäusern subventioniert wurde.
Die großen Energieversorger wurden ab 1991 dazu verpflichtet, den Strom von kleinen regenerativen Kraftwerken abzunehmen. Das Erneuerbare Energien Gesetz legt fest, dass Strom aus erneuerbaren Energien bevorzugte ins Stromnetz eingespeist wird und garantiert dem Erzeuger eine feste Einspeisevergütung.
Diese Entwicklungen führten zu einem raschen Wachstum der Photovoltaik-Industrie. Vor allem in Ländern wie Deutschland, Japan und den USA wurden vermehrt Photovoltaik-Anlagen installiert.
Die Photovoltaik heute: Richtung Nachhaltigkeit und Energieautonomie
Heute hat die Photovoltaik einen festen Platz im globalen Energiesystem. Mit stetig sinkenden Kosten und steigenden Wirkungsgraden wird Solarenergie immer zugänglicher und erschwinglicher.
Photovoltaik-Anlagen gibt es mittlerweile überall:
- auf Privathäusern
- in der Industrie
- auf landwirtschaftlichen Gebäuden
- in Solarparks
- als „schwimmende“ Solaranlagen auf Gewässern
Gleichzeitig wird die Forschung und Entwicklung im Bereich der Photovoltaik fortgesetzt, um die Effizienz weiter zu steigern und neue Anwendungen zu erschließen.
Insbesondere das Konzept der Energieautonomie – die Fähigkeit, den eigenen Strombedarf vollständig oder weitgehend durch erneuerbare Energiequellen zu decken – gewinnt an Bedeutung und wird durch die Verfügbarkeit von Heimspeichersystemen immer realisierbarer.
Blick in die Zukunft: Neue Technologien und Anwendungen
In der Zukunft wird die Photovoltaik wahrscheinlich eine noch größere Rolle im Energiesystem spielen. Neue Technologien wie
- Perowskit-Solarzellen,
- organische Solarzellen und
- Quantenpunktsolarzellen
werden erforscht, die das Potential haben, die Effizienz und Kosteneffektivität der Solarenergie weiter zu verbessern.
Darüber hinaus eröffnen neue Anwendungen wie Solarstraßen, solare Wasseraufbereitung und solare Wasserstoffproduktion neue Möglichkeiten zur Nutzung der Solarenergie.
Die Erforschung und Entwicklung neuer Technologien und Anwendungen wird uns dabei helfen, das volle Potential der Solarenergie zu nutzen und eine energieautonome Zukunft zu gestalten.
Fazit – Wie kann ich Teil dieser Geschichte werden?
Eins ist klar. Die Photovoltaik ist nicht nur eine Technologie für große Unternehmen oder Regierungen – die Solarenergie ist für jeden zugänglich.
Indem Sie eine Photovoltaik-Anlage auf Ihrem Dach installieren, können Sie selbst ein Teil dieser faszinierenden Geschichte werden. Sie können nicht nur Ihre Energiekosten senken, sondern auch Ihre Energieunabhängigkeit erhöhen.
Die Installation einer Photovoltaik-Anlage ist einfacher als Sie vielleicht denken. Es gibt viele Dienstleister, die bei der Planung, Installation und Wartung von Photovoltaik-Anlagen fachgerecht helfen und mit viel Erfahrung unterstützen. Auch staatliche Förderprogramme und günstige Finanzierungsmöglichkeiten können den Prozess erleichtern und die anfänglichen Kosten senken.
Letztendlich geht es bei der Photovoltaik nicht nur um die Geschichte der Energieerzeugung oder die Zukunft der Nachhaltigkeit – es geht auch um Ihre persönliche Geschichte. Wie wollen Sie Ihre Energie erzeugen und Ihre eigene Zukunft gestalten?
Kurz gesagt:
Die Geschichte der Photovoltaik ist älter als man glaubt und gerade erst den Kinderschuhen entwachsen. Doch sie befindet sich auf einem guten Weg, und wird mit rasanten Schritten immer kostengünstiger und effizienter. Werden auch Sie Teil dieser Geschichte und gestalten Sie die Zukunft unseres Planeten mit der Energie der Sonne.
Nachgefragt:
Welches Land führte die Photovoltaik-Technologie zuerst ein und wie hat sie sich international verbreitet?
Die Photovoltaik-Technologie wurde erstmals in den USA eingeführt. Die Bell Laboratories entwickelten 1954 die erste Solarzelle aus Silizium.
Die internationale Verbreitung nahm in den 1970er Jahren zu, als die Ölkrise die Suche nach alternativen Energiequellen auslöste.
Heute sind Länder wie Deutschland, China, Indien und die USA führend in der Photovoltaik-Produktion und -Installation.
Wie haben technologische Durchbrüche die Kosten für Photovoltaik im Laufe der Zeit beeinflusst?
Technologische Fortschritte haben die Effizienz von Solarzellen verbessert und die Kosten für die Herstellung und Installation von Solarmodulen gesenkt.
Beispielsweise haben Verbesserungen in der Materialwissenschaft zu effizienteren und kostengünstigeren Solarzellen geführt. Gleichzeitig haben Fortschritte in der Produktionstechnologie und in der Lieferkette dazu beigetragen, die Kosten weiter zu senken.
Was war die erste Stadt oder das erste Land, das zu 100% mit Photovoltaik versorgt wurde?
Wenn man es ganz genau nimmt, gibt es noch keine Stadt bzw. kein Land, dass sich selbst wirklich und zu 100% mit Photovoltaik versorgt.
Es gibt jedoch viele Beispiele für Städte und Länder, die bedeutende Fortschritte in Richtung der Energieautonomie gemacht haben. Dazu gehört Costa Rica. Es kündigte 2015 an, dass es in diesem Jahr sein gesamtes Elektrizitätsnetz für 299 Tage ausschließlich mit erneuerbaren Energien, einschließlich Photovoltaik, betrieben hat.
Wann wurden die ersten Photovoltaikparks gebaut und wie haben sie sich seitdem entwickelt?
Der erste kommerzielle Photovoltaikpark wurde 1982 in Hesperia, Kalifornien, gebaut. Seitdem hat sich die Größe und Kapazität von Photovoltaikparks erheblich erweitert, mit einigen Anlagen, wie dem Bhadla Solar Park in Indien und dem Tengger Desert Solar Park in China, die mehrere Hundert Megawatt an Leistung produzieren.
Wie hat die Entwicklung der Speichertechnologie die Nutzung der Photovoltaik beeinflusst?
Die Entwicklung der Speichertechnologie hat die Nutzung von Photovoltaik erheblich beeinflusst, da sie die Möglichkeit bietet, den durch Sonnenlicht erzeugten Strom zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen.
Dies hilft, die zyklische Natur der Sonneneinstrahlung auszugleichen und die Versorgungssicherheit zu erhöhen. Verbesserungen in der Batterietechnologie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, haben diese Speicherkapazitäten verbessert und die Kosten gesenkt, was die Nutzbarkeit von Photovoltaik weiter erhöhen konnte.
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