Vor 70 Jahren macht ein Forscher in den USA eine revolutionäre Entdeckung: die Solarzelle. Ursprünglich nur zur Versorgung eines Telefons genutzt, hat sie heute einen wahren Triumphzug hinter sich und ist zur tragenden Säule des globalen Energiesystems avanciert.

Der US-Physiker Daryl Chapin präsentierte vor 70 Jahren die erste praktisch nutzbare Solarzelle der Welt. Damals hätte er wohl kaum erwartet, dass die neue Form der Stromerzeugung 2024 quasi durch die Decke geht. Die Welt sei, sagen Fachleute, dank enormer Wachstumsraten ins „Solarzeitalter“ eingetreten, und manche prognostizieren sogar schon einen künftigen „Überfluss an Energie“.

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Die Geschichte der Solarenergie begann in den „Bell Labs“, der legendären Forschungsabteilung der US-Telefongesellschaft AT & T. Chapin bekam den Auftrag, eine autarke Stromquelle zu entwickeln, die auch in Regionen ohne Elektrizitätsnetz und unter den extremen Klimabedingungen tropischer Länder funktionieren würde. Zuerst dachte er an Windräder oder Dampfmaschinen, er entschied sich dann aber dafür, die Energie der Sonne anzuzapfen. Erste Versuche mit Selen als Lichtleiter fielen enttäuschend aus, doch mit Silizium funktionierte es. Chapin und seine Kollegen dotierten einen Siliziumkristall mit verschiedenen Atomsorten, um Leitfähigkeit herzustellen, der Durchbruch kam mit Bor und Arsen. Es entstanden die ersten Solarzellen, die immerhin sechs Prozent des Lichts in Strom umwandelten.

So stark ist die Solarenergie gewachsen

Chapin präsentierte seine Erfindung 1954 der Presse. Auf einer Wiese hinter den Bell Labs in New Jersey nutzte er eine Solarzelle, die so groß wie eine Zigarettenschachtel war und ein Telefon, das damit gespeist wurde. Ein Kollege Chapins sprach in den Hörer: „This is a demonstration of the Bell solar battery in practical application. Do you hear me?“. Ein weiterer Kollege, 100 Meter entfernt postiert, lauschte in das Gegenstück – und winkte zurück, um zu signalisieren, dass die Nachricht verstanden worden war. Die „New York Times“ titelte dazu am nächsten Tag auf ihrer Frontseite: „Die enorme Kraft der Sonne wird durch eine Batterie mit Sand als Inhaltsstoff angezapft“. Und führte dazu aus: „Die Sonne schüttet täglich mehr als eine Billiarde Kilowattstunden Energie aus, das ist mehr als der Energiegehalt aller Vorkommen von Kohle, Erdöl, Erdgas und Uran in der Erdkruste“.

Lange Zeit blieb die Solarstromproduktion trotzdem eine Nischenanwendung, etwa in der Weltraumtechnik, um Satelliten und Raumsonden mit Elektrizität zu versorgen. Erst ab den 1990er-Jahren nahm die Verbreitung von Solaranlagen vor allem auf Hausdächern durch erste Förderprogramme in Deutschland, Japan und den USA Fahrt auf.

Photovoltaik dank weltweit zur wachstumsstärksten Energieform geworden

Der echte Aufschwung kam 2000 mit dem deutschen Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), das weltweit nachgeahmt wurde. Lange sah es aus, als könnte die Photovoltaik mit den Stromgestehungskosten der fossilen Energien und der Atomkraft nicht mithalten. Um die neue Energieform rentabel zu machen, bekamen die Solaranlagenpioniere per EEG pro Kilowattstunde ins Netz eingespeistem Strom stolze 99 Pfennig vergütet, umgerechnet rund 50 Cent.

Inzwischen aber ist die Photovoltaik dank enormer Verbilligung weltweit zur wachstumsstärksten Energieform geworden. Allein im vorigen Jahr hat sich der globale Photovoltaikzubau laut dem „Global Market Outlook for Solar Power 2024-2028“, der vom Verband Solar Power Europe herausgegeben wird, fast verdoppelt. Um zu verdeutlichen, was das heißt, rechnet er vor: Die neuen Anlagen reichen rechnerisch aus, um mehr als die Hälfte des jährlichen Strombedarfs Indiens oder mehr als den Verbrauch der acht europäischen Länder Schweden, Niederlanden, Belgien, Finnland, Tschechien, Österreich, Portugal und Griechenland zusammen zu decken. Die Chefin von Solar Power Europe, Walburga Hemetsberger, kommentierte das kürzlich mit den Worten: „Die Welt ist wirklich in ihr Solarzeitalter eingetreten. Der Himmel ist nicht mehr die Grenze“.

Tatsächlich ist die Photovoltaik unter allen Erneuerbaren-Optionen am stärksten auf dem Vormarsch, vor Windkraft, Biomassenutzung, Geothermie und Gezeitenenergie. Im letzten Jahr stand sie bereits für 78 Prozent der global neu installierten Ökostromkapazitäten. Dies spiegelt sich auch im „World Energy Investment 2024“-Bericht der Internationalen Energieagentur IEA wider, der zeigt, dass die Investitionen in Solar-PV im Jahr 2023 die aller anderen Energiequellen zusammen übertrafen. Im Jahr 2022 wurde mit einem Terawatt globaler Gesamtleistung nach drei Jahrzehnten Photovoltaikförderung ein erster Meilenstein erreicht, bereits in diesem Jahr dürften es zwei Terawatt werden – eine weitere Verdopplung in nur zwei Jahren.

