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Nicht zuletzt wegen so präsenten Themen wie dem Klimawandel oder der Solarpflicht ist auch die Solarenergie und ihre Funktionsweise immer wieder aktuell. In den letzten Jahrzehnten hat sie einen regelrechten Boom erfahren, immer mehr Häuser sind mit Solarmodulen ausgestattet, sogar in Bereichen der Agrophotovoltaik oder Floating-PV werden erste Anlagen getestet. Aber wie sind wir überhaupt hierhin gekommen? Wie wurde die Solarenergie entdeckt und wie wurde sie früher genutzt? All das schauen wir uns in diesem Artikel an und klären, wie die die Solartechnik an den Punkt gekommen ist, an dem sie Heute steht.
Die Geschichte der Solarenergie
Der Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckte im Jahr 1839 den photoelektrischen Effekt. Als er elektrolytische Zellen untersuchte, bemerkte er, dass die Spannung zwischen den Zellen zunimmt, wenn diese mit Licht bestrahlt werden. Der erste Schritt zum Verständnis der PV-Technik war damit gemacht. Becquerel selbst konnte diese Entdeckung aber noch nicht erklären.
Die erste funktionierende Solarzelle wurde 1883 von Charles Fritts gebaut. Die Solarzelle bestand aus dem Halbleiter Selen und wurde mit Gold beschichtet. Mit 1-2% Wirkungsgrad war sie jedoch nicht für die Massenproduktion geeignet.
1905 veröffentlichte Albert Einstein seine Arbeit „Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt“ und lieferte damit erstmals einen Beweis und eine Erklärung für den photoelektrischen Effekt. Demnach besitzt Licht Teilchen, sogenannte Photonen. Diese übertragen eine Energie, die sie an andere Teilchen übergeben können. Mit diesem Verständnis der Solarenergie war der Grundstein für die Erforschung der Solarenergie gelegt, auf dem die Photovoltaik auch heute noch basiert.
Der Durchbruch gelang schließlich in den Bell-Laboratories: 1954 wurde dort eine Solarzelle auf Silizium-Basis vorgestellt. Durch einen Riss in einer Silizium-Probe entwickelte sich ein PN-Übergang, der den Stromfluss in den Solarzellen ermöglicht. Auf dieser Basis werden auch heute noch Solarzellen gebaut. Allerdings war der Wirkungsgrad damals sehr gering: Er lag gerade einmal bei 6%. Moderne Solarmodule hingegen erreichen 4-fache Werte und werden immer effektiver.
Mit dem Vanguard 1 wurde 1958 der erste Satellit im Weltraum, dessen Stromversorgung über Solarzellen funktionierte. Der solarbetriebene Sender funktionierte 6 Jahre lang, bis er 1964 seine letzten Signale nach Ecuador sendete.
Durch die Ölkrise und die Nuklearunfälle von Tschernobyl und Harrisburg wurde die Photovoltaik als wichtiger Versorgungszweig der Zukunft erkannt und die Forschung in dem Bereich vorangetrieben. Da Photovoltaikanlagen aber dennoch sehr teuer in der Anschaffung waren, startete in Deutschland die Förderung für PV-Anlagen durch das „1.000-Dächer-Programm“. Das Programm förderte die Installation, indem 70% der Anschaffungskosten für PV-Anlagen staatlich bezuschusst wurden. Das Programm sollte zeigen, wie nutzbar die Photovoltaik tatsächlich in der Praxis ist, also in Bezug auf Architektur oder Netzkapazitäten. Um den Zubau von Solaranlagen weiter zu fördern, wurde im Anschluss das 100.000-Dächer-Programm gestartet. Bis 2003 wurden damit Solaranlagen mit einer Leistung von 300MW errichtet.
Mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) trat im März 2000 eine zentrale Maßnahme für den Ausbau der erneuerbaren Energie und damit auch der Solarenergie in Kraft. Ziel ist es, die Stromversorgung in Deutschland bis 2030 zu mindestens 80 % aus erneuerbaren Energien zu beziehen. Mittlerweile wurde es schon mehrfach überarbeitet.
Ab 2022 tritt in einigen Bundesländern Deutschlands die Solarpflicht in Kraft. Grundsätzlich heißt das, dass bestimmte Flächen in Zukunft mit Solaranlagen ausgestattet werden müssen. Konkret hat dazu aber jeder Bundesland eigene Richtlinien auf den Weg gebracht. Vielerorts sind von der Pflicht zum Beispiel vorerst nur Neubauten betroffen oder nur größere Parkplätze.
Aber schon bevor das Sonnenlicht in elektrischen Strom umgewandelt werden konnte, wurde die Solarenergie bereits genutzt. Denn neben Strom kann die Sonne vor allem Wärme produzieren und die wird bereits seit hunderten von Jahren erfolgreich genutzt:
Es wird vermutet dass bereits die Ägypter beim Bau ihrer Pyramiden auf Solarenergie gesetzt haben. Mithilfe von Spiegeln sollen sie das Sonnenlicht in die Grabkammern geleitet haben. Da man in den Pyramiden keine Hinweise auf Ruß oder Ähnlichem gefunden wurde, geht man davon aus, dass kein Feuer für die Beleuchtung genutzt wurde und schließt daher auf die Nutzung des Sonnenlichtes.
