Photovoltaik
Photovoltaik (mitunter auch Fotovoltaik geschrieben) bezeichnet die direkte Umwandlung von Licht in elektrische Energie. In der Regel erfolgt die Gewinnung dieser Energie aus Sonnenlicht.
Die Geschichte von Photovoltaik
Der Begriff Photovoltaik ist eine Zusammensetzung aus dem griechischen Wort für Licht (phos, φῶς) und der Maßeinheit der elektrischen Spannung Volt.
Bereits im Jahr 1839 entdeckte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel den photoelektrischen Effekt. Er experimentierte mit elektrolytischen Zellen und stellte dabei fest, dass das Licht einen Einfluss auf den fließenden Strom hatte. Zu einer praktischen Anwendung kam diese Entdeckung jedoch vorerst nicht.
Erst eine Entdeckung des britischen Ingenieurs Willoughby Smith im Jahr 1873 verursachte tiefergehende Forschung hierzu. Smith fand heraus, dass Selen bei Bestrahlung durch Licht den Widerstand ändert. Drei Jahre später erbrachte William Adams den Beweis, dass es einem Feststoff möglich ist, Licht direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Den ersten Vorläufer eines Solarmoduls baute schließlich der New Yorker Charles Fritts im Jahr 1883 und löste damit grundlegende Arbeiten zum photoelektrischen Effekt aus.
Die Erklärung dieses Effekts lieferte Albert Einstein im Jahr 1907, Experimente von Robert Andrews Millikan bestätigten diese Überlegungen und sicherten Millikan 1923 damit den Physik-Nobelpreis. Essenziell für die Geschichte der Photovoltaik war zudem Jan Czochralskis Entwicklung des Kristallziehverfahrens.
Die erste Silizium-Solarzelle wurde dann am 25.04.1954 der Öffentlichkeit präsentiert. Bereits vier Jahre später kam es mit dem Satelliten Vanguard I zur Anwendung im Weltall, was den Grundstein zur Verwendung von Solarzellen legt. Die Ölkrise in den 1970er-Jahren verstärkte zudem das Bewusstsein dafür, wie wichtig alternative Energien sind. Im Jahr 2008 ging schließlich mit dem Solarpark Bavaria die bis dato größte Solarparkanlage der Welt in Betrieb.
Wie funktioniert Photovoltaik?
Das Funktionsprinzip von Photovoltaik beruht auf der Nutzung des photoelektrischen Effekts in Verbindung mit den Materialeigenschaften von Halbleitern (meistens Silizium) zur Energieumwandlung. Durch die Sonnenstrahlung werden positive und negative Ladungsträger angeregt und können dadurch vom inneren elektrischen Feld des Halbleitermaterials getrennt werden. Dadurch kann ein elektrischer Strom fließen. Mehrere solcher Solarzellen sind zu Solarmodulen verschaltet, wobei die Struktur des Moduls die einzelnen Zellen vor Umwelteinflüssen schützt. Anschließend sorgt ein Wechselrichter dafür, dass der Gleichstrom aus mehreren Modulen in Wechselstrom umgewandelt wird.
Was sind die Vorteile?
Der Einsatz von Photovoltaik bringt einige Vorteile. Zum einen ist die Nutzung von Photovoltaik wartungsärmer als andere Lösungen, da in der Regel keine beweglichen Teile oder Verbrenner zum Einsatz kommen. Eine effiziente und gute Photovoltaik-Planung reduziert zudem dem Wartungsaufwand bei beispielsweise Verschmutzungen.
Außerdem ist die Stromgewinnung via Photovoltaik gut für den Umweltschutz. Im Betrieb ist ein Solarpark emissionsfrei – und selbst die CO2-Emission aus der Herstellung der Solarmodule sind relativ schnell kompensiert.
Hierbei spielt jedoch nicht nur der wirtschaftliche Faktor eine Rolle. Salopp gesagt ist Sonnenlicht als Ressource für alternative Energien unbegrenzt verfügbar, da die Sonne länger bestehen wird als die Erde. Deshalb hat der Einsatz von Photovoltaik den Vorteil, ressourcenschonender zu sein. Des Weiteren können für Solaranlagen Dächer oder bislang nicht bewirtschaftete Konversionsflächen genutzt werden (s. Freiflächenanlagen).
Außerdem sind Photovoltaik-Anlagen seit vielen Jahren bereits eine stabile Wertanlage mit einer sicheren Rendite. Damit bieten sie sowohl Privatanleger als auch für Großinvestoren eine interessante und vielversprechende Investitionsmöglichkeit.
Wie wird Photovoltaik genutzt?
Die wohl bekannteste Nutzung von Photovoltaik sind mit Photovoltaikmodulen bestückte Hausdächer. Aber auch industrielle und gewerbliche Dachanlagen haben an immenser Bedeutung gewonnen. Nicht nur in Krisenzeiten ist es für Inhaber gewerblicher Gebäude attraktiv, weniger abhängig von externen Stromlieferanten und damit etwaigen Preisanpassungen zu sein, sondern einen Teil des verbrauchten Stroms selbst zu erzeugen.
Zum anderen machen sich Solarparks diese Form der Energiegewinnung zunutze. Sie dienen der Stromgewinnung für Haushalte und die Industrie, indem die erzeugte Energie über das öffentliche Stromnetz zur Verfügung gestellt wird.
Die Zukunft
Es ist davon auszugehen, dass die Photovoltaik-Technologie in den nächsten Jahren sehr schnell voranschreiten und zu einem zentralen Bestandteil der Energiewirtschaft werden wird. Hierfür ist nicht zuletzt die ambitionierte Zielsetzung des neuen EEG verantwortlich. Außerdem soll die Produktion in der EU wettbewerbsfähig zur Herstellung in Asien werden. Photovoltaik-Anlagen werden damit kosteneffizienter, leistungsfähiger und zuverlässiger, und die Kosten für die Installation und Wartung von PV-Systemen werden mit immer besserer Planung weiter sinken.
Damit ist es außerdem möglich, Unabhängigkeit von anderen zu schaffen mit dem Ziel, möglichst autark in der Energiegewinnung zu werden. Zu guter Letzt wird Photovoltaik einen hohen Anteil daran haben, die Stromerzeugung sauberer zu machen und damit das Klima zu schützen.
