Solarstrom erzeugen: Die imposante Entstehungsgeschichte der Photovoltaik

Solarstrom erzeugen: Die imposante Entstehungsgeschichte der Photovoltaik

Die Geschichte der Photovoltaik blickt bereits auf eine knapp 200-jährige Geschichte zurück. Die Entdeckung des Photoelektrischen Effekts im Jahr 1839 ebnete den Weg für die rasante Entwicklung in den vergangenen drei Jahrzehnten. Die famose Entstehungsgeschichte der Photovoltaik war geprägt von diversen Grundlagenforschungen, bis letztendlich die erste praktische Nutzung einer Solarzelle am 17. März des Jahres 1958 vonstattenging. Dies war der Durchbruch der Solarstromerzeugung. Doch zurück zum Ursprung der Erfolgsgeschichte und ihrem rasanten Verlauf bei der Eroberung neuer ressourcenschonender Energiequellen.

Die Photovoltaik-Erfolgsstory im Zeitraffer

Der Franzose Alexandre Edmond Becquerel entdeckte rein zufällig im Jahre 1839 den Photoeffekt. Er experimentierte zu diesem Zeitpunkt mit elektrolytischen Zellen und bemerkte dabei, dass der Strom beim Verwenden vom Platin-Anoden und -Kathoden bei Licht geringfügig stärker war als im Dunkeln. Dadurch erkannte der französische Physiker bereits die essenziellen Grundlagen der Photovoltaik. Der lichtelektrische Effekt wurde fortan mit großem Enthusiasmus betrachtet und wurde mit erhabener Faszination weiter erforscht. Ein folgt ein kurzer Ausflug durch die Jahrhunderte der noch jungen Photovoltaikgeschichte:

• 19. Jahrhundert: A. E. Becquerel entdeckte 1839 den Photoelektrischen Effekt, das bedeutet, die unmittelbare Stromerzeugung aus Sonnenlicht mithilfe elektrolytischer Zellen. Der Photovoltaische Effekt konnte im Jahre 1877 am Halbleiter Selen nachgewiesen werden. Die Veröffentlichung der Entdeckung des englischen Elektroingenieurs Smith regte in der Forschung zu weiteren Experimenten und Versuchen an, allen voran zum Thema Solarzellen und Stromerzeugung. 1883 baute Charles Fritts aus Selen-Solarzellen das erste Solarmodul.

• Die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts: Um die vorletzte Jahrhundertwende herum zweifelten ziemlich viele Wissenschaftler an der Seriosität der neuesten Entdeckungen bzgl. der Photovoltaik. Der Begriff Photovoltaik setzt sich aus den beiden griechischen Wörtern Phos (Licht) und Volt (Einheit für elektrische Spannung) zusammen. Erst Albert Einstein gelang es, die Zweifelnden zu überzeugen, indem er den Photoeffekt anhand seiner Quantentheorie des Lichts beweisen und natürlich auch erklären konnte.

Die Grundlage für den wichtigsten Werkstoff war die Entdeckung von Jan Czochralski im Jahr 1916. Das Kristallziehverfahren ermöglichte die Fertigung von hochreinem Silizium. Als Halbleiter wurde Silizium von da an zum wichtigsten Werkstoff aller zukünftig produzierten Solarzellen. Den eigentlichen Startschuss für die Photovoltaik markierte die Anmeldung eines Patentes durch Russell Ohl. Ab diesem Jahr (1941) riss die Kette von größeren sowie auch von kleineren Verbesserungen nicht mehr ab. Es resultierten aus diesen erfolgsverheißenden Entwicklungen stets neue Patente. Bereits im Jahre 1954 spekulierte man in den großen Volkszeitungen der USA von der Nutzbarmachung der endlosen Sonnenenergie zum Wohle der gesamten Menschheit.

• Ab der Mitte des 20. Jahrhunderts erfolgte der kommerzielle Durchbruch: 1954 wurde die erste Silizium-Solarzelle, wie sie noch heute gebräuchlich ist, erfunden. Die US-Raumfahrt versorgt seit dem Jahre 1958 die meisten Raumflugkörper mit Energie aus der Photovoltaik. Ab der Mitte der 1970er wurden nun mehr Solarzellen produziert, sowohl für den Einsatz auf dem blauen Planeten als auch für die Raumfahrt. Bislang blieb der Erfolg der Solarzellen auf der Erde aus, da die Kosten für die Nutzung bis dato enorm hoch waren. Die Stromerzeugung mit dem Energieträger Sonne begann für viele Menschen in Mitteleuropa erst nach der ersten Ölkrise im Jahr 1973 wirklich interessant zu werden. Auch vonseiten vieler europäischer Staaten wurden die Forschungseinrichtungen zur Entwicklung von billigeren und zugleich besseren Solarzellen finanziell unterstützt.
• In den 1980ern erfolgte der kommerzielle Startschuss: Die Produktion von Solarzellen im industriellen Maßstab wurde forciert. Dadurch stieg auch die Verbreitung der Technologie und mit ihr natürlich auch die Leistungsfähigkeit der Photovoltaik-Zellen. Schrittweise wurde die Stromerzeugung mit Solarzellen immer effizienter und bei der breiten Bevölkerung stets beliebter und erschwinglicher.

Aufbau einer Solarzelle

Die historische Entdeckung und die beginnende grundlegende Forschung

Gemeinsam mit seinem Assistenten J. May entdeckte der britische Ingenieur W. Smith 1873, dass Selen den elektrischen Widerstand bei einer Belichtung verändert. Wenige Jahre später (1876) entdeckte W. G. Adams mit seinem Schüler R. E. Day, dass Selen, sofern es dem Licht ausgesetzt wird, Elektrizität produziert. Selen war jedoch nicht in der Lage, genügend elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Der New Yorker Fritts baute 1883 den Vorläufer des heutigen Photovoltaikmoduls aus Selenzellen.

Im Jahr 1884 legten J. Elster und H. F. Geitel einflussreiche Arbeiten vor, die den lichtelektrischen Effekt zum Thema hatten. Auch H. R. Hertz entdeckte und untersuchte im Jahre 1887 den Photoeffekt. In den Jahren 1912 bis 1916 gelang es R. A. Millikan den Photoeffekt, mittels der Überlegungen von Einstein, experimentell zu bestätigen. Die Grundlagen der Photovoltaik und der Halbleitertechnik sorgten durch die Entdeckung des Kristallziehverfahrens von J. Czochralski im Jahr 1916 für neue Reize, mehr über die Nutzung der Sonnenenergie in Erfahrung zu bringen.

Viele technische und wissenschaftliche Errungenschaften führten dazu, dass sich die einst fragwürdige Energiegewinnungstheorie zu einer bis heute anhaltenden Erfolgsstory entwickeln konnte. Die photovoltaischen Zellen wurden erst einmal im Weltall ausprobiert und konnten alsbald zur Nutzung der Sonnenenergie auf der Erde herangezogen werden.

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