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Unter dem Begriff der Photovoltaik versteht sich die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie (= Solarstrom). Der Umwandlungsvorgang findet durch Nutzen des von Alexander Bequerel entdeckten photoelektrischen Effekts an speziellen Solarzellen statt. Unter dem Photoeffekt versteht man die energetische Freisetzung von positiven und negativen Ladungsträgern in einem Festkörper, hier der Solarzelle, unter Lichteinstrahlung.

Die Solarzelle ist aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien (Substanzen, die unter Licht oder Wärmeeinfluss elektrisch leitfähig werden) zusammengesetzt, wobei knapp 95 Prozent dieser Halbleiter aus dem chemischen Element Silizium bestehen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen drei Zelltypen, je nachdem, welche Kristallart in der Solarzelle vorliegt. Es gibt monokristalline, polykristalline und sogenannte Dünnschichtzellen. Da man zur Herstellung der monokristallinen Zellen reines Siliziumhalbleitermaterial aus einkristallinen Stäben benötigt, ist der Energieertrag bei diesen Zellen höher als bei polykristallinen Zellen mit großen Kristallstrukturen, an deren Grenzen kleine Brüche auftreten können. Polykristalline Solarmodule sind dafür preiswerter. Einen noch geringeren Wirkungsgrad weisen die neu entwickelten Dünnschichtzellen auf. In diesem Fall wird eine dünne Siliziumschicht auf ein Substrat wie zum Beispiel Glas aufgesetzt, was Dünnschichtzellen zu der kostengünstigsten Alternative werden lässt. In der Regel werden mehrere Solarzellen zu großen Aggregaten, den Solarmodulen zusammengeschaltet um geeignete Leistungen erzielen zu können. Auch die Solarmodule können untereinander in einer Photovoltaikanlage verschaltet werden, um einen höheren Ertrag zu erzielen.

Die durch Solaranlage gewonnene Elektrizität kann nun auf zweifachem Wege genutzt werden. Zum einen kann sie in Akkumulatoren bzw. Batterien gespeichert und direkt an Ort und Stelle verbraucht werden (z.B. oft als Inselanlage in Ferienhäusern oder Wohnmobilen genutzt), zum anderen, und das ist der gängige Weg, wird die Energie in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Dafür muss die von den Solarzellen erzeugte Gleichspannung allerdings mithilfe eines Wechselrichters in die übliche Wechselspannung umgewandelt werden. Photovoltaik ist neben der Solarthermie ein Teil der Solartechnik und ein wichtiger Faktor der erneuerbaren Energien, die aktuell durch das EEG (erneuerbare Energien Gesetz) gefördert werden und in Deutschland immer mehr Zuspruch finden.

Die Leistung eines Photovoltaik-Moduls wird in kWpeak (kWp) angegeben und beschreibt die Leistung unter genormten Testbedingungen (1.000 W/m2 Einstrahlung, 25 °C Modultemperatur). Im Jahr 1839 wurde das den Solarzellen zugrundeliegende Phänomen, der Photoeffekt, von dem französischen Physiker Alexandre-Edmond Becquerel entdeckt. Die photovoltaische Zelle wurde jedoch erst um 1950 entwickelt. Seither werden Solarzellen beispielsweise für die Raumfahrt, für Taschenrechner, Uhren und Notrufsäulen verwendet.

Verfrühte Euphorie ist jedoch fehl am Platz, weil zur Zeit der Photovoltaik-Anteil am Stromverbrauch der Bundesrepublik bei unter 1 % liegt. Bis zum Jahr 2050 hält es die Unternehmensvereinigung Solarwirtschaft (UVS) jedoch für möglich, dass der Anteil der Solarenergie auf rund 15 bis 20 % der Strom- und Wärmeversorgung steigt.
Ende 2003 lag Deutschland mit einer installierten PV-Leistung von 400 Megawatt (verzehnfacht seit 1998) weltweit auf Platz zwei hinter Japan, dass allein über mehr als ein Drittel der weltweit aufgestellten Module verfügt. Die weltweit installierte Solarstromkapazität hat zum Ende des Jahres 2003 erstmals die Marke von 2.000 MW überstiegen.

Man kann sagen, dass die Photovoltaik im Vergleich zur Windenergie einen Rückstand von zehn Jahren aufweist. Darin begründet liegt auch der immer noch relativ hohe Preis für Solarstrom.

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