Im Laufe der Geschichte war Sonnenenergie im Leben unseres Planeten stets präsent. Diese Energiequelle war schon immer unabdingbar für die Entwicklung des Lebens. Im Laufe der Zeit hat die Menschheit die Strategien zu ihrer Nutzung verbessert.
Die Sonne ist für die Existenz des Lebens auf dem Planeten von entscheidender Bedeutung: Sie ist für den Wasserkreislauf, die Photosynthese usw. verantwortlich. Dies war den frühesten Zivilisationen bewusst und im Zuge ihrer Entwicklung entwickelten sich auch die Techniken zur Nutzung ihrer Energie.
Zunächst handelte es sich dabei um Techniken zur passiven Nutzung der Sonnenenergie. Später wurden Techniken entwickelt, um aus den Sonnenstrahlen thermische Solarenergie zu gewinnen. Später kam zur Gewinnung elektrischer Energie noch die Photovoltaik als Solarenergie hinzu.
Bedeutung der Sonne für alte Zivilisationen
Die Sonne war schon immer ein wesentliches Element für die Entwicklung des Lebens. Die primitivsten Kulturen haben indirekt und ohne sich dessen bewusst zu sein davon profitiert.
Beispiele dieser Zivilisationen finden sich in Griechenland, Ägypten, dem Inkareich, Mesopotamien, dem Aztekenreich usw.
Einführung in die Nutzung passiver Solarenergie
Die Griechen waren die ersten, die die passive Sonnenenergie bewusst nutzten.
Etwa ab 400 v. Chr. begannen die Griechen, ihre Häuser unter Berücksichtigung der Sonneneinstrahlung zu bauen. Dies waren die Anfänge der bioklimatischen Architektur.
Im Römischen Reich wurde Glas erstmals in Fenstern verwendet, um das Licht zu nutzen und die Sonnenwärme in Häusern einzufangen. Sie haben sogar Gesetze erlassen, die es unter Strafe stellen, den Bürgern den Zugang zu Elektrizität zu versperren.
Die Römer waren die ersten, die Glashäuser oder Gewächshäuser bauten. Diese Konstruktionen ermöglichten die Schaffung geeigneter Bedingungen für das Wachstum exotischer Pflanzen oder von weit hergebrachter Samen. Diese Konstruktionen werden auch heute noch verwendet.
Eine andere Form der Solarnutzung wurde ursprünglich von Archimedes entwickelt. Zu seinen militärischen Erfindungen zählte unter anderem die Entwicklung eines Systems zum Brandsetzen feindlicher Flottenschiffe mithilfe von Spiegeln, die die Sonnenstrahlung auf einen einzigen Punkt konzentrieren.
Diese Technik wurde weiter perfektioniert. Im Jahr 1792 entwickelte Lavoisier seinen „Sonnenofen“, der aus zwei leistungsstarken Linsen bestand, die die Sonnenstrahlung bündelten. Durch die Konzentration der Sonnenstrahlung konnten hohe Temperaturen erreicht werden, mit denen Metalle geschmolzen werden konnten.
Im Jahr 1874 entwarf und leitete der Engländer Charles Wilson für das Salpeterwerk Lastenia Salinas eine Anlage zur Destillation von Meerwasser in der Atacama-Wüste (Chile). Dieses Solarkraftwerk hatte die Kapazität, durchschnittlich 22.500 Liter Wasser pro Tag zu entsalzen.
Die ersten Sonnenkollektoren: Solarthermie
In der Geschichte der Solarenergie nimmt die Solarthermie ihren Platz ab dem Jahr 1767 ein. In diesem Jahr erfand der Schweizer Wissenschaftler Horace Bénédict De Saussure das Heliothermometer, ein Instrument, mit dem die Sonnenstrahlung gemessen werden konnte. Aus der Weiterentwicklung seiner Erfindung entstanden die heutigen Instrumente zur Messung der Sonnenstrahlung.
1865 schuf der französische Erfinder Auguste Mouchout die erste Maschine, die Sonnenenergie in mechanische Energie umwandelte. Der Mechanismus bestand darin, mithilfe eines Sonnenkollektors Dampf zu erzeugen und durch den Druck einen Motor anzutreiben. Leider verhinderten die hohen Kosten eine kommerzielle Nutzung seiner Erfindung.
Mouchout war eine wichtige Persönlichkeit der französischen Gesellschaft. Neben der Entwicklung der ersten Solardampfmaschine entwickelte er noch weitere Erfindungen. Mouchout erfand einen Solarkocher, der aus einem mit schwarzem Glas bedeckten Tank bestand, der der Sonne ausgesetzt war. Auf der Seite des Tanks, die der Sonne nicht ausgesetzt war, platzierte er einen parabolischen zylindrischen Spiegel, um die Sonnenstrahlung zu reflektieren.
Es wurde sogar eine solarbetriebene Druckerpresse erfunden. Eine Erfindung, die von Abel Pifre entwickelt wurde.
Die ersten Photovoltaikzellen
Im Jahr 1838 erschien die photovoltaische Solarenergie in der Geschichte der Solarenergie.
1838 entdeckte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel erstmals den Photovoltaikeffekt. Becquerel experimentierte mit einer Elektrolysezelle mit Platinelektroden und stellte fest, dass die elektrische Stromstärke bei Sonneneinstrahlung zunahm.
