Was ist Photovoltaik? Warum machen wir das? 17 Fakten zu Sonne und Solarstrom

Photovoltaikanlagen auf dem Dach sind mittlerweile ein gewohntes Bild. Aber was genau tut diese Anlage? Und warum stellt man sich so was aufs Dach? Vor allem: Wie haben Menschen all die Jahrhunderte vorher Sonnenenergie genutzt (außer zum Braunwerden)? Unsere Basics und Fakten zur Geschichte der Solarenergie verraten es Ihnen.

Die Basics #1: Was ist Photovoltaik?

Für alle Solareinsteiger: Was ist Photovoltaik, einfach erklärt. Wenn wir von Photovoltaik (oder auch Fotovoltaik) sprechen, meinen wir, dass wir Sonnenenergie sammeln, sie in elektrische Energie umwandeln und dann als elektrischen Strom nutzen können. Zum Beispiel für Beleuchtung oder für Haushaltsgeräte, aber auch zum Heizen, beispielsweise mit einer  Elektro-Fußbodenheizung. Der Verbrauch an herkömmlicher Heizenergie kann so gesenkt werden (daneben kann Sonnenenergie auch mit Sonnenkollektoren zur Wärmeerzeugung genutzt werden).

Die Flächen auf dem Dach (Solarmodule) bestehen dazu aus vielen Solarzellen. Die Solarzellen wiederum bestehen aus vielen sogenannten Halbleitern. Und die Halbleiter bestehen aus ziemlich viel Silizium (oder Silicium).
Das Silizium in Kombination mit anderen chemischen Elementen wird in Solarzellen schichtweise aufeinander gepackt. Fällt nun Sonnenlicht auf diese Schichten, baut sich zwischen den Schichten eine Spannung auf wie in einer Batterie – es fließt Strom. Genauer: Gleichstrom. Damit wir diesen Strom nutzen können, muss er noch von der Solaranlage (genauer: dem Wechselrichter der Anlage) in Wechselstrom umgewandelt werden. Denn der fließt bei uns aus der Steckdose.

Die Basics #2: Warum Photovoltaik?

Nachdem wir die Frage „Was ist Photovoltaik“ einfach erklärt haben, stellt sich vielleicht die Frage, warum wir Solarstrom überhaupt nutzen. Gehen wir zunächst von heute aus: Heute nutzen die meisten Solarstrom vor allem, weil er sie unabhängig vom Strompreis macht. Egal, wie teuer Strom morgen oder in Zukunft ist: Der Strom vom eigenen Dach kostet immer das Gleiche. Nämlich erst einmal nichts.

Man bekommt ihn mit jeder Sonnenstunde gratis vom Dach und verbraucht ihn entweder selbst – oder speist überflüssigen Strom ins Stromnetz ein. Dafür gibt es dann eine sogenannte Einspeisevergütung, also Geld. Wie viel man bekommt, ist abhängig von der Leistung der jeweiligen Photovoltaikanlage , aber ansonsten für alle gleich. Für kleine Anlagen zum Beispiel hat der Gesetzgeber entschieden, dass man 2016 für jede Kilowattstunde (kWh), die man ins Netz einspeist, 12,31 Cent bekommt.

Eine Solaranlage ermöglicht jedem ein Stück mehr Unabhängigkeit von der zukünftigen Strompreisentwicklung und trägt dazu bei, Energie nachhaltig zu gewinnen. Mit ENTEGA Solarstrom komplett können Sie Ihre eigene PV-Anlage mieten statt kaufen. So werden Sie ohne hohe Anfangsinvestitionen zum Besitzer einer Solaranlage und bekommen das Rundum-sorglos-Paket: Gegen eine monatliche Pauschalgebühr übernehmen wir alle Leistungen von der Planung bis zur Installation, Wartung und Reparatur. Versicherung und kostenloser Ersatz bei Schäden sind ebenfalls inklusive. Interessiert? Mit unserem Photovoltaikrechner können Sie Ihr Projekt Solarstromerzeugung ganz einfach durchspielen und herausfinden, wie hoch oder besser wie niedrig Ihre monatlichen Kosten wären, wenn Sie von uns eine Solaranlage mieten. Ein weiterer Vorteil: Wir bieten Ihnen eine zusätzliche Photovoltaik-Förderung von ENTEGA an.

Bis zum Pachten von Solaranlagen war es freilich ein langer und spannender Weg – hier also die versprochenen 17 Fakten zur Geschichte der Solarenergie.

