Geschichte der Photovoltaik

1839 wurde vom Pariser Alexandre Edmond Becquerel der Photovoltaische Effekt entdeckt.
Der sogenannte Becquerel-Effekt zeigt sich, wenn zwei gleiche Elektroden in einen Elektrolyten getaucht werden, jedoch nur eine dem Licht ausgesetzt wird. Dabei tritt zwischen den beiden Elektroden eine Spannung auf. In späteren Jahren wurde entdeckt, dass dieser Effekt besonders ausgeprägt bei violettem und ultraviolettem Licht und der Verwendung von Selen-Elektroden auftritt.

1883 wurde die erste Festkörper-Solarzelle zur Nutzung der Sonnenstrahlung durch den New Yorker Charles Fritts gebaut, dies indem er den Halbleiter Selen mit einer dünnen Goldschicht überzog. So wurde also erstmals mit einer Festkörperzelle der technische Prozess der direkten Umladung der durch die Sonnenstrahlung zur Erde getragenen Energie auf den Energieträger elektrische Ladung, realisiert.

1953-1954 wurde in den Laboratorien der amerikanischen Firma Bell die erste Silizium-Solarzelle entwickelt. Auf dieser Basis erfolgte dann die Weiterentwicklung zu grossflächigeren und industriell produzierbaren Solarzellen.

1958 wurde zum ersten Mal ein Satellit (Vanguard 1) mit einem Silizium-Solarzellen-Modul ausgestattet und erfolgreich über mehrere Jahre für die Versorgung des Senders genutzt. In den Folgejahren wurden Solarzellen vorwiegend für Raumfahrtzwecke weiterentwickelt und verbessert.

1974, nach dem Ölpreisschock, wurden Forschungsprogramme ins Leben gerufen, welche sich mit nachhaltiger Energienutzung auseinandersetzten. In diesem Rahmen wurde die qualitative Weiterentwicklung der Solarzellen vorangetrieben. Nachfolgend und insbesondere durch die Förderung von nachhaltiger Elektrizität-Bereitstellung durch die kostendeckenden Einspeisevergütungen ab den 1990-er Jahren, konnte durch hochskalierte, rationellere und effizientere Fabrikationsprozesse auch der breite wirtschaftliche Erfolg der Solarzellen-Module erreicht werden.

Prometheus I, der Antike

Der antike Prometheus bringt das «Feuer des Himmels» zur Erde.

Gemäss Wikipedia-Beiträgen, gilt Prometheus in der griechischen Mythologie als Wohltäter, Kulturbringer und Beschützer der Menschheit. Er möchte den Menschen die Opferpflicht gegenüber den Göttern ersparen, welche aus einem Teil von jedem geschlachteten Tier bestehen soll; dies gemäss der Vereinbarung zwischen dem Göttervater Zeus und den Sterblichen. Prometheus vollzieht das erste Opfer im Sinne eines Musters für die Zukunft und wendet dabei eine List an. Er schlachtet ein Rind und verteilt es auf zwei Haufen, einen grösseren aus den Knochen, die er möglichst voluminös aufschichtet und einen kleineren aus dem Fleisch. Den kleinen Haufen bedeckt er mit der Haut, den grossen überzieht er mit einer Fettschicht. Dann bittet er Zeus den Haufen zu wählen, der ihm besser gefalle. Obwohl der Göttervater merkt, dass er wohl überlistet werden soll, wählt er den grossen Haufen, aber er überlegt sich dabei auch bereits eine passende Strafe. Beim Anblick der Knochen wird er böse, denn demnach müssen nun nur die ungeniessbaren Teile der Tiere den Göttern dargebracht werden, das Fleisch hingegen, kann dem menschlichen Verzehr dienen. Das Täuschungsmanöver wird durch den Göttervater bestraft, indem er den Menschen den Gebrauch des Feuers versagt und ihnen damit zwangsläufig den Genuss von Fleisch verdirbt.

Prometheus bringt den Menschen jedoch dennoch das Feuer, indem er im Himmel etwas Glut stielt und diese im hohlen, trockenen Stängel des Riesenfenchels zur Erde bringt. Dort wird mit der Glut ein grosses Feuer entfacht. Die vollendete Tatsache des weithin sichtbaren Feuers, kann dann Zeus nicht mehr rückgängig machen – das Feuer steht den Menschen auf der Erde fortan zur Verfügung. (Prometheus-Bild von Heinrich Füger, 1817)

Prometheus II, der Moderne

Der moderne Prometheus macht den Energiestrom, getragen durch die Strahlung der Sonne («Feuer des Himmels»), für den Antrieb technischer Prozesse auf der Erde verfügbar.

Sadi Carnot hat im Jahr 1824 in seinen « Réflexions sur la puissance motrice du feu » grundsätzliche Überlegungen zur maximal möglichen Nutzbarmachung von «Wärmestoff» zur Erzeugung von bewegender Kraft gemacht. Wir nennen diese mengenartige Grösse, welche er seinerzeit mit «Wärmestoff» bezeichnete, heute Entropie. Sadi Carnot hat damals die Wirkung des über ein Temperaturgefälle fliessenden «Wärmestoffs» (Entropie) anschaulich mit jener des über eine Gefällsstufe fliessenden Wassers verglichen.
Zur Zeit von Carnot wurde die Entropie bereits vornehmlich mittels Verbrennung fossiler Energieträger, damals vor allem Kohle, erzeugt; man nutzte also Depots an fossilen Energieträgern, so wie es bedenkenlos in den folgenden zwei Jahrhunderten in noch viel stärkerem Mass geschehen sollte.