Der nächste Schritt erfolgte 1873. Der englische Elektroingenieur Willoughby Smith entdeckte den photoelektrischen Effekt in Festkörpern. In diesem Fall über Selenium.
Einige Jahre später, im Jahr 1877, entdeckten der Engländer William Grylls Adams, Professor für Naturphilosophie am King's College London, zusammen mit seinem Studenten Richard Evans Day, dass Selen unter Lichteinwirkung Elektrizität erzeugt. Auf diese Weise schufen sie die erste Selen-Photovoltaikzelle.
1953 entdeckten Calvin Fuller, Gerald Pearson und Daryl Chapin die Silizium-Solarzelle. Diese Zelle produzierte genügend Strom und war effizient genug, um kleine elektrische Geräte zu betreiben.
Kommerziell erhältliche Photovoltaikmodule kamen erst ab 1956 auf den Markt. Damals waren die Kosten für die meisten Menschen noch zu hoch. Bis etwa 1970 sank der Preis für Photovoltaik-Solarmodule um fast 80 %.
Solarzellen wurden in US-amerikanischen und sowjetischen Satelliten verwendet, die ab den späten 1950er Jahren gestartet wurden.
Vorübergehender Verzicht auf die Nutzung von Solarenergie
Mit dem Aufkommen fossiler Brennstoffe verlor die Solarenergie an Bedeutung. Die niedrigen Kosten für Kohle und Öl sowie die Nutzung nicht erneuerbarer Energiequellen behinderten die Solartechnologie.
Bis Mitte der 1950er Jahre gab es in der Solarindustrie ein starkes Wachstum. Zu dieser Zeit waren die Kosten für die Förderung fossiler Brennstoffe wie Erdgas und Kohle sehr niedrig. Aus diesem Grund gewann die Nutzung fossiler Brennstoffe als Energiequelle und zur Wärmeerzeugung eine große Bedeutung. Solarenergie galt damals als teuer und wurde für industrielle Zwecke nicht mehr eingesetzt.
Die Wiederauferstehung der Solarenergie
In diesen Jahren stiegen die Preise für fossile Brennstoffe. Dieser Anstieg führte zu einer erneuten Nutzung der Solarenergie zur Beheizung von Häusern und zur Warmwasserbereitung sowie zur Stromerzeugung. Photovoltaikmodule sind besonders für Häuser ohne Netzanschluss sinnvoll.
Abgesehen vom Preis waren Warmwasserbereiter mit Gas und Kohle in Privathaushalten auch deshalb gefährlich, weil bei unsachgemäßer Verbrennung giftige Gase und Kohlenmonoxid entstehen konnten.
Der erste Solarwarmwasserbereiter wurde 1891 von Clarence Kemp patentiert.
In diesem Sinne erfand Charles Greeley Abbott 1936 den Solarwarmwasserbereiter. Seine Erfindung wurde zu dieser Zeit in Florida, Kalifornien und anderen Orten der USA populär.
Der Golfkrieg des Jahres 1990 verstärkte das Interesse an Solarenergie als praktikable Alternative zum Erdöl noch weiter.
Viele Länder haben beschlossen, diesen erneuerbaren Rohstoff durch gesetzliche Verordnungen zu fördern, die seine Nutzung unterstützen. Vor allem um zu versuchen, die durch den Klimawandel entstehenden Umweltprobleme umzukehren.
Ausgewählte Erfindungen nach Datum und Erfinder
Hier sind einige bemerkenswerte Erfindungen in der Geschichte der Solarenergie mit ihren Daten und Erfindern:
19. Jahrhundert: Die ersten Fortschritte
- 1839 – Photovoltaikeffekt (Alexandre Edmond Becquerel): Er entdeckte, dass bestimmte Materialien bei Lichteinwirkung elektrischen Strom erzeugen.
- 1866 – Erster Solarmotor (Auguste Mouchout) : Er entwickelte eine solarbetriebene Dampfmaschine, eines der ersten praktischen Geräte.
- 1883 – Erste Selen-Solarzelle (Charles Fritts) : Er baute die erste funktionsfähige Photovoltaikzelle, allerdings mit einem Wirkungsgrad von lediglich 1 %.
20. Jahrhundert: Entwicklung der modernen Solarenergie
- 1905 – Erklärung des photoelektrischen Effekts (Albert Einstein): Seine Arbeiten über die Natur des Lichts und den photoelektrischen Effekt legten den Grundstein für die Entwicklung moderner Solarzellen (Nobelpreis 1921).
- 1954 – Erste Silizium-Solarzelle (Bell Labs: Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson) : Sie entwickelten die erste Silizium-Photovoltaikzelle mit einem Wirkungsgrad von 6 % und markierten damit den Beginn der kommerziellen Solarenergie.
- 1958 – Nutzung von Solarenergie im Weltraum (NASA, Satellit Vanguard I): Erster durch Solarzellen angetriebener Satellit, der die Machbarkeit der Nutzung von Solarenergie im Weltraum demonstriert.
21. Jahrhundert: Jüngste Innovationen
- 1994 – Erste Solarzelle mit über 30 % Wirkungsgrad (NREL, USA): Mit Mehrfachzellen wurde ein Rekordwirkungsgrad erreicht.
- 2016 – Ultradünne, flexible Solarmodule (MIT und andere Institutionen) : Fortschritte bei Materialien ermöglichen die Integration von Solarzellen auf mehr Oberflächen.