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Die Entdeckung des lichtelektrischen Effekts

Die Geschichte der Photovoltaik beginnt im Jahr 1839 mit der Entdeckung des photoelektrischen Effekts. Jedoch dauerte es noch über einhundert Jahre, bis es zu einer ernsthaften Anwendung in der Energieversorgung kam. Nachfolgend ein Abriss der Historie und heutigen Nutzung mit Satelliten, auf Hausdächern und an Fassaden.

Es war der 19-jährige französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel, der 1839 im Labor seines Vaters eine besondere Erfahrung machte: Bei Experimenten mit elektrolytischen Zellen maß er den zwischen Platin-Anode und Platin-Kathode einen Stromfluss. Er stellte dabei fest, dass dieser Strom bei Lichteinfall geringfügig größer war als im Dunkeln.

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Damit war die Grundlage der Photovoltaik entdeckt. Für diesen lichtelektrischen Effekt lieferte erst Albert Einstein 1907 eine theoretische Erklärung, die auf seiner Lichtquantenhypothese von 1905 beruhte. Für diese Erkenntnis erhielt Einstein 1921 den Nobelpreis für Physik.

Der amerikanische Elektrochemiker an den Bell Laboratories, Russell Ohl, stellte 1940 bei wissenschaftlichen Versuchen unerwartet fest, dass bei Beleuchtung einer von ihm untersuchten Siliziumprobe das angeschlossene Messgerät eine Änderung anzeigte: Er bemerkte, dass durch die Beleuchtung des Siliziums ein Stromfluss erzeugt werden konnte. Weitere Untersuchungen bestätigte sein Ergebnis.

Die erste nutzbare Photovoltaikzelle auf Basis von Silizium wurde schließlich 1954 entwickelt; sie hatte einen Wirkungsgrad von 5%. Vier Jahre später stellten die USA mit Vanguard 1 den ersten mit Solarenergie versorgten Satelliten vor. Er hatte einen Durchmesser von 16,5 cm und wog 1,47 kg.

Durch Photovoltaik mit Energie versorgt konnte er sieben Jahre lang (bis 1964) aus dem Orbit Signale senden, aus der man seine Flugbahn berechnete und daraus auch Erkenntnisse über die Form der Erde abgeleitet wurden. Vanguard erreichte eine Umlaufbahn zwischen 654 und 3969 km Höhe (Bahnneigung 34°).

Aufgrund des kosmischen Strahlungsdrucks wurde der Satellit jedoch binnen 28 Monate um 1600 m aus seiner Bahn verschoben. Dennoch: Auch nach 56 Jahren (Stand 2014) befindet er sich weiterhin in einer stabilen Umlaufbahn, die er laut Experten (Astronews.com) voraussichtlich weitere 240 Jahre bis zum Absturz beibehalten könnte.

6000 Solarzellen liefern 40 W Leistung

Intelsat I F1 (Early Bird) war 1965 der erste kommerzielle geostationäre Fernsehsatellit weltweit. Mangels eines medienwirksamen Namens nannte die New York Times den Satelliten Early Bird (Frühaufsteher).

Early Bird war zylinderförmig, spinstabilisiert und konnte 240 Telefongespräche oder eine einzelne Fernsehsendung übertragen. Ohne Antrieb wog er 34,5 kg (72 cm Durchmesser und 59 cm Länge). Die Sendeleistung betrug 40 W. Sein Mantel bestand aus 6000 Solarzellen auf Siliziumbasis. Die Lebensdauer des Satelliten lag bei nur 1,5 Jahren.

Die spektakulären Erfolge früher Weltraumforschung begeisterten auch deutsche Wissenschaftler. Unter Federführung des Forschungsministeriums stellte Deutschland 1962 erste Überlegungen für ein nationales Raumfahrtprogramm an.

Unter den verschiedenen Vorschlägen für ein erstes Satellitenprojekt gehörte die Entwicklung Nummer 5/Version A, die in Projekt 625A umbenannt und im Projektverlauf dann den Namen AZUR erhielt. Azur (71 kg schwer) startete Anfang November 1969.

Deutschland kooperierte mit der NASA und die „Gesellschaft für Weltraumtechnik“ übernahm die Projektleitung, die mit der deutschen Industrie über Kooperationen verhandelte.

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