Der moderne Prometheus hingegen, der im 19. Jahrhundert als Augustin Bernard Mouchot (1825-1912) erschien, wendete damals die theoretischen Überlegungen von Sadi Carnot erstmals nachhaltig an, indem er den primären und dominierenden, natürlicherweise fliessenden Energiestrom, nämlich den Energiestrom, getragen durch die Strahlung der Sonne, technisch nutzbar machte. Für diese Verfügbarmachung dieses nachhaltig fliessenden Energiestromes, zum Antrieb technischer Prozesse zwecks Bedürfnisbefriedigung der Menschen, gilt er als Pionier. Er begann erste Experimente mit einem Solarkocher, wobei er sich dabei auf die Untersuchungen von Horace-Bénédict de Saussure bezog. 1866 entwickelte er dann die erste Solar-Dampfmaschine («Heliopompe») bei der der Strahlungsenergiestrom der Sonne mit Hilfe eines Parabolspiegels auf einen Glaszylinder konzentriert wurde und dort Wasser zum Verdampfen brachte, womit dann eine Dampfmaschine betrieben werden konnte. Diese Technik der so angetriebenen Wärme-Kraft-Maschine entwickelte er weiter und erhielt dafür auf der Pariser Weltausstellung 1878 eine Goldmedaille.
Abel Pifre (1852–1928), ein Schüler von Mouchot, konstruierte 1882 die erste mit einer «Heliopompe» angetriebene Druckeinrichtung. Ein der Sonne nachführbarer Parabolspiegel mit 3.5 m Durchmesser fing die Strahlung der Sonne ein, erzeugte Dampf und trieb damit eine Dampfmaschine, welche derart, auch bei leicht bewölkten Bedingungen, einen mechanischen Energiestrom mit einer Intensität von ungefähr 300 W zum Antrieb der Druckmaschine verfügbar machte. Mit dieser Druckmaschine sei bei einem Anlass der "Union Francaise de la Jeunesse» im «Jardin des Tuileries», am 6. August 1882, das « Soleil-Journal » gedruckt worden; mit einem Ausstoss von fünfhundert Exemplaren pro Stunde.

Prometheus III, der Postmoderne

Der postmoderne Prometheus macht den Energiestrom, getragen durch die Strahlung der Sonne («Feuer des Himmels»), auf der Erde direkt als elektrischen Energiestrom verfügbar.

Der postmoderne Prometheus überwindet mit der Technik der Photovoltaik die moderne Maschinentechnik des 19. Jahrhunderts endgültig dadurch, dass er mit der Solarzelle die auf diese treffende Globalstrahlung (Direkt- und Diffus-Strahlung), ohne Schall und Rauch, ohne hohe Temperatur, ohne bewegliche Teile, weitestgehend verschleissfrei, so nutzt, dass der durch die Strahlung der Sonne zur Erde getragene Energiestrom, als Antriebs-Energiestrom, getragen durch den elektrischen Ladungsstrom, auf dem elektrischen Spannungspotential, verfügbar wird.

Die natürlicherweise fliessenden Energieströme, getragen durch Fliessgewässer, Windströmungen etc. wurden früh für technische Prozessantriebe (Mühlen, Sägen, Ölen, Schmieden etc.) verfügbar gemacht und zwar dort wo das Potential gross war, also bei Fliessgewässern an Stellen mit grossem Gefälle, wo das Gravitationspotential gross war, bei Windmühlen dort, wo das Windgeschwindigkeitspotential gross war. Im Zuge der Industrialisierung wurden dann auch erste Industriebetriebe dort angesiedelt und innerhalb dieser Betriebe wurde der Energiestrom mittels Transmission vom Hauptantrieb (z.B. Wasserrad) zu den einzelnen Maschinen übertragen. Dabei trägt der Nettoimpulsstrom, also die Kraft, welche vom Riemen auf das Rad übergeht, auf dem Geschwindigkeitspotential, der Umfangsgeschwindigkeit des Rades, einen mechanischen Energiestrom. Diese Kraftübertragung, bzw. die Transmission von mechanischen Energieströmen (P=Ip*v [W]) mittels Impulsstrom Ip [N], auf dem Potential der Geschwindigkeit v [m/s] konnte dann im ausgehenden 19. Jahrhundert durch die elektrische «Kraft»-Übertragung ersetzt werden. Dabei trägt nun der el. Ladungsstrom I  [A] auf dem Potential der el. Spannung U [V] den Energiestrom (P=I*U [W]) ohne grössere Probleme über weite Distanzen. So wurden diese ersten Einrichtungen auch als elektrische Kraftübertragung bezeichnet. Die Gewerbe- und die Industriebetriebe konnten nun mit der elektrischen «Kraft»-Übertragung versorgt werden und waren somit nicht mehr an Standorte mit natürlicherweise vorbeifliessenden Energieströmen mit grossem Potentialgefälle gebunden, um ihre Prozesse nachhaltig zu betreiben. In der Bezeichnung Kraftwerk, wie z.B. auch Photovoltaik-Kraftwerk, blieb diese historische Errungenschaft bis heute erhalten.

Der postmoderne Prometheus bietet uns also dort, wo der dominierende, nachhaltig fliessende Energiestrom von der Sonne auf die Erde trifft, d.h. fast zu Beginn der Energiekaskade, eine effiziente, lautlose Kraftwerktechnik, welche mit geringen Unterhalts- und Betriebsaufwendungen diesen nachhaltig fliessenden Energiestrom als elektrische «Kraft», also auf dem modernen (und postmodernen) Energieträger Elektrizität, zum Antrieb der Prozesse für die Befriedigung unserer Bedürfnisse, verfügbar macht.