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In den Jahren 1902 – 1918 experimentieren im kalifornischen Needles H. E. Willsie und John Boyle Jr. mit
Flachkollektoren. Dabei stellen sie fest, daß diese weit weniger empfindlich
auf Wolken reagieren als Spiegelsysteme. Ihre Kästen haben zwei Glasplatten und
einen geteerten Boden, über den eine dünne Schicht Wasser fließt. Mit dem
heißen Wasser lassen sie niedrigsiedende Schwefeldioxid verdampfen und
erreichen mit einer Kollektorfläche von 186 m2 eine Leistung von 11
– 15 kW, die sie für Pumpzwecke nutzen.
Ihre 1903 patentierte Hot Box wird im May 1909 in dem Fachblatt Engineering News vorgestellt. 1904 bauen die beiden einen Solarmotor mit 5 kW, beim dem 6.000 Spiegel mit einer Gesamtfläche von 80 m2 zum Einsatz kommen.
Der
deutsche Physiker Philipp Eduard
Anton von Lenard (1862
– 1947) entdeckt 1904,
daß Lichtstrahlen beim Auftreffen auf bestimmte Metalle
Elektronen aus deren Oberfläche herauslösen, und liefert
damit die ersten Erklärungen für den Photoeffekt.
Ebenfalls
1904 macht Wilhelm Hallwachs die
erste
Halbleiter-Solarzelle aus Kupfer und Kupfer-Oxid.
1905 folgt
das Patent für einen
solaren Wasserkocher von E. P. Brown und Carl Gunther.
Und Albert Einstein publiziert seinen Artikel über den photoelektrischen
Effekt.
1907 erhalten die beiden Stuttgarter Wilhelm
Maier und
Adolf Remshardt vom Kaiserlichen Patentamt das Patent
Nr. 231294 für eine
‚Vorrichtung zur unmittelbaren Verwendung der Sonnenwärme
zur Dampferzeugung’.
Den Entwicklern wird neben dem ‚ersten Sonnenmotor der
Welt’ allerdings
auch der erste Transistor der Welt, die erste Solarzelle der Welt,
die erste Vorrichtung zur unmittelbaren Verwendung der Sonnenwärme
zur Dampferzeugung und
ähnliches mehr zugeschrieben – vermutlich aus etwas übertriebenem
Stuttgarter Lokalpatriotismus...
1908 erfindet William J. Bailley, ein
Mitarbeiter der Carnegie Steel Company, einen Solarkollektor mit Kupferrohren
in einer isolierten Kiste – fast schon genau so, wie er auch
heute noch produziert wird. Bis 1941 sollen davon über
60.000 Stück hergestellt und
primär in Florida installiert worden sein – das Unternehmen
heißt programmatisch The Day and Night Solar Water Heater Company.
Ebenfalls 1908 konstruiert in
Russland Vitold Karlovich Zerassky (1849 – 1925),
Professor an der Universität
Moskau, eine solare thermoelektrische Anlage mit Zink-Antimon legierten
bzw. versilberten Drähten. Er baut dabei u.a. auf den Versuchen
von E. Weston auf,
der ab 1888 in den USA mit Thermoelementen experimentiert
hatte. In Zerasskys Anlage befindet sich das ‚heiße’ Endstück
in einem Glasabsorber, das andere an der Luft als Kältepol. Wegen
der geringen Ausbeute und den hohen Kosten findet das System aber keine
Verbreitung.
In Berlin konstruiert 1908 der
Privatdozent Alfred Stock einen Sonnen-Vakuumofen und erweckt das Interesse der
Firma Carl Zeiss in Jena, die bis in den 1. Weltkrieg hinein Versuche
durchführt und das erarbeitete solartechnische Verfahren 1922 zum Patent
anmeldet. Von einer praktischen Nutzung ist jedoch nichts bekannt.
Um 1910 nutzt J. A. Harrington in
New Mexico eine solarbetriebene Dampfmaschine, um tagsüber Wasser
in einen hochgelegenen Speicher zu pumpen. Aus diesem wird es dann über
eine Wasserturbine geleitet um Strom zu erzeugen, mit dem eine Erzmine
ununterbrochen ausgeleuchtet werden kann.
In dem 1911 erschienenen Roman Ralph
124C41+ von Hugo Gernsback (1884 – 1967) erfolgt die Versorgung von New
York mit Energie, Licht und Wärme mittels immenser Sonnenkraft-Generatoren, den Helio-Dynamophoren.
Auch im Detail zeigte der SF-Schriftsteller – wie so viele seiner späteren
Kollegen – enormen Weitblick; ich zitiere aus der deutschen Ausgabe von 1973:
„Das gesamte Areal, 20 km2, war mit Glas bedeckt. Unter den schweren Glasplatten befanden sich die fotoelektrischen Elemente, die die Sonnenwärme direkt in elektrische Energie verwandelten. Diese Elemente – 400 pro m2 – steckten in beweglichen Metallbehältern, von denen jeder 1600 foto-elektrische Einheiten enthielt. Jeder Metallbehälter war auf ein großes dreifüßiges Stativ montiert, dergestalt, daß es sich von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang langsam drehen konnte, um sich jeweils – wie eine Heliotrop-Pflanze – direkt der Sonne zuzuwenden. Dadurch trafen die Sonnenstrahlen die foto-elektrischen Zellen stets senkrecht. (...) Die Hälfte des Werkes war für den Tagesverbrauch eingerichtet, während die andere Hälfte tagsüber die Gas-Akkumulatoren auflud, die für die nächtliche Energieversorgung verantwortlich waren.“
Das erste ‚richtige’ Solarkraftwerk wird 1912/1913 von dem deutsch-amerikanischen Ingenieur Frank Shuman (1862 – 1917) aus Tacony errichtet – im ägyptischen Maadi, etwa 25 km südlich von Kairo. Er hatte bereits 1906 mit seinen Versuchen begonnen und schon mehrere Anlagen erfolgreich vorgeführt.
