Die Geschichte der Photovoltaik

« Von der physikalischen Sensation zur Energiequelle der Zukunft »

Photovoltaik ist heute aus dem Bild unserer Landschaft, unserer Städte und mitunter auch unserer Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Sie gilt als eine der Schlüsseltechnologien zur Energiewende und eine der Entwicklungen, die uns auf dem Weg aus der technischen Steinzeit hin zu einem nachhaltigen Umgang mit unserem Planeten ein großes Stück voranbringt. Dabei war diese Entwicklung der PV-Anlage alles andere als selbstverständlich. Denn die Geschichte der Photovoltaik ist einerseits immer noch vergleichsweise kurz. Andererseits ist sie von Rückschlägen, Kehrtwenden und langen Unterbrechungen gekennzeichnet.

Was ist Photovoltaik? Die Funktionsweise kurz dargelegt

Jeder kennt die PV-Anlage vom Begriff und weiß, dass dahinter die Nutzung von Sonnenenergie steckt.  Die exakte Funktion ist den meisten Menschen jedoch unbekannt. Technisch geschieht die Umwandlung von Sonnenlicht durch den Einsatz von Siliziumkristallen. Die Teilchen reagieren auf die auftreffende energiereiche Strahlung und beginnen zu schwingen. Zwischen zwei Polen entsteht eine Spannung, die durch die „Sammlung“ und Verstärkung für unseren Alltag nutzbar gemacht werden kann. Man spricht auch vom sogenannten photoelektrischen Effekt. Ganz gleich, wie groß eine Photovoltaikanlage heute ist, ob sie auf dem Dach, auf einer Wiese oder sogar auf einem Fahrzeug montiert ist, die zugrunde liegende Technik ist immer dieselbe. Über Transformatoren moduliert lässt sich der so gewonnene Strom beliebig einsetzen. Typisch ist entweder die Einspeisung in das öffentliche Netz, oder – heute – die Speicherung in Akkus zur Nutzung im eigenen Haushalt.

Aller Anfang ist schwer – die Entdeckung von Solarstrom

Die Geschichte der Photovoltaik beginnt im Jahr 1839, also vor nicht einmal zweihundert Jahren. Damals entdeckte der französische Physiker Edmond Becquerel den photoelektrischen Effekt. Er untersuchte sogenannte elektrolytische Zellen und versah diese mit zwei Elektroden aus Platin. Er konnte bei der Bestrahlung der Zellen feststellen, dass die Spannung zwischen den Elektroden geringfügig stieg. Damit war der Nachweis erbracht, dass die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Spannung grundsätzlich möglich ist. Natürlich war Becquerel noch weit von unserer heutigen Solarzelle entfernt. Ohne diese Entdeckung wäre aber jede weitere Entwicklung und Untersuchung gar nicht erst aufgenommen worden, da seine Beobachtungen und Messungen den Grundstein für alle nachfolgenden Arbeiten auf dem Weg bis zur modernen PV-Anlage legten.

Albert Einstein: Wie Photovoltaik zum Nobelpreis führte

Aber auch weit bekanntere Namen aus der Geschichte der Wissenschaft haben sich mit dem Thema Photovoltaik befasst. 1904 erbrachte Albert Einstein, der Schöpfer der weltbekannten Relativitätstheorie, den theoretischen Nachweis für Becquerels Beobachtungen. Damit war das photoelektrische Prinzip nicht mehr nur empirisch beobachtbar, sondern gleichzeitig wissenschaftlich fundiert erforscht und beweisbar. Nur 16 Jahre später erhielt Einstein für seine Arbeit rund um die Photoelektrik den Nobelpreis verliehen. Zwar schuf Einstein auf diesem Gebiet der Wissenschaft keine neuen Erkenntnisse und er entwickelte noch lange keine Solarzelle. Er strukturierte aber die bereits vorhandenen Kenntnisse und machte sie durch den theoretischen Beweis für jedermann nutzbar. Nun war nicht nur der Effekt, sondern auch der Ablauf bekannt, sodass ab diesem Zeitpunkt eine zielgerichtete Forschung zur Weiterentwicklung der Sonnenlichtverstromung überhaupt erst möglich wurde.

Die erste Solaranlage auf Siliziumbasis: Alles Gute kommt aus der Raumfahrt

Von der theoretischen Grundlage Einsteins bis zur ersten funktionstüchtigen Solarzelle, wie wir sie heute kennen, vergingen weitere 50 Jahre. Im Jahr 1954 präsentierten die Bell-Laboratories in den USA die erste Siliziumzelle der Öffentlichkeit. Nun war es möglich, die unter Laborbedingungen funktionstüchtigen Zellen zu einer echten Photovoltaikanlage auszubauen. Hier kann der tatsächliche Schritt aus der physikalischen Theorie in eine wirtschaftliche Praxis gesehen werden, der die Geschichte der Solarenergie endgültig in Richtung Entwicklung, Ausbau und wirtschaftliche Nutzung dirigierte. Nur 4 Jahre später startete der Satellit Vanguard 1 bestückt mit den Bell´schen Solarzellen in den Weltraum und bewies damit, dass das Zeitalter der praktischen Verwendung von Sonnenlicht für technische Zwecke begonnen hat.