1. Solartaschenlampe

Technische Raffinessen schreiben wir gerne der Neuzeit zu – und den „alten Ägyptern“. Tatsächlich haben diese vermutlich schon 2500 v. Chr. die Sonne genutzt, um Licht ins Dunkel zu bringen. In den Grabkammern von Pyramiden fand man keinerlei Hinweise auf Ruß oder andere Rückstände von Fackeln. Das Licht zum Bemalen der prächtigen Wandbilder muss also anders dorthin gekommen sein. Forscher vermuten, dass die Ägypter Sonnenlicht mit Spiegeln bis in die Kammern gelenkt haben. Dafür spricht, dass den Arbeitern bei Öllampen ziemlich schnell die Luft ausgegangen wäre.

2. Heizen im Lehmhaus

Die Pueblo-Indianer haben ihren Namen von den mehrstöckigen Häusern (Pueblos), die sie angelegt haben. Diese waren bis zu fünf Stockwerke hoch und wurden nicht nach Zufahrtswegen ausgerichtet, sondern nach dem Sonnenlauf gebaut. Weil sie den Sonnengott verehrten, war der Eingang immer nach Sonnenaufgang ausgerichtet. Doch auch die Solarenergie verstanden sie zu nutzen: Schon 1100 v. Chr. errichteten sie die bis zu fünfstöckigen Lehmhäuser so, dass alle Wohnräume im Winter die volle Sonnenstrahlung ausnutzen konnten.

3. Assyrische Linsen

In den Bergen Assyriens, im Städtchen Ninive, sitzt ein Handwerker und schlägt Funken: mit einem Bergkristall. Dazu hat er die Linsen aus einem Bergkristall geschliffen, so fein, dass Sonnenlicht gebündelt wird und eine hohe Temperatur entwickelt. Holzspäne und Reisig können damit deutlich leichter entzündet werden.

4. Griechische Schlackeheizung

Eine ganze Stadt nach den Grundsätzen solarer Architektur wurde rund 400 v. Chr. gebaut – für die Flüchtlinge des Peloponnesischen Krieges. Die Stadt hieß Olynthus, lag auf der griechischen Halbinsel Chalkidiki und wurde nach Sokrates von den Stadtplanern energiesparend geplant und gebaut. Man errichtete nicht nur die Häuser so an den Südhängen, dass kein Haus im Schatten des anderen stand. Die Sonnenenergie wurde sogar gespeichert: Eine Anhäufung von Steinen oder Schlacke diente im Wohnraum als Wärmespeicher. Der Haufen wurde im Winter von der Sonne erwärmt, und so blieb es drinnen länger warm – die mitunter ersten Energiesparhäuser mit solarbetriebener Nachtspeicherheizung waren erfunden.

5. Brandgerüchte

Archimedes (287 bis 212 v. Chr.) gilt als kluger Kopf, machte er doch einige bahnbrechende naturwissenschaftliche Entdeckungen. Die Sonnenenergie soll er genutzt haben, um die römische Flotte in Brand zu stecken – indem er das Sonnenlicht in Bronzespiegeln konzentrierte und auf sie lenkte. Das dürfte tatsächlich funktioniert haben, gilt aber unter Wissenschaftlern als Legende. Dass er den Hohlspiegel jedoch entwickelt hat, gilt als wahrscheinlich.

6. Römischer Wintergarten

Dass die Römer ihre Wälder zum Befeuern ihrer Fußbodenheizung abgeholzt haben, wissen wir seit unseren Recherchen für die Geschichte der Heizung. Neben Brennholz nutzten sie aber auch die Sonnenenergie. Beides, Brennholz und Sonnenkraft, kam rund 20 v. Chr. im sogenannten Heliocaminus („Sonnenofen“) zur Geltung: Große verglaste Fenster ließen wie in einem Wintergarten viel Sonnenlicht herein, der Boden wurde mit Brennholz beheizt. Genutzt wurde der Heliocaminus Archäologen zufolge vermutlich als Sauna. Die Reste eines solchen Gebäudes kann man sich heute in der Hadriansvilla in Tivoli bei Rom anschauen.

7. Brennspiegel zum Feuermachen

Alle vier Jahre werden wir daran erinnert, dass schon die Griechen damals in Olympia Brennspiegel benutzten, um Feuer zu entfachen. Dann nämlich, wenn das Olympische Feuer wirkungsvoll im Olivenhain von Olympia entzündet wird. Römer, Chinesen und Inka setzten ebenfalls Brennspiegel ein, um die Sonnenenergie zu nutzen und daraus Feuer zu machen.

8. Brennspiegel zur Destillation

1000 n. Chr. gingen die Araber noch weiter: Sie nutzten Brennspiegel aus Damaszenerstahl, um Wasser zu destillieren.