1911 interessieren sich Investoren aus England für seine Technik, die daraufhin in Zusammenarbeit mit dem britischen Professor C. V. Boys, dem Erfinder der Quarzfaser, und dem ebenfalls britischen Beratungsingenieur A. S. E. Ackermann erstmals in industriellem Maßstab umgesetzt wird.
Die damals weltgrößte Kollektorfläche liefert rund 55 PS für den Betrieb von Wasserpumpen (spätere Quellen sprechen von sogar 100 PS). Auf einer Gesamtfläche von 3.500 m2 sind 5 Rinnenkollektoren, die eine Konzentration von 4,5 : 1 aufwiesen, à 62 m Länge und 4 m Breite aufgestellt.
Die Entfernung zwischen den Reihen beträgt 7,6 m, sodaß die Anlage eine Gesamtläche von 1.277 m2 aufweist. Über ein Hebelsystem werden die Kollektoren der Sonne nachgeführt, so daß sie ihre volle Leistung bis zu 9 Stunden am Tag erzielen. Der Wirkungsgrad soll dabei rund 40 % betragen. Der erste Heizkessel explodiert, aber mit dem zweiten kann das Kraftwerk kontinuierlich über 5 Stunden bis zu 45 kW liefern.
Aufgrund der hohen Investitionskosten wird eine geplante weitere, wesentlich größere Anlage dann aber doch nicht realisiert.
Und auch der Vertrag mit der Deutschen Reichsregierung, vorbereitet durch einen Vortrag Ende 1913 im Reichstag, um eine solare Pumpenanlage im Kolonialgebiet Südwest Afrika (heute Namibia) zu errichten, scheitert am Ausbruch des I. Weltkrieges.
Ähnliche Anlagen wie in Ägypten sollen damals auch schon in Peru und in Kalifornien in Betrieb gewesen sein. Mehr darüber findet sich im Kapitelteil Parabolrinnen-Kraftwerke.
Ein
Sven Ason Berglund erhält
1914 das Patent für ein Verfahren
zur Erhöhung der Kapazität von lichtempfindlichen
Zellen.
Der
US-Amerikanische Astrophysiker Dr. Charles Greeley Abbot (1872 – 1973)
baut 1916 einen
Solarofen, der mit einen Öl-Zirkulationssystem
ausgestattet ist und über 150°C
erreicht. Indem er einen Aluminium-Reflektor sowie Maschinenöl
als Wärmeträger und -speicher nutzt kann der Ofen 24 Stunden
am Tag genutzt werden.
Nachdem er gemeinsam mit Abbot im Observatorium auf dem Mt. Wilson gearbeitet hat, erhält auch der ‚Vater der amerikanischen Raketentechnik’, Robert Goddard (1882 – 1945), das erste von fünf Solarpatenten.
1916 experimentiert der
Physiker Robert
A. Millikan (1868 – 1953) mit dem
photoelektrischen Effekt -
wobei es ihm gelingt, diesen physikalisch zu beweisen.
Der aus West-Preußen (heute Polen)
stammende Wissenschaftler Jan Czochralski (1885 – 1953) entwickelt 1916 während
seiner Arbeit bei der AEG in Berlin eine bis heute noch genutzte Methode, um
kristallines Silizium zu züchten (s.u.). Und Albert Einstein (1879 – 1955)
erhält 1921 den Nobelpreis für seine Erklärung des photoelektrischen Effekts
von 1905.
1919 strebt das Bayerische Innenministerium
die Gründung eines Solar-Forschungsinstituts an,
und stellt dafür den damals
recht beachtlichen Betrag von 10.000 Mark zur Verfügung. In zahlreichen
Sitzungen und aufgrund ebenso zahlreicher und eher ablehnender Gutachten
von renommierten Persönlichkeiten wird das Projekt aber zu Tode
diskutiert und 1922 endgültig abgelehnt.
Ein negativer Meilenstein, der die Entwicklung sicherlich um Jahre
wenn nicht sogar Jahrzehnte zurückgeworfen hat.
W. J. Harvey lässt sich 1921, und L.
H. Shipman 1928 jeweils einen Solarmotor patentieren. In diesem Jahr erfolgt
auch die erste Preisabsprache zwischen Mobil, Shell, Exxon und British
Petroleum (BP), die gegenüber der Solarenergie kein konstruktives Interesse
zeigen.
1929/1930 tritt
der Raketenpionier
Hermann Oberth (1894 – 1989) mit der Idee an
die Öffentlichkeit, mit einem
Sonnenspiegel im Weltraum Energie auf die Erde zu
strahlen. Ein Drahtnetz von 100 - 1.000 km Durchmesser, mit beweglichen
Spiegeln bestückt,
soll das Sonnenlicht bündeln und an jeden beliebigen Punkt der
Erdoberfläche
konzentrieren. Diese großen erdumkreisenden Spiegel sollen dazu
verwendet werden, um strenge Winter zu verhindern, die Winde zu
regulieren und Polarregionen bewohnbar zu machen.
