Die Photovoltaik-Technologie, bei der Solarzellen zur Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität verwendet werden, hat in den letzten Jahren als erneuerbare Energiequelle zunehmend an Bedeutung gewonnen. Obwohl die Grundprinzipien der Photovoltaik schon seit mehr als einem Jahrhundert bekannt sind, wurden erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts praktische Anwendungen dieser Technologie entwickelt.
Die Geburtsstunde der Fotovoltaik
1839 entdeckte der französische Physiker Alexandre-Edmond Becquerel bei einem physikalischen Experiment, dass bei der Beleuchtung zweier Metallelektroden in einer leitenden Flüssigkeit ein Strom zwischen den Elektroden floss, ein Phänomen, das er als photovoltaischen Effekt bezeichnete. Zu Ehren seiner Entdeckung wird der photovoltaische Effekt auch als "Becquerel-Effekt" bezeichnet.
1883 erfand der amerikanische Erfinder Charles Fritts die erste Solarzelle, indem er einen Selen-Halbleiter mit einer sehr dünnen Goldschicht überzog, um einen Halbleiter-Metall-Übergang zu bilden. Der Umwandlungswirkungsgrad des Geräts betrug nur etwa 1 %, aber es zeigte das Potenzial der Photovoltaik als Mittel zur Stromerzeugung.
In den folgenden Jahrzehnten experimentierten die Forscher weiter mit verschiedenen Solarzellenmaterialien und -designs, mit unterschiedlichem Erfolg.
Im Jahr 1954 entwickelten Forscher der Bell Labs, darunter Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson, die erste monokristalline Silizium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 6 %. Dieser Durchbruch war die Geburtsstunde der Photovoltaik-Technologie.
Die Entwicklung der Fotovoltaik-Technologie
Die Ölkrise in den 1970er Jahren trug ebenfalls dazu bei, das Interesse an erneuerbaren Energiequellen, einschließlich der Solarenergie, zu wecken.
Am 17. März 1958 wurde der zweite künstliche US-Satellit mit einer Trägerrakete ins All geschossen, die chemische und photovoltaische Zellen verwendete. Dieser kleine Satellit legte den Grundstein für den Einsatz von Solarzellen, die seither schrittweise für die Weltraumforschung weiterentwickelt wurden.
1976 beschloss die australische Regierung, das gesamte Telekommunikationsnetz im Outback mit photovoltaischen Zellstationen zu betreiben.
Seit 1983 nutzt die US-Küstenwache die Photovoltaik zur Stromversorgung ihrer Leuchtfeuer und Navigationslichter. Zu diesem Zeitpunkt lag der Anteil der USA am weltweiten PV-Markt bei etwa 21 %, wobei der PV-Markt hauptsächlich Lösungen für Inselsysteme anbot.
Nach 2007 setzte sich die Technologie der PV-Stromerzeugung weiter durch, und zur gleichen Zeit, als sich das globale Konzept des kohlenstoffarmen Lebens weiter verbreitete, trat die Solarenergie weltweit in eine rasche Entwicklungsphase ein, und die Länder führten staatliche Subventionen ein.
Von 2008 bis 2013 lag die jährliche Wachstumsrate der neuen PV-Installationen bei über 50 % und erreichte 2011 sogar fast 80 %.
Heute wird die PV-Technologie in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von kleinen Solarmodulen für Privathaushalte und Unternehmen bis hin zu großen Solarkraftwerken, die ganze Gemeinden mit Strom versorgen. Weltweit werden bereits jetzt jährlich neue PV-Kapazitäten installiert, von 16 GW im Jahr 2010 bis 260 GW im Jahr 2022.
Trotz der vielen Fortschritte in der PV-Technologie gibt es noch viele Herausforderungen zu bewältigen. Eine der größten Hürden sind die hohen Kosten für die Herstellung und Installation von Solarmodulen, die in den letzten Jahren stetig gesunken sind. Die Entwicklung der Zelltechnologie in der Photovoltaik-Industrie hat viele Phasen durchlaufen, und unabhängig davon ist das Potenzial der Photovoltaik-Technologie zur Bereitstellung sauberer, erneuerbarer Energie unbestreitbar.
Mit fortschreitender Forschung und Entwicklung werden wir in den kommenden Jahren wahrscheinlich effizientere und erschwinglichere Solarzellen sehen, die dazu beitragen, unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und die Auswirkungen des Klimawandels abzumildern.
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