Ein Ausflug in die Vergangenheit der Photovoltaik: Wo kommen Photovoltaikanlagen her und seit wann gibt es sie?

Photovoltaikanlagen nutzen die Sonne als Energielieferanten – mittels Solarmodulen wird Strom produziert. Auch wenn Solarmodule zu den neueren Technologien zählen, so ist die Geschichte der Solarenergie schon sehr alt. Sie reicht bis ins Altertum zurück, als die Sonne als Quelle von Licht und Wärme genutzt wurde. Bereits 2500 vor Christi leiteten die Ägypter Sonnenstrahlen mithilfe von Spiegeln ins Innere ihrer Pyramiden. Und 640 vor Christi wurde quasi der Vorgänger des Brennglases erfunden, als die Assyrer geschliffene Linsen zum Feuermachen einsetzten. Doch von dieser anfänglichen Nutzung der Sonne als Energielieferant bis zur Photovoltaik, also der Umwandlung von Sonnenenergie in Strom, war es ein weiter Weg.

Die Grundlage für die Photovoltaik legte Alexandre Edmond Becquerel im Jahr 1839. Der damals 19-Jährige entdeckte eher durch einen Zufall den photoelektrischen Effekt. Bei Experimenten mit elektrolytischen Zellen aus Platin fand er heraus, dass der Strom zwischen Anode und Kathode stärker floss, wenn Sonnenlicht auf die Zellen fiel. Mit dieser Entdeckung erlebte Becquerel erstmals den Photoeffekt, konnte sich das Phänomen jedoch nicht erklären. Anders als Albert Einstein rund 70 Jahre später – der berühmte Physiker fand mit seiner Lichtquantentheorie die Erklärung für den lichtelektrischen Effekt und wurde für diese bahnbrechende Erkenntnis sogar 1921 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Die Entwicklung der Photovoltaik ist ein jahrzehnte-, sogar jahrhundertelanger Prozess, der selbst heute noch mit immer neuen Forschungen und Innovationen andauert. Becquerel, Einstein und einige andere Wissenschaftler schufen die Grundlagen für die Wandlung der Sonnenenergie in Strom. Ebenso spannend ist aber die Entwicklung von der ersten Solarzelle hin zu den heutigen Modulen der PV-Anlagen.

Erfindungen, die aus Sonnenlicht elektrische Energie erzeugten, gab es schon vorher, aber die erste funktionierende Solarzelle zur Stromerzeugung wurde am 25. April 1954 der Öffentlichkeit vorgestellt – und zwar durch die Bell-Laboratories in den USA. Mit einer solarbetriebenen Fernbedienung betrieben die Forscher und Elektriker des Unternehmens ein kleines Spielzeug-Riesenrad. Die Solarzelle aus Silizium hatte einen Wirkungsgrad von 6 % – für heutige Verhältnisse sehr niedrig, damals revolutionär. Da die Zellen jedoch über einen definierten p-n-Übergang (ein Materialübergang in Halbleitern mit andersartiger Dotierung) sowie gute Kontaktierungsmöglichkeiten verfügten, war der Grundstein für die industrielle Produktion gelegt.

Die Herstellung dieser Solarzellen war sehr aufwendig und kostspielig, weshalb es undenkbar war, diese Technik im zivilen Bereich einzusetzen. Vielmehr diente sie jahrelang vor allem in der Raumfahrt zur Energieversorgung von Satelliten.

Es lag in erster Linie nicht an der fortschreitenden Technik, sondern viel eher an der Ölkrise 1973 und 1974, dass ein Umdenken hin zu einer Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien stattfand. Weltweit wurde plötzlich verstärkt an einer effizienten und vor allem erschwinglichen Photovoltaik geforscht. Immer häufiger wurden PV-Großanlagen für den kommerziellen Einsatz installiert. Die Idee, von großen Anlagen auf viele kleinere und dezentrale Anlagen umzusteigen, kam erst später. In den 1990er Jahren kam es dann durch sinkende Anschaffungskosten und staatliche Subventionsprogramme nach und nach zu einer größeren Nachfrage nach Solaranlagen für das eigene Dach.

Die Installation einer Photovoltaik-Anlage bringt schon immer ein gewisses Investitionsbudget mit sich. Erst in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts wurden die Solaranlagen für Privathaushalte erschwinglicher und bevölkerten so langsam die deutschen Dächer. Die Verbreitung der PV-Anlagen hängt aber nicht nur eng mit der Höhe der Anschaffungskosten, sondern auch mit staatlichen Förderprogrammen zusammen:

• 1000-Dächer-Programm: So richtig in Fahrt kam die Anwendung der Photovoltaik in Deutschland erst mit dem „1.000-Dächer-Programm“ der Bundesregierung von 1990 bis 1992. Das Programm subventionierte den Kauf einer PV-Anlage auf Ein- und Zweifamilienhäusern.
• EEG: Zum richtigen Durchbruch kam es erst 2000 mit dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG), das den Umstieg auf erneuerbare Energien förderte und eine attraktive Einspeisevergütung für eingespeisten Solarstrom einführte.
• Novelle des EEG: 2011 wurde die Einspeisevergütung im novellierten EEG drastisch gekürzt. Die Folge: Eine deutlich geringere Nachfrage nach Solaranlagen.
• BEG: Seit 2021 gibt es die Bundesförderung für effiziente Gebäude, die den Kauf einer Photovoltaikanlage finanziell fördert. Die Einspeisevergütung wurde zwar auch wieder leicht angehoben, aber die Energiepreise sind so hoch, dass sich in erster Linie ein hoher Eigenverbrauch rechnet.

Die älteste PV-Anlage Deutschlands steht auf dem Dach der Universität Oldenburg – und das seit rund 38 Jahren. Die Wissenschaftler des Energielabors der Uni wollten beweisen, dass es möglich ist, ein Labor komplett mit erneuerbaren Energien zu betreiben. Deshalb wurde auf dem Dach eine Photovoltaik-Anlage errichtet, die auch heute noch im Betrieb ist. An der Anlage lässt sich bestens erkennen, dass die meist von Herstellern garantierte Lebensdauer der Solarzellen von 25 Jahren deutlich überschritten werden kann.

Photovoltaik ist nicht erst seit Klimaabkommen und Energiekrise auf dem Vormarsch. Die Energiewende hin zu erneuerbaren Energien wird nicht nur für unser Klima, sondern auch für den eigenen Geldbeutel immer wichtiger. Photovoltaik bildet einen zentralen Pfeiler für die Energiewende. Deshalb ist es unumgänglich, dass sich die Technologien im Bereich der solaren Energie auch in Zukunft weiterentwickeln werden.