Das Jahr 1930 schein ein ganz
besonderes in der Geschichte der Energie im allgemeinen und der Solarenergie im
besonderen zu sein:
Am 15. Juni 1930 findet in Berlin die zweite Weltkraft-Konferenz mit mehreren tausend Teilnehmern im Festsaal der Kroll-Oper statt. Unter den Teilnehmern: Oberth, Einstein, Hahn und Meitner. Man referiert eine Woche lang über den Raubbau an der Steinkohle, über Wasserkraft und über die Energie der Sonne. Von dem Nobelpreisträger Wilhelm Oswald (1853 – 1932) kommt der Leitspruch „Vergeude keine Energie, verwerte sie!“. Seinen Vorschlag zur Nutzung der Sonnenenergie hatte er schon 1911 in seinem Buch Die Mühle des Lebens veröffentlicht, in dem es um den photoelektrischen Strom ging.
Bereits im März 1930 reicht der
Ingenieur Hermann Honnef, Erbauer des 263 m hohen
Funkturmes in Königs
Wusterhausen bei Berlin sein erstes Patent für große Windkraftwerke
ein: 500 m hohe Türme mit mehreren Windrädern von 60 m Durchmesser
(s.d.).
Und
der 28 Jahre alte Berliner Physico-Chemiker Bruno Lange (1903 – 1969),
Angestellter des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Silikatforschung
und späterer
Gründer der Berliner Firma Dr. Bruno Lange
GmbH & Co. KG, berichtet im
September auf dem 6. Deutschen Physikertag in Königsberg: „Gerade
hinsichtlich der Energieausbeute berechtigt die neue Photozelle zu
der Hoffnung, daß auf
diesem Wege eine nutzbare Umwandlung der ungeheuren Energiemengen,
die uns die Sonne täglich zustrahlt, technisch möglich wird.“ In
der Firmenchronik heiß es dazu lakonisch: „1931: Dr. Bruno
Lange erfindet das Selen-Photoelement“.
Walter Schottky (1886 – 1976),
Spitzenforscher im Bereich der neuen Halbleitertechnologie bei Siemens, stellt 1930 einen mit Solarenergie betriebenen Mini-Elektromotor vor.
Und in der Sylvesterausgabe des Berliner Tagesblatts schwärmt Hans Dominik (1872 - 1945), Bestseller-Autor technisch-utopischer Romane, von Installationen in der Sahara, die „subtropische Sonnenstrahlen in Form von Elektrizität einfangen und in das energiehungrige Europa schicken.“
Ebenfalls
in diesem Jahr entwickelt H.
Delecourt eine Solarmaschine, die mit Chlorethan betrieben
wird, während D. H.
Drane eine weitere konstruiert, die für Ammoniak ausgelegt
ist.
Anfang
der 1930er Jahre beginnt bei Elektrocell in
Berlin die Herstellung von Selenzellen. Eine 10 cm2 große
Zelle vom August 1959, die sich im Besitz meines Freundes
Ansgar Hovestadt befindet, erreicht heute noch -
über 50 Jahre später - ihren Wirkungsgrad von etwa 2 %.
Während
der 1930er Jahre entwickelt
sich in Japan aufgrund des Mangels an eigenen fossilen Brennstoffen
eine kräftige Kollektorindustrie, innerhalb kürzester Zeit
werden drei Dutzend Patente für solarbetriebene Warmwasserbereiter
erteilt. Bis in die 1960er Jahre
hinein sollen hier etwa 250.000 Anlagen in Betrieb gewesen sein.
1931 erhält G. W. Dooley ein Patent
für eine Solarmaschine – und 1932 W. L. R. Emmet für eine weitere, bei der
Spiegel und eine Vakuumisolierung eingesetzt werden.
Etwa
um diese Zeit wird im kalifornischen Pasadena der erste - damals
noch ringförmige - Solardish (s.d.)
errichtet, mit einer Leistung von 4 PS.
In dem US-Magazin Modern Mechanix vom November 1932 wird
eine Solar-Maschine vorgestellt, von der ich sonst nirgendwo gehört habe. Der Erfinder ist ein J.
J. Warner aus San Francisco. Es ist nicht ganz klar, ob es sich nur um ein Konzept gehandelt hat oder ob auch schon ein Modell existierte.
Die Funktion der Maschine basiert auf dem Prinzip der Kontraktion und Expansion von Wolframdrähten. Diese Drähte sind längs einer sich drehenden Trommel angebracht, und die Sonnenstrahlen werden über Parabolspiegel auf jeder Seite auf sie gerichtet.
Da sich die Trommel dreht, verlassen die Drähte den Fokusbereich der Sonnenstrahlen und tauchen unten in einen Trog mit kaltem Wasser. Die plötzliche Abkühlung der Drähte veranlaßt diese, sich schnell zusammen- und an einem Umlenkhebel am Ende der Trommel zu ziehen. Über ein Ratschenrad wird die Trommel ständig weiterbewegt und mittels einer Kette die mechanische Energie abgeführt, während die Drähte abwechselnd erhitzt und abgekühlt werden.
Das System erinnert an eine Frühform der Nitinol-Maschinen, wobei deren Memory-Effekt interessanterweise ebenfalls 1932 zum ersten Mal beobachtet wurde.
1933 bauen George und William
Keck für die Century of Progress
Fair in Chicago Amerikas erstes modernes
Passiv-Solar-Haus, das sie Crystal House nennen. Mehr über
diese Entwicklungslinie findet sich im Kapitelteil der Solararchitektur.