9. Sonnenöfen für Metall

Im 13. Jahrhundert werden auch in Europa Brennspiegel genutzt. Gelehrte entwickeln die sogenannten „Sonnenöfen“ mit Spiegeldurchmessern von rund 120 cm. Sie helfen dabei, Metalle zu schmelzen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln hat das einmal nachgestellt: 159 einzelne Spiegel bündeln das Sonnenlicht in einem Punkt, der so groß ist wie eine Ein-Cent-Münze. Das Sonnenlicht trifft mit 5000facher Kraft auf den Stahl, der bei 2.500 Grad in weniger als 15 Sekunden schmilzt.

10. Porzellan-Brenner

E. Walter Graf von Tschirnhaus entwirft einen Parabolspiegel aus Kupferblech. Er hat zwei Meter Durchmesser und kann auch zur Herstellung von Porzellan verwendet werden.

11. Hitzekiste

Der Schweizer Naturforscher de Saussure erfindet 1767 den ersten Flachkollektor. Seine Beobachtung: Ein Frühbeet wird stärker von der Sonne erwärmt, wenn deren Strahlen durch Glas eindringen, als wenn das Sonnenlicht ohne Verglasung direkt auf den Boden scheint. Daraus entwickelt er die „Hitzekiste“: Ausgelegt mit schwarzem Kork und abgedeckt mit mehreren Glasplatten, speichert sie Wärme wie im Gewächshaus. Heute bauen deutsche Entwicklungshelfer solche kistenartigen Sonnenöfen nach dem Vorbild de Saussures, damit Menschen in Afrika und Südamerika ohne Strom kochen und backen können.

12. Neuentdeckung der „Electrica“

Bis in die Neuzeit geht es vor allem um die Nutzung der Sonnenenergie. Mit Beginn des 17. Jahrhunderts kommt der Begriff „Strom“ in Solarstrom hinzu. Forscher beschäftigen sich verstärkt mit der „Electrica“ oder Elektrizität und finden immer mehr heraus. So beobachtet der italienische Mediziner Luigi Galvani 1770, dass Froschschenkel durch eine Elektrisiermaschine zu zucken anfangen. Elektrizität kann also Bewegungen auslösen.

13. Es werde Strom aus Licht

1839 schlägt die Geburtsstunde dessen, was wir heute meinen, wenn wir „Was ist Photovoltaik“ fragen: Alexandre Edmond Becquerel stößt auf den „photoelektrischen Effekt“. In seinem Labor misst er nicht nur den Strom, der zwischen zwei Elektroden fließt. Er stellt auch fest, dass der Strom bei Licht stärker fließt als im Dunkeln. Praktisch anwenden kann Becquerel seine Erkenntnisse noch nicht. Aber der Anfang ist gemacht.

14. Der nächste Meilenstein

Rund vierzig Jahre später folgt der nächste Meilenstein in der Geschichte der Solarenergie: William Grylls Adams findet heraus, dass Selen Elektrizität produziert, wenn Sonnenlicht darauf fällt. Daraufhin werden erste Selen-Zellen gebaut. Ihr Wirkungsgrad: 1 bis 2 Prozent. Zum Vergleich: Der höchste Wirkungsgrad für eine heute im Labor hergestellte Silizium-Solarzelle liegt bei 24,7 Prozent. Klar ist, dass die Selen-Zellen zu wenig Energie produzieren, um auch nur irgendein elektrisches Teil zu bewegen. Aber der Beweis ist erbracht: Ein fester Stoff kann mithilfe von Sonnenlicht elektrische Energie produzieren.

15. Starthilfe aus dem All

In den Fünfzigerjahren des 20. Jahrhunderts macht die Geschichte der Photovoltaik den nächsten großen Satz: Ein Forscherteam der US-amerikanischen „Belle telephone Laboratories“ baut 1954 die erste Solarzelle auf Basis von Silizium. Ihr Wirkungsgrad beträgt bereits 6 Prozent. Die entscheidende Starthilfe kommt passenderweise da her, wo auch das Sonnenlicht seinen Ursprung hat: aus dem Weltall. Denn mit der aufkommenden Raumfahrttechnologie hebt die Photovoltaik-Forschung ab: Leichte, langlebige und autarke Stromzellen sind da gerade nämlich sehr gefragt.

16. Die Achtziger

Die Achtziger bringen nicht nur komische bunte Kleidungstrends und Frisuren, sondern auch die Halbleiterphysik entscheidend voran. Gleichzeitig nehmen die Anwendungsmöglichkeiten von Photovoltaik-Modulen zu. Entsprechend wird die Herstellung von Solarmodulen immer günstiger und bald schon für den privaten Bereich attraktiv. Vielleicht ist es doch kein Zufall, dass Katrina and the Waves 1983 mit ihrem Song „Walking on sunshine“ durchstarten.

