Photovoltaik

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Lichtwellen in elektrische Energie. Der größte Einsatzbereich ergibt sich durch die Nutzung von Sonnenlicht, aber auch mit Licht aus Glühbirnen ist theoretisch photovoltaische Stromerzeugung möglich, wenn dieses Licht die richtigen Wellenlängen aufweist. Die physikalischen Grundlagen wurden schon im 19. Jahrhundert beschrieben, der erste technische Einsatz erfolgte 1958 in der Raumfahrt.

Begrifflichkeit und Entwicklung der Photovoltaik

Das Wort Photovoltaik leitet sich aus der Genitiv-Verwendung des griechischen Begriffs für Licht (φωτός, photos) und Volt als Maßeinheit für Spannung ab. Innerhalb der gesamten Solartechnik stellt die Photovoltaik nur einen Teilbereich dar, auch die Stromerzeugung kann mittels solarthermischer Energienutzung betrieben werden. Das ist sogar bei den größten Sonnenkraftwerken der Welt der Fall, diese nutzen Solarthermie (Sonnenwärme wird zur Heißwasser- oder Dampferzeugung für den Turbinenantrieb genutzt). Photovoltaikkraftwerke sind bislang noch etwas kleiner dimensioniert, im Bereich der Stromerzeugung bis etwa 10 Megawatt pro Leistungseinheit gibt es schon sehr ausgefeilte technische Lösungen. Die Entdeckung geht auf Alexandre Edmond Becquerel zurück, der 1839 den photoelektrischen Effekt erstmals beschrieb. Mitte des 20. Jahrhunderts erreichten Siliziumzellen einen Wirkungsgrad von 4 Prozent (heute: über 40 Prozent im Labor, bis 25 Prozent in der Praxis). Erste Anwendungen fanden sich ab 1955 in Telefonverstärkern, seit Ende der 1950er Jahre in der Raumfahrt. Von dort gab es auch die größten Innovationsschübe, auch die Energiekrisen der 1970er/1980er Jahre trieben die Entwicklung voran. Man sucht bis heute Alternativen zur konventionellen Energieerzeugung, und die Sonne bietet ein gigantisches und unerschöpfliches Potenzial, das den Energiebedarf der Menschheit um rund das 15.000-Fache überschreitet. Photovoltaikmodule werden auf Dachflächen und bei Parkscheinautomaten, an Schallschutzflächen, in Taschenrechnern und auf Freiflächen eingesetzt. Deutschland nimmt bei der Installation einen europäischen Spitzenplatz ein, 2011 wurden 25 Gigawatt installiert. Das ist doppelt so viel wie beim zweitplatzierten europäischen Land Italien.

Technik und Förderung

Das Licht wird in photovoltaischen Modulen umgewandelt, wobei ein breites Spektrum der vorhandenen Wellen ausgenutzt wird. Der Begriff "Solarmodul" ist irreführend, dieser kann auch auf solarthermische und hybride (Photovoltaik + Solarthermie) Anlagen angewandt werden. Weitaus aus die meisten Module werden auf Dächern installiert, der erzeugte Strom wird selbst verwendet und ins Stromnetz eingespeist. Diese Einspeisung sowie die Eigennutzung wird weltweit staatlich gefördert, wobei Deutschland mit seinem EEG eine absolute Vorreiterrolle einnimmt. Für diese Subventionen wurde von Anfang an eine Degression vereinbart, da man - zu Recht - von technologischem Fortschritt und damit steigender Effizienz ausging. Angesichts der Potenziale der Photovoltaik wird die Entwicklung immer leistungsfähigerer Anlagen voranschreiten. Beispielsgebend hierfür steht das Desertec-Projekt, das die Errichtung von Anlagen in der nordafrikanischen Wüste vorsieht.