1934 erscheinen
in der US-Amerikanischen Popular Science erste Fotos von solartechnischen
Versuchsanlagen im sowjetischen Taschkent.
Und
in dem Magazin Science and Invention wird darüber berichtet,
daß der Astronom Dr. George Ellery Hale an
einem solaren Brennofen mit 30 Spiegeln und einem Durchmesser von 450
cm arbeitet, mit dem er eine Temperatur von 3.300°C
erreichen möchte.
Der Solarofen schafft es damit sogar auf das Titelbild des Magazins.
Anthony H. Lamb
erhält
1936 das US-Patent Nr. 2.000.642 für ein photoelektrisches Gerät.
1935 beginnt
sich die Eidgenössische
Technische Hochschule in Zürich mit solaren Bautechniken
zu beschäftigen.
Ebenfalls 1936 erhält F.
A. Gill ein
Patent für eine Solarmaschine – während
Charles G. Abbot, von 1907 bis 1944 Direktor
der Smithsonian Institution, auf
der International Power Conference in Washington D.C. im
gleichen Jahr 1936 eine
solarbetriebene Dampfmaschine mit ½ PS vorstellt.
1938 konstruiert Arthur
Brown ein
Schulhaus in Tucson, Arizona, bei dem er die Techniken der passiven
Solararchitektur umsetzt.
Einer
der ersten, die Solarenergie – zumindest anteilig – zur Wasserspaltung nutzen, ist Otto H. Mohr aus Concord, Kalifornien, dessen Gerät 1938 in
der Mai-Ausgabe des Magazins Modern Mechanix vorgestellt wird.
Das System scheint das Wasser solarthermisch in Dampf umzuformen, welcher anschließend durch einen elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt und dann in separaten Tanks zum Kochen, Heizen usw. gespeichert wird.
Ebenfalls
in den 1930er Jahren wird von Fachleuten des Leningrader
Physikalisch-technischen Instituts zum ersten Mal Strom mittels dem
äußeren Fotoeffekt erzeugt.
Am 04.04.1939 wird
im Hayden Planetarium in New York City mit einem Geiger-Müller
Detektor die Kosmische
Strahlung eingefangen – und der resultierende Strom durch
ein Kabel auf das Ausstellungsgelände in Flushing Meadows geleitet,
wo es die bunten Lichter der 1939 World’s Fair mit
Strom versorgt.
Wenn diese Archivmeldung, die ich bislang nicht verifizieren konnte, tatsächlich stimmt, dann wundert es mich sehr, daß man seitdem nichts mehr davon gehört hat. Schließlich ist die Kosmische Strahlung eine stetige und konstante Quelle, die weder vom Tag/Nacht-Wechsel noch von meteorologischen Bedingungen abhängig ist.
In
amerikanischen Wissenschafts-Magazinen erscheinen zunehmend Berichte
über die Nutzung der Sonnenenergie, wie z.B. in der Popular
Science vom Februar 1940, in welcher
eine ,Sonnenfalle’ dargestellt wird – das Dach des 1939 gebauten
Ökohaus-Vorläufers Solar
I auf dem MIT-Campus in Cambridge –, in Form eines vierfach
verglasten thermischen Solarkollektors.
Ebenfalls
am
MIT starten 1940 Dr. Maria Telkes (s.u.)
und George O. G. Lof mit
ihren Versuchen an Solarkochern.
In
Kalifornien sorgt derweil ein Hot-Dog-Stand für Aufsehen, dessen Spiegel eine automatische thermostatische
Sonnennachführung besitzen.
Im
Mai 1941 meldet der amerikanische
Ingenieur Russell Shoemaker Ohl das
Patent für eine Halbleiter-Solarzelle an, die bereits weitgehend
den heutigen Solarzellen entspricht. Er hatte zwei Jahre zuvor den
sogenannten p-n-Übergang entdeckt (ein Materialübergang in Halbleiterkristallen
zwischen Bereichen mit unterschiedlicher Dotierung). Erteilt wird
ihm das Patent im Juni 1946 (Nr. 2.402.662). Es
ist allerdings nicht bekannt, ob er eine Version seiner modernen
Solarzelle damals auch tatsächlich gebaut hat.
In der Juli-Ausgabe 1945 des Life Magazine wird
ein Artikel veröffentlicht, dem zufolge deutsche Wissenschaftler gegen
Ende des Zweiten Weltkrieges den Bau einer ganz besonderen Geheimwaffe
angegangen hätten. Ein riesiger Orbitalspiegel sollte
in die Umlaufbahn gebracht werden, um das Sonnenlicht auf feindliche
Nationen zu konzentrieren und diese zu verbrennen. Ebenso soll ein
großer Sonnen-Reflektor zum Einsatz gegen feindliche Flugzeuge vorgesehen
gewesen sein.
Demnach hätte eine Gruppe Wissenschaftler auf dem Heeresartillerie-Erprobungsgelände in Hillersleben an der Weiterentwicklung des o.e. Vorschlags von Hermann Oberth gearbeitet. Das sogenannte Sonnengewehr (o. Sonnen-Kanone, Heliobeam) soll Teil einer Raumstation 8.200 km über der Erde sein, wobei die Fachleute berechnen, daß ein riesiger Reflektor aus metallischem Natrium mit einer Fläche von 9 km2 genug gebündelte Hitze erzeugt, um einen Ozean zum Kochen zu bringen oder eine Stadt niederzubrennen.