Die 1980: Aufbruchstimmung im Bereich erneuerbare Energien und Solarenergie

In den folgenden Jahrzehnten blieb die Sonnenstromnutzung weitgehend auf Satelliten und wenige militärische Anwendungsbereiche beschränkt. Das sollte sich aber mit einigen einschneidenden Geschehnissen der Geschichte rasch ändern. Durch die weltweite Ölkrise der Jahre 1973 und 1974, sowie die Reaktorunfälle in Harrisburg und Chernobyl in den 1980er Jahren begann sich das Bewusstsein von Politik und Gesellschaft zu wandeln. Erstmals wurde real darüber nachgedacht, wie eine Abkehr von den bekannten fossilen und atomaren Energieträgern gelingen kann. Erstmals wurde in mehreren Ländern intensiv an einer zivilen Nutzbarmachung der Sonnenstrahlung geforscht und entwickelt.

Das 1000-Dächer-Programm der Bundesregierung: ein Wendepunkt in der Geschichte der Photovoltaik

1990 kann als eine Art Wegweiser in der Geschichte rund um erneuerbare Energie und Solarenergie aufgefasst werden. In diesem Jahr brachte die Bundesregierung das sogenannte 1000-Dächer-Programm auf den Weg. Ziel war es, ein erstes Ziel beim Ausbau der Solarenergienutzung zu setzen und damit Anreize für die weitere Entwicklung zu schaffen. In den folgenden fünf Jahren wurde auf insgesamt 2000 Dächern von Einfamilienhäusern und Doppelhäusern eine Solaranlage aufgebaut. Gleichzeitig wurde eine erste Einspeisevergütung in Höhe von umgerechnet 8,5 Cent je Kilowattstunde festgelegt. Damit war der Verkauf der erzeugten Energie an das öffentliche Netz erstmals geregelt und die zukünftige Entwicklung damit vorgezeichnet. Noch waren die Anlagen mit einer Durchschnittsgröße von 2,6 kWp sehr klein und mit Kosten von rund 12.000 Euro je kWp sehr teuer. Ein Anfang war aber gemacht und die heute noch anhaltende Entwicklung eingeläutet.

1. April 2000: das Erneuerbare Energien Gesetz EEG

Nächster Meilenstein in Sachen erneuerbare Energien war dann ganze zehn Jahre später das Erneuerbare Energien Gesetz, kurz EEG. Anlass für dieses neue Gesetz war das ausgelobte Ziel, bis zum Jahr 2050 ganze 80 Prozent der Energieerzeugung auf erneuerbare Energieträger, wie Solarenergie, Wasserkraft und Windenergie umzustellen. Mit enthalten ist seitdem das Vorrangprinzip für Solarstrom und andere regenerative Energie, sodass nachhaltig erzeugter Strom immer bevorzugt eingespeist wird. Die Einspeisevergütung stieg gleichzeitig auf einen Nettobetrag von umgerechnet rund 50 Cent je Kilowattstunde, garantiert auf 20 Jahre. Damit wurde die private PV-Anlage erstmals wirtschaftlich interessant und hinsichtlich Investition, Abschreibung und Amortisation berechenbar. Weitere Förderungen des Staats liefen zwar aus, dafür bot das 100.000 Dächer Programm der KfW günstige Kredite für jede Solaranlage. Ab diesem Zeitpunkt nahm die Entwicklung der Sonnenenergie in der Gesellschaft eine rasante Entwicklung auf.

Solarstrom nimmt Fahrt auf: die Jahre nach 2000

Alleine in den Jahren 2009 und 2010 verdoppelte sich die in Deutschland installierte Gesamtleistung aller Photovoltaikanlagen von ungefähr 3,8 auf ganze 7,4 gWp. Kurz darauf wurde diese Entwicklung allerdings jäh gebremst, als die Bundesregierung 2011 im Rahmen einer EEG-Novelle die Vergütung für Solarenergie stark kürzte. Blieb der jährliche Zuwachs zunächst noch bei jährlich konstant 7,5 gWp, brach der Markt zwischen 2013 und 2015 drastisch ein. An dieser Stelle hätte die Geschichte des Sonnenstroms zu einem jähen Ende kommen können. Aufgrund der jüngsten Entwicklungen kam es aber anders.

Solarstrom heute: Wie geht die Geschichte der Photovoltaik weiter?

Aktuell liegt der Betrag je eingespeister Kilowattstunde Solarenergie bei rund 10 Cent. Gleichzeitig sinken jedoch die Kosten für eine Photovoltaikanlage durch eine stark gestiegene Produktion deutlich. Hinzu kommen neue Nutzungsmöglichkeiten für Sonnenenergie, beispielsweise durch die mittlerweile omnipräsente Elektromobilität. Moderne Speichertechnik erlaubt außerdem die Speicherung des erzeugten Stroms aus der heimischen Solarzelle zur Nutzung für das E-Bike, das E-Auto oder einfach im Haushalt. Damit wird werden PV-Anlagen trotz sinkender Förderungen immer interessanter, nicht zuletzt durch die stark steigenden Energiepreise. Es ist daher absehbar, dass die Geschichte der Photovoltaik noch lange nicht zu Ende ist und die Menschheit in Zukunft noch mehr von der Energie aus Sonnenlicht profitieren wird.