Die mittlere jährliche Einstrahlung der Sonne beträgt in Europa zwischen 1752 kWh/m2 in Südspanien und 876 kWh/m2 im Norden Großbritanniens. In anderen Regionen der Erde, etwa in der Sahara, erreicht sie bis zum 2200 kWh/m2. Für Deutschland beträgt der Mittelwert etwa 1000 kWh/m2. Mit Solarzellen in Strom verwandeln läßt sich jedoch nur ein Bruchteil davon. (Karte zum Vergrößern anklicken)

Die Solarzelle - ein komplettes Mini-Kraftwerk

Man spricht von Photovoltaik, wenn die Energie des Sonnenlichts mit Solarzellen in Strom verwandelt wird. Das griechische "photo" steht dabei für Licht, während "Voltaik" vom Namen des italienischen Physikers Alessandro Volta abgeleitet ist, dem die Erforschung der Elektrizität viel verdankt und nach dem deshalb auch die Maßeinheit Volt für die elektrische Spannung benannt wurde.

Von der Photovoltaik zu unterscheiden ist die solarthermische Stromgewinnung, bei der die Wärme der Sonne zur Erhitzung von Wasser oder eines anderen geeigneten Mediums verwendet wird, um die so gewonnene Energie wiederum in Strom zu verwandeln.

Im Grunde gehen alle fossilen und erneuerbaren Energien auf die Sonne zurück. Das gilt für Kohle, Erdgas und Öl ebenso wie für Wasserkraft, Windenergie, Biogas oder nachwachsende pflanzliche Rohstoffe. Die Photovoltaik ist aber sicher die eleganteste Art, die Sonnenenergie in Strom zu verwandeln: Man braucht lediglich die Solarzelle dem Licht auszusetzen und an ihren Kontakten den elektrischen Strom abzugreifen. Die Solarzelle stellt sozusagen ein elektrisches Mini-Kraftwerk dar. Sie ersetzt Dampfkessel, Turbine und Generator.

Die Solarzelle leistet sogar noch mehr: Sie überspringt selbst den Vorgang der Photosynthese, der die Voraussetzung für pflanzliches Leben ist und dem wir deshalb unsere vor Jahrmillionen entstandenen Vorräte an Kohle, Öl und Gas verdanken. Sie wandelt die Sonnenenergie ganz unmittelbar in Strom um.

Früher ging man davon aus, daß der Wirkungsgrad von Solarzellen, je nach Material, theoretisch an die 30 % betragen könnte. Nach einer Neuberechnung des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart liegt er sogar bei 43 %. In der Praxis werden gegenwärtig etwa 13 bis 15 % erzielt, unter günstigen Bedingungen bis zu 18 % und im Labor noch mehr. Damit ist der Wirkungsgrad in jedem Falle erheblich größer als bei der pflanzlichen Photosynthese (2 %).

Wenn die Photovoltaik bisher dennoch nur einen verschwindend geringen Anteil an der Deckung des gesamten Strombedarfs hat, so liegt dies weniger an ihrem Wirkungsgrad als an den bislang noch hohen Herstellungskosten in Verbindung mit der grundsätzlich geringen "Leistungsdichte" der Sonnenstrahlung. Diese beträgt nämlich höchstens 1 Kilowatt je Quadratmeter. Dies bedeutet in sonnenreichen Gegenden eine nutzbare Leistung von jährlich etwa 2200 kWh je Quadratmeter, in unseren Breiten jedoch nur etwa 1000 kWh je Quadratmeter. Es ist also viel Fläche erforderlich, um mit Hilfe der Photovoltaik größere Leistungen erzielen zu können. Hinzu kommt, daß die Herstellung von Solarzellen zunächst mal einen beträchtlichen Energieaufwand erfordert. Und dieser Energieaufwand wird erneut fällig, wenn sie ausgedient haben und deshalb ersetzt werden müssen. Die Lebensdauer von Zellen aus Silizium wird derzeit auf rund dreißig Jahre veranschlagt.