17. Starke Förderung

Dank Solarenergie-Förderung durch die Bundesregierung werden immer mehr Haushalte zu unabhängigen Stromerzeugern. Während man erst noch behutsam mit dem 1.000-Dächer-Programm startete, folgte bald darauf das deutlich ambitioniertere 100.000-Dächer-Förderprogramm. Gleichzeitig tritt die EEG-Umlage in Kraft. Es soll den Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland fördern. Heute sind deutschlandweit bereits rund 1,5 Millionen Photovoltaik-Anlagen installiert. Potenzial gibt es noch reichlich: Experten zufolge ist nahezu jedes fünfte Dach in Deutschland für eine Solaranlage (Photovoltaik bzw. Solarthermie) geeignet.

Die lange Geschichte der Solarenergie zeigt: Man muss heute kein Gelehrter, Forscher oder Handwerker sein, um Sonnenlicht sinnvoll nutzen zu können. Eine Solaranlage ermöglicht jedem ein Stück mehr Unabhängigkeit und trägt dazu bei, Energie nachhaltig zu gewinnen. Mit ENTEGA Solarstrom komplett pachten Sie Ihre eigene Anlage gegen eine Monatsgebühr und sind unabhängig von der zukünftigen Strompreisentwicklung.

Ägypter bringen mit Hilfe der Sonne Licht ins Dunkel: Beim Ausstatten der Grabkammern nutzen sie vermutlich Spiegel, um Sonnenlicht in das Innere von Pyramiden zu reflektieren.

Pueblo-Indianer verehren nicht nur den Sonnengott. Sie heizen auch mit ihm: Ihre mehrstöckigen Lehmhäuser richten sie so aus, dass im Winter die Wohnräume mit Sonnenkraft erwärmt werden.

Assyrische Handwerker schleifen Bergkristalle so, dass sie Sonnenlicht bündeln. Die hohe Temperatur bringt Reisig zum Brennen. Das geht deutlich leichter als ständig Feuersteine aufeinander zu hauen.

Griechen bauen die wohl ersten Energiesparhäuser mit solarbetriebener Nachtspeicherheizung: Sonnenlicht fällt auf einen Steinhaufen, der die Wärme im Wohnraum speichert. Die Häuser selbst sind energetisch nach der Sonne ausgerichtet.

Wohl nur ein Gerücht: Archimedes steckt die Schiffe der angreifenden Römer mit der in Bronzespiegeln gebündelten Sonnenenergie in Brand. Erfunden hat er den Hohlspiegel wahrscheinlich schon.

Wohlhabende Römer schwitzen im „Heliocaminus“ (Sonnenofen). Große Glasfenster nutzen das Sonnenlicht zum Erwärmen des Raumes, eine Fußbodenheizung erledigt den Rest.

Griechen, Inkas, Araber, Römer und Chinesen nutzen Brennspiegel, um mit Sonnenlicht Feuer zu machen. Ein Anwendungsbeispiel, das bis heute überlebt hat: das Entzünden des „Olympischen Feuers“.

Das „Strom“ in Solarstrom kommt dazu. Verschiedene Forscher interessieren sich brennend für die „Electrica“. Immer mehr wird über die Elektrizität bekannt.

Alexandre Edmond Becquerel findet heraus, dass Strom stärker fließt, wenn Sonnenlicht darauf fällt. Praktisch weiß er damit noch nichts anzufangen, aber der Anfang ist gemacht.

Der nächste Meilenstein: William Grylls Adams entdeckt einen festen Stoff, der mit Hilfe von Sonnenlicht elektrische Energie produziert: Selen. Leider hat der nur einen Wirkungsgrad von 1 Prozent – zu wenig, um fernsehen zu können.

Forscher entdecken, dass es mit Silizium besser geht: Heureka, Wirkungsgrad 6 Prozent! Mit der Raumfahrt hebt die Photovoltaik-Forschung ab – leichte, langlebige, autarke Stromzellen sind da nämlich gerade sehr gefragt.

Die 80er bringen interessante Kleidungstrends und die Halbleiterphysik entscheidend voran. Solarmodule werden in der Herstellung immer günstiger und für private Bauherren attraktiv. Passend dazu „walken“ Katrina and the Waves „on sunshine“.

1,5 Millionen Photovoltaik-Anlagen sind deutschlandweit installiert. Sie machen Hausbesitzer zu Stromerzeugern und unabhängig vom Strompreis. Egal, ob Mini-Solaranlage oder eine größere Komplettanlage, ob Solaranlage mit Speicher oder ohne.

Wem theoretisches Wissen Spaß macht, freut sich bestimmt über unseren Blogartikel zum Thema Wirkungsgrad und Leistung von Solarzellen.