Der Naturforscher Horace-Bénédict de Saussure erfand im 18. Jahrhundert den ersten funktionierenden Solarkollektor. Das Prinzip war einfach: Er baute einen Holzkasten mit einem dunklen Boden und deckte den Kasten mit einer Glasabdeckung zu. Dank dem Glas und dem dunklen Boden konnte viel Sonnenlicht absorbiert werden, sodass sich dieser Solarkollektor bereits auf 87°C erhitzte.
Auch heute noch werden in Solarthermiekollektoren dunkle Folien eingesetzt, um möglichst viele Sonnenstrahlen absorbieren zu können und damit auch möglichst viel Sonnenenergie nutzen zu können.
Der Franzose Augustin Mouchot knüpfte im 19. Jahrhundert an diese Erfindung an. Er verbesserte die wärmespeichernden Funktionen, indem er die Sonnenstrahlen mit Hilfe eines Hohlspiegels auf einen Glaszylinder konzentrierte. Dort wurde auf diese Weise Wasser zum Verdampfen gebracht. Damit wiederum konnte dann eine Dampfmaschine angetrieben werden.
Förderprogramme, steigende Stromkosten und sinkende Anschaffungskosten haben in den letzten Jahrzehnten dafür gesorgt, dass auch in Deutschland viele Solaranlagen installiert wurden. Damit kann der Wärme- und Strombedarf in deutschen Haushalten zumindest zum Teil durch Solarenergie gedeckt werden. Vor allem die Einführung der Förderungen für Solaranlagen hat der Branche Anfang des Jahrtausends einen entscheidenden Boom verpasst.
Dieser Boom hielt erst im Jahr 2013 an, als das EEG erneut angepasst wurde. Die Anpassung sah unter anderem eine Einmalabsenkung der Vergütungssätze um 15% und eine anschließende Degression vor. Seitdem erholt sich die Branche langsam und ist im Jahr 2020 bei einer PV-Leistung von über 50.000 MWp angelangt.
Der Gesamtbedarf für Strom in Deutschland im Jahr 2022 lag bei etwa 484 Terrawattstunden. Davon kamen 58 Terawattstunden aus deutschen Photovoltaikanlagen, also gerade einmal ca. 12 Prozent. Weitaus mehr stammte mit 131,85 TWh (27%) aus der Windkraft. Gut die Hälfte des verbrauchten Stroms stammt aber noch immer aus nicht erneuerbaren Energieträgern wie Kohle, Gas oder Kernenergie. Obwohl der Stromverbrauch in den letzten Jahren eher abnahm, gehen Experten davon aus, dass sich das in Zukunft ändern wird. Beispielsweise durch E-Fahrzeuge oder Wärmepumpen wird mehr Strom benötigt werden.
Der Wärmebedarf in Deutschland im Jahr 2020 wurde zu 15,2% aus Erneuerbaren Energien gedeckt. Gerade einmal 8,7 Terrawattstunden wurden dabei aus Solarthermieanlagen bereitgestellt. Unter den erneuerbaren Energien stammt der größte Teil der Wärme aus Biomasse. Insgesamt jedoch wird noch immer weiter über die Hälfte der benötigten Wärmeenergie aus fossilen Energieträgern bereitgestellt.
Theoretisch gibt die Sonne mehr als genug Energie ab, um unseren Bedarf vollständig zu decken: In nur einer Stunde strahlt sie so viel Energie aus, wie die ganze Welt in einem Jahr verbraucht. Allerdings können wir diese Energie nicht vollständig verwenden. Trotzdem liegen viele Hoffnungen in der Solarenergie: Sie ist kostenlos und für jeden verfügbar.
Hat Solarenergie noch Zukunft?
Die Forschung arbeitet unentwegt daran, neue Solarzellen zu entwerfen, um möglichst hohe Wirkungsgrade zu erreichen. Und auch die Anwendungsmöglichkeiten werden ständig ausgebaut – ob als Solarautos, Floating PV für Gewässer oder Agrophotovoltaik in der Landwirtschaft. Solarenergie wird auch in Zukunft eine große Rolle in unserer Energieversorgung spielen. Eine Möglichkeit – neben der eigenen PV Anlage – schon heute möglichst viel Fläche mit Solarzellen zu belegen, sind Balkonkraftwerke. Damit kannst Du auch schon jetzt anfangen, Deinen eigenen Solarstrom zu nutzen – ganz ohne Eigenheim.
Die erste funktionierende Solarzelle wurde 1883 von Charles Fritts gebaut. Die Solarzelle hatte aber nur einen Wirkungsgrad von 1-2 %. 1954 wurde eine Solarzelle auf Silizium-Basis entwickelt, die bereits einen Wirkungsgrad von 6 % hatte. Heute haben Photovoltaikmodule einen Wirkungsgrad von rund 22 %.
Die Forschung zu Solarzellen begann bereits 1839 mit der Entdeckung des photoelektrischen Effekts. Tatsächlich funktionierende Solarzellen wurden aber erst Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt. Ganze Photovoltaikanlagen werden in Deutschland etwa seit den 1990er Jahren installiert.
Elektrischer Strom existierte schon immer. Er wurde bereits in der Antike erforscht, allerdings konnte er erst im 19. Jahrhundert nutzbar gemacht werden.
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