Bei Kriegsende soll den Amerikanern ein Versuchsmodell der Kanone in die Hände gefallen sein, es ist jedoch nicht bekannt, ob diese nach dem Krieg Tests damit angestellt haben.
In
Frankreich beginnt das Centre
National de la Recherche Scientifique im Jahr 1946 verschiedene
Methoden zur Nutzung der Solarenergie zu untersuchen. Man macht auch
erste Tests an großen Solaröfen (s.d.).
Damit die Entwicklung der Folgejahre nicht auseinandergerissen
wird, fasse ich sie hier zusammen - weitere Details finden
sich dann im Bereich der solaren Hochtemperatursysteme.
In Meudon wird ein 2 kW Ofen errichtet, der 1958 seinen Betrieb aufnimmt und Temperaturen zwischen 3.000°C und 4.000°C erreicht. Er steht auf einer Festung aus dem 17. Jahrhundert und besitzt einen 10 x 13 m großen flachen Hauptspiegel, der die Sonnenstrahlen auf einen 9,5 m durchmessenden Parabolspiegel richtet.
Durch die schon 1949 erfolgten ersten Versuche hatte man die immensen Möglichkeiten der solaren Hochtemperatur-Technologie erkannt. Der deutsch-französische Wissenschaftler Felix Trombe (1906 – 1985), der später auch durch seine sogenannte Trombe-Wand bekannt wird (s.u.), erhält daraufhin den Auftrag, zuerst den Bau eines 50 kW Ofens in Montlouis in den östlichen Pyrenäen zu übernehmen – und anschließend den Bau des mit seiner Leistung von 1 MW bislang wohl immer noch größten Solarofens der Welt bei Odeillo Font-Romeu.
1968 beginnt dessen Bau in 1.500 m Höhe – die dortigen klimatischen Verhältnisse erlauben eine Betriebsdauer von 3.000 Arbeitsstunden pro Jahr.
Der Odeillo-Solarofen, dessen riesiger parabolischer Spiegel die gesamte Fassade eines elfstöckigen Gebäudes bedeckt, geht 1970 in den Probebetrieb und erreicht im Brennpunkt Temperaturen bis zu 3.800°C.
Ähnlich wie in Frankreich werden auch in den USA verschiedene Solar-Schmelzöfen errichtet, allerdings wesentlich kleiner dimensioniert. Schon während des Krieges hatte die AC Spark Plug Division von General Motors in Kooperation mit der Aluminium Company of America einen Solarofen mit einem Durchmesser von 3 m errichtet, der eine Temperatur bis zu 1.100°C erreichte.
Nach dem Krieg wird diese Anlage an das Rockhurst College in Kansas City versetzt. Um 1954 steht der Ofen dann auf dem Gipfel eines 1.800 m hohen Berges in der Nähe von San Diego.
Nach verschiedenen Modifikationen erreicht der Reflektor aus poliertem Aluminium in seinem münzgroßen Brennpunkt Temperaturen bis zu 4.700°C - und wird u.a. von der Consolidated Vultee Aircraft Corp. für metallurgische Werkstoffuntersuchungen eingesetzt. Dabei werden die extrem hitzeresistenten Verbindungen Hafniumcarbid (Schmelzpunkt: 3.890°C) und Tantalcarbid (3.880°C) entwickelt.
Weitere
Solaröfen werden bei den Sandia
Laboratories in Albuquerque, bei der Georgia
Tech und – als drittgrößte Anlage – in
Natick, Massachusetts, gebaut (s.u.), von wo aus die Anlage 1972 zum
White Sands Raketen-Testgelände im südlichen Neu Mexiko umgesetzt
wird.
Letztgenannte Anlage erzeugt im Brennpunkt eine Temperatur von 2.900°C, was ausreicht, um Stahl zu schmelzen.
Doch
zurück zur allgemeinen Chronologie: 1947 veröffentlicht
die Libbey-Owens-Ford Glass Company das Buch Your Solar House,
in welchem 49 Architekten ihre Konzepte vorstellen.
1948 passen
Gordon Teal und John
Little das Czochralski-Verfahren des
Kristallwachstums so an, daß sie anfangs einkristallines Germanium und
später einkristallines Silizium
produzieren können.
Die
Erforschung der Solartechnik, mit der jüdische Siedler in Palästina bereits in den 1930er Jahren begonnen haben,
erzielt in den 1950ern – also kurz nach Gründung
des Staates Israel – durch die
Arbeiten von Harry Tabor, dem damaligen Leiter des
Nationalen Physikalischen Labors einen entscheidenden Durchbruch: Er
stellt erstmals spezielle schwarze Beschichtungen her, die den Wirkungsgrad
von Kollektoren signifikant
steigern.
1948 nimmt
die Architektin und Miterfinderin des Solarhauses Eleanor
Raymond (1887 – 1989) den Bau des ersten sonnenbeheizten
Hauses in Angriff. In Zusammenarbeit mit zwei ungarischen Emigrantinnen,
der Chemikerin und Professorin an der Universität New York Dr. Maria
Telkes und der Gräfin Stella Andrassy,
errichtet sie in der Nähe von Boston das Dover
Sun House.
Ihre beiden Partnerinnen hatten sich bereits ausführlich und sehr erfolgreich mit der Nutzung der Solarenergie befaßt. Auch die Finanzierung übernimmt eine Frau, die Bildhauerin und Erbin Amelia Peabody aus Boston.