Der Siegeszug des Solarstroms läuft in praktisch allen Weltregionen. Die weltweit größten Solarparks stehen in sonnenintensiven Wüstenregionen mit Maximalleistungen von 2000 Megawatt und mehr, die meisten in China, Indien und im Nahen Osten. Auch in den USA, Mexiko und Südeuropa gibt es Anlagen mit über 500 Megawatt. China, wo inzwischen über 90 Prozent der Solarzellen und -module weltweit produziert werden, liegt beim Zubau mit Abstand an der Spitze. Im letzten Jahr hat das Land alleine 57 Prozent der weltweiten Kapazität – 253 Gigawatt – installiert und damit genauso viel, wie 2022 weltweit insgesamt zugebaut wurde.

Solarenergie: Konkurrenzlos niedrige Stromentstehungskosten

Die Entwicklung im Nahen Osten und Nordafrika ist auch deswegen interessant, weil damit die alte, dafür konzipierte „Desertec-Wüstenstrom“-Idee eine Renaissance erfahren könnte, die 2009 in Deutschland vorgestellt wurde. Ziel war damals die zunehmende Versorgung der Region und teilweise auch Europas mit Ökoenergie. Laut dem Industriebündnis „Dii Desert Energy“ gibt es in der Region inzwischen 200 Solar- (und Windkraft-)Projekte mit einer installierten Kapazität von rund 27 Gigawatt. „Damit wurde mehr erreicht, als wir vor 15 Jahren erwarten konnten“, sagte kürzlich Mitgründer Paul van Son.

Hauptgrund für die Expansion sind die konkurrenzlos niedrigen Stromentstehungskosten, vor allem im Sonnengürtel der Erde. Große Solarkraftwerke liefern dort die Kilowattstunde bereits für ein bis zwei Cent, im weltweiten Schnitt kam die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien (Irena) in einem Report für 2022 auf rund 4,5 Cent. Das ist deutlich günstiger als Elektrizität aus neuen fossilen Kraftwerken, in denen laut dem Bericht bis zu 22 Cent fällig werden. Selbst wenn man die Kosten für Elektrizitätsspeicher und Flexibilisierung des Netzes hinzurechnet, die wegen der fluktuierenden Einspeisung des Solarstroms nötig werden, wird dieser zunehmend konkurrenzfähig.

Der renommierte Erneuerbare-Energien-Experte Professor Christian Breyer von der Technischen Universität Lappeenranta in Finnland erwartet denn auch, dass die Photovoltaik Mitte des Jahrhunderts der absolut wichtigste Stützpfeiler des Elektrizitätssystems weltweit sein wird. Er schätzt, dass ihr Anteil am globalen Strommix dann bei 76 Prozent liegen wird. Dazu beitragen wird nach seiner Meinung, dass die Batteriespeichertechnik ebenfalls große Fortschritte macht. Neben den etablierten Lithium-, Kobalt- und Nickelbatterien würden jetzt auch Natrium-Ionen-Batterien auf den Markt gebracht, die wegen des gut verfügbaren Rohstoffs Natrium deutlich billiger angeboten werden könnten. Laut dem US-Wirtschaftsmagazin „Clean Thinking“ liegt ihr Preis bereits 40 Prozent niedriger.

Politik muss sich darauf konzentrierten, dem Solarstrom die Bahn freizumachen

Auch andere Fachleute glauben an den Siegeszug der Solartechnik. Ein Forschungsteam der britischen Universität in Exeter, das im letzten Jahr die Entwicklungsdynamik der Technologie untersucht hat, schätzt, der „Wendepunkt“, ab dem sich diese Entwicklung kaum noch aufhalten lasse, sei bereits überschritten. Die Gruppe um Femke Nijsse vom dortigen „Global Systems Institute“ geht davon aus, dass es weiterhin schnelle Innovationen geben wird, die die Solarstromnutzung von selbst immer attraktiver machen.

Die klassische Förderung der Photovoltaik, etwa durch Einspeisevergütungen oder Subventionen, wird damit immer unwichtiger. Die Politik müsse sich vielmehr darauf konzentrierten, dem Solarstrom die Bahn freizumachen, meinen denn auch Nijsse und Co. – unter anderem durch Förderung von Investitionen in ergänzende erneuerbare Energien wie Windkraft und Biomasse, in effiziente Stromspeicher und Fernleitungsnetze, die verschiedene Regionen miteinander verbinden. Außerdem seien Maßnahmen zur Nachfragesteuerung gefragt, etwa über Anreize zum Aufladen von E-Autos zu Zeiten außerhalb der Spitzenlast. Ein weiterer Punkt betrifft die globale Finanzierung des Solarausbaus: Sie müsse vor allem in ärmeren Ländern, insbesondere in Afrika, verbessert werden.

Also unter dem Strich doch Hoffnung für die Energiewende und die Klimaziele? Zumindest für den Stromsektor scheint das zu gelten. „Es geht schneller als erwartet“, kommentiert Professor Niklas Höhne vom New Climate Institute, einem Thinktank mit Sitz in Köln, die aktuelle Entwicklung. „Vor allem die Photovoltaik wird extrem schnell ausgebaut. Und zwar so schnell, dass sie mit dem 1,5-Grad-Celsius-Ziel übereinstimmt.“

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