Das Sun House ist das erste Haus, bei dem neben dem Einsatz von Flachkollektoren auch ein passives Solarenergiekonzept verwirklicht wird, mit dem es gelingt das Fünf-Zimmer-Haus so zu konstruieren, daß es das ganze Jahr über ausschließlich mit Hilfe von Sonnenenergie beheizt werden kann.
Kernelement ist eine großflächige ‚Hitze-Falle’, die aus zwei getrennten Glasscheiben mit einer schwarzen Metallplatte dazwischen besteht. Hier wird die Luft auf rund 65°C erhitzt und dann mittels Ventilatoren im Haus verteilt. Dabei wird als Wärmespeichermedium statt Wasser Glaubersalz (Natriumsulfatdekahydrat) eingesetzt.
Der Einzug erfolgt am 24.12.1948 und ein Cousin von Dr. Telkes lebt mit seiner Frau und seinem Kind drei Jahre lang darin, bis das System versagt. (Der Nomenklatur des MIT zufolge wird es – aus mir unverständlichen Gründen – als Solarhouse VI bezeichnet).
Ebenfalls im Jahr 1948 wird am MIT das Solarhouse II errichtet, und 1949 erfolgt dessen Umbau zum Solarhouse III, das ebenfalls als Heim bewohnt wird – von einer Studenten-Familie mit Kind. Nachdem das Haus im Dezember 1955 Feuer fängt, wird es allerdings abgerissen.
1950 findet
am MIT in Cambridge eine Symposium zur solaren Wohnraum-Beheizung statt.
In diesem Jahr gibt es in Miami/Florida noch über 50.000 sonnenbetriebene Wasserkochgeräte – doch aufgrund des billigen arabischen Öls werden sie bald danach restlos abgeschafft.
1952 beginnen
die Bell Laboratories mit der Entwicklung von Solarzellen – aber
das von Präsident Dwight D.
Eisenhower ab 1953 weltweit forcierte Programm Atome
für den Frieden bedeutet fast das Ende für dieses junge
Projekt. Statt dessen fließen die Milliarden nun in den Ausbau
der Kernenergie.
Im April 1954 demonstrierten die Bell Laboratories der Welt die erste Solarzelle, die in der Lage ist, genügend Sonnenlicht in Elektrizität umzuwandeln, um ein aus ,Meccano' gebautes Spielzeug-Riesenrad zu betreiben.
Auf einem Foto von 1955 sieht man, wie eines der Bell-PV-Module versuchsweise auf einem Telefonmast installiert wird.
1953 wird
an der Universität von
Wisconsin ein Symposium zur Nutzung der Solarenergie veranstaltet. Dan
Trivich von der Wayne State University berechnet
erstmals die theoretischen Wirkungsgrade der Spektralsensibilität
verschiedener Materialien. Im selben Jahr konstruiert Frank
Bridgers das Bridgers-Paxton Building, welches als das
weltweit erste Bürogebäude gilt, das kommerziell solar beheizt
wird.
In
der Septemberausgabe 1953 des US-Magazins Mechanix
Illustrated erscheint ein langer Artikel mit dem
Titel: Why
Don’t We Have… SUN POWER.
Auf den Abbildungen sieht man gewaltige Parabolspiegel-Anlagen, die thermische Kraftwerke zur Stromerzeugung antreiben. Im Grunde handelt es sich dabei um stark vergrößerte solarbetriebene Dampfmaschinen, wie sie – im Modell – bereits 1936 von Abbot vorgestellt worden waren (s.o.). Interessant und sehr vorausschauend klingt folgender Absatz aus dem Artikel:
„Die amerikanische Öffentlichkeit hat die Möglichkeiten der atomaren Stromerzeugung weit überbewertet. Da die technischen Schwierigkeiten und Strahlungsgefahren von Kernkraftwerken allmählich ans Licht kommen, beginnt sich auch das Interesse der Experten abzukühlen. Solarstrom auf der anderen Seite verursacht keine solche Kopfschmerzen...“
Am 25.
April 1954 stellen Darryl M.
Chapin, Calvin S. Fuller, und Gerald
L. Pearson,
Mitarbeiter der Laboratorien der Bell Company in Murray
Hill, wo man die Photovoltaik nicht aus den Augen verloren hatte, die
erste – und seit März
zum Patent eingereichte –
Silizium-Solarzelle vor: Ihr Solar Energy Converting
Apparatus erreicht
einem Wirkungsgrad von 6 %.
Die New York Times bezeichnet die Entdeckung als den „Beginn einer neuen Ära“. Später wird sogar ein Wirkungsgrad von 11 % erzielt.
Aus dem selben Jahr 1954 stammt auch das Foto des
vermutlich ersten solaren Zigarettenanzünders.
1954 sponsern die UNESCO und die
Indische Regierung ein Symposium in Neu Delhi, bei dem es um die Nutzung der
Solar- und Windenergie geht. Von einer indischen Regierungsorganisation entwickelte Solarkocher werden dort für umgerechnet 14 $ verkauft.
Im selben Jahr wird in Phoenix, Arizona, die Association for Applied Solar Energy gegründet, die sich anfangs auf die Entwicklung von Systemen für Entwicklungsländer konzentriert. Eines ihrer Projekte läuft unter dem Titel Umbroiler: Man hatte umbrella (Regenschirm) und Broiler (Bratrost) zusammengezogen, um einen zusammenfaltbaren Solarkocher zu bezeichnen, dessen Erfindung später George Lof zugeschrieben wird (1957).
Zu diesem Zeitpunkt finden im Auftrag der Carnegie
Institution in Washington, die der Arthur D. Little Inc. angehört,
auch die ersten Versuche zur Algenzüchtung mittels
Solarenergie statt. Die Chorella-Einzeller erhalten zusätzlich
nur CO2 und Salze.
Zuerst wird mit 150 cm hohen Glasreaktoren experimentiert, später mit einem Algenbecken in Form eines lichtdurchlässigen Plastikschlauches. Man dachte damals jedoch noch nicht an einen Einsatz als Biotreibstoff sondern an die Produktion eines günstig herzustellenden Viehfutters.
Auch
die Geschichte der katalytischen Wasserspaltung scheint in diesem Jahr
zu beginnen: Prof. Lawrence J. Heidt nutzt am MIT erstmals Cerium-Salze um mittels Sonnenlicht Wasserstoff herzustellen.
Dies geschieht, weil die Ionen des Salzes unter dem Einfluß von
Licht zwischen zwei Formen hin und her springen.
Das
erste solarbetriebene Auto wird am 31. August 1955 in
Chicago auf der Powerama Expo von General
Motors gezeigt. Der mit
12 Selen-Fotozellen bestückte Entwurf von William
G. Cobb ist allerdings
nur 15 cm lang.
Ab November 1955 bietet
das US-Unternehmen Hoffman Electronics Semiconductor
Division unter einer Lizenz von Bell die ersten
kommerziellen Photozellen an, die allerdings nur einen Wirkungsgrad
von 2 % haben. Eine 14 mW-Zelle kostet 25 $, was einem Watt-Preis von
1.785 $ (entsprechend dem Dollarwert 1955) entspricht.
Auch die Western Electric Co. beginnt im Jahr 1955 mit
dem Verkauf kommerzieller Lizenzen für Silizium-PV-Technologien.
In Israel
fängt man damit an, die Warmwasserversorgung von Haushalten durch Sonnenkollektoren
zu sichern, und nur fünf Jahre später gibt es schon rund
150.000 damit ausgerüstete Haushalte;
auch um die solare Raumheizung kümmert man sich hier schon früh.
Ebenfalls 1955 findet
in Phoenix das First World Symposium on Solar Energy, sowie
an der University of Arizona, Tucson, eine International Conference
on Solar Energy statt.
Das erste solar betriebene Radio wird in der Aprilnummer 1956 des US-Magazins Popular Electronics vorgestellt. Der experimentelle Funkempfänger im Taschenformat wiegt nur 10 g und soll – voll aufgeladen – selbst in völliger Dunkelheit mehr als acht Monate lang funktionieren (was ich allerdings nicht verifizieren konnte).
Das von General Electric entwickelte Gerät verfügt über einen Mini-Akku, vier Transistoren und sieben Solarzellen.
In der damaligen UdSSR wird 1956 mit
einer solaren Ammoniak-Maschine täglich eine halbe Tonne Eis produziert,
weitere Versuchsanlagen werden in der Wüste Armeniens installiert.
Dort scheint auch das Prinzip des Solar-Turmes erstmals umgesetzt worden
zu sein.
1957 erreichen
die Solarzellen der Firma Hoffman Electronics einen Wirkungsgrad von
8 %. Und die
oben bereits erwähnten Chapin,
Fuller und Pearson,
die inzwischen bei AT & T arbeiten, erhalten für
ihren ,Solar
Energy Converting Apparatus’
(den sie auch Solar-Batterie nennen)
das US-Patent Nr. 2.780.765.
Ebenfalls 1957, und seiner
Zeit um Jahrzehnte voraus, schlägt V. K. Baum aus
Italien eine solare Turmanlage mit einem zentralen Absorber vor. Die
erste Anlage wird dann von Giovanni Francia bei Santa
Ilario in Frankreich errichtet (s.u.), bei der auch eine automatische
Sonnennachführung zum Einsatz kommt. 20 Jahre später beteiligt
sich Francia außerdem an der Planung einer 400 kW Anlage am Georgia
Tech.
Am 17. März 1958 startet mit dem
Vanguard I ein Satellit der Navy, der erstmals mit
den neuen Photozellen ausgerüstet ist. Dieses System mit 0,1 W
Leistung und 100 cm2 Fläche
betreibt einen 5 mW Reserve-Sender und funktioniert 8 Jahre lang. Die
Kosten belaufen sich auf umgerechnet 2.000 $ pro Watt.
Daß der Satellit überhaupt mit Photozellen ausgerüstet wird ist Hans Ziegler von den Bell Laboratories zu verdanken, der Ende der 1950er Jahre als der führende Satellitenexperte gilt und einen regelrechten ‚Kreuzzug’ gegen den Einsatz von nur befristet funktionierenden Batterien - und für Solarzellen führt.
Mit der Einführung der Solarzelle in den USA beginnt ein neues Kapitel der Solarenergie, denn die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlen in Elektrizität eröffnet nicht nur in der Raumfahrt viele neue Möglichkeiten.
Im
Jahr 1958 präsentiert
der bekannte amerikanische Architekt und Designer Charles
Eames einen
kleinen Solar-Motor – auch bekannt als seine ‚Do Nothing Machine’
– der mittels der Umwandlung von Sonnenwärme ein Universum aus kleinen,
bunten Spielzeugen zum herumwirbeln bringt.
Ebenfalls 1958 beginnt
man in Israel mit der Erforschung nicht-konvektiver Solarteiche,
für deren Nutzung eine durch
organische Dämpfe betriebene Turbine entwickelt wird.
Zudem entwickelt Harry Tabor am Nationalen Physikalischen Labor einen Solarmotor, der mit Monochlorbenzin bei einer Temperatur von 150°C betrieben wird.
Im
selben Jahr 1958 stellt T. Mandelkorn in
den US Signal Corps Laboratories die
erste n-on-p Silizium-Solarzelle
her, die
resistenter gegen Strahlenschäden und damit besser
für den Weltraum geeignet ist. Die
Standard-Solarzellen von Hoffman Electronics erreichen
derweil eine Effizienz von 9 %.
1959 wird
in Lexington, Massachusetts, das Solarhouse IV des MIT eröffnet,
Ergebnis eines Solarhaus Designwettbewerbs der Fakultät für Architektur.
Nachdem während drei Heizperioden die entsprechenden Daten gesammelt worden sind, verkauft das MIT das Haus an einen privaten Eigentümer.
1960 erreichen
die Solarzellen der Firma Hoffman Electronics bereits einen Wirkungsgrad
von 14 %. Auch das Unternehmen Silicon Sensors
Inc. aus Dogeville
beginnt nun mit der Produktion von Selen-Zellen. Und im Juni wird das
erste solarbetriebene Funkgespräch zwischen Ost- und
Westküste der USA geführt – wobei auf beiden
Seiten auch jeweils 7.800 Solarzellen im Einsatz sind.
Charles
Alexander Escoffery stellt 1960 seinen solarelektrischen
Umbau eines Baker von 1912 vor (mehr darüber im
entsprechenden Kapitel über Elektromobile
und Hybridfahrzeuge).
1961 veranstaltet die UNO in Rom
die erste Konferenz zum Thema Solarenergie in Entwicklungsländern, und das Institute
for Defense Analysis (IDA) in Washington DC die 1st PV Specialists
Conference. Im gleichen Jahr promovierte ein Doktorand von Prof. Ernst
Schmidt an der Technischen Hochschule München mit dem Thema ‚Möglichkeiten der
Ausnützung der Sonnenenergie für Münchner Verhältnisse’.
Der 1962 gestartete
Kommunikationssatellit Telstar (das
ist der, dem die Shadows einen ihrer tollen Songs gewidmet haben)
wird durch Solarzellen mit
Strom versorgt.
1962 errichtet
das Natick Laboratory einen Solarofen, um damit an Schweinen Verbrennungsversuche
durchzuführen, mit
deren Ergebnissen Soldaten geschützt werden sollen. Der Ofen wird
in White Sands, New Mexico, errichtet, da es dort keine Tierschutzbestimmungen
gibt. Die Anlage kostet 230.000 $ und erreicht Temperaturen von über
6.500°C.
1963 hat
die japanische Sharp Corp. Erfolg bei der Produktion
praktisch einsetzbarer Siliziumzellen-Module. In Japan wird eine 242
W PV-Anlage installiert, die zu diesem Zeitpunkt als die weltweit
größte
Solarzellenanlage gilt.
In Colorado wird 1963 das bereits dritte
Solarhaus gebaut.
Die linearen Fresnel-Reflektoren, die zur Solarnutzung
eingesetzt werden, gehen eigentlich auf den Italiener Giovanni
Francia im Jahr 1964 zurück, der u.a.
auch die Anti-blockier-Bremse für Fahrzeuge erfunden hat.
Durch die zu jener Zeit noch mindere Qualität der Reflektoroberflächen
ist die Effektivität des Systems allerdings unbefriedigend. Seine
damals angefertigten futuristischen Entwürfe werden erst 2005 wiedergefunden.
Ein 1966 gestarteter
Satellit – ein
astronomisches Observatorium – besitzt schon ‚Solarpaddel’ mit
einer Leistung von 1 kW. Im gleichen Jahr wird im australischen Coober
Pedy eine solare Wasserentsalzungsanlage mit einer Kapazität von
11 t Trinkwasser pro Tag errichtet. Und das amerikanische Verteidigungsministerium
befaßt sich mit
der bereits oben erwähnten Idee Hermann
Oberths von Spiegeln im Weltall – hier allerdings aus anderen
Motiven: Man würde damit nämlich gerne den nächtlichen
vietnamesischen Dschungel erhellen.
Sojus
1 ist 1967 das erste bemannte Raumschiff,
das durch Solarzellen mit
Strom versorgt wird.
Ein
interessantes Foto stammt aus dem Jahr 1967. Es
zeigt Senator Edmund
Sixtus Muskie nach einer Kongreß-Anhörung
zum Thema Elektro-Autos – auf einem Elektroroller, wie er erst 40
Jahre später (und etwas moderner aussehend) massenweise auf den
Markt kommt.
Man bemerke auch das futuristische Autodesign im Hintergrund rechts, über das ich allerdings noch nichts herausfinden konnte.
Ebenfalls
1967 entdeckt Akira Fujishima den Honda-Fujishima-Effekt,
der zur Hydrolyse
in photoelektrochemischen Zellen
verwendet wird.
Ansonsten
ist es in den 1960er Jahren
merkwürdig still um die Solartechnik, und aus dieser Zeit finden
sich kaum neue Entwicklungen oder Umsetzungen. Signifikant sind
allerdings die Bilder unseres Blauen Planeten, die 1968 zum
erstmals eine breite Öffentlichkeit erreichen
– und das Bewußtsein der Menschen nachhaltig beeinflussen.
In den frühen 1970er Jahren gelingt
es Dr. Elliot Berman mit finanzieller Unterstützung
der Exxon
Corp., eine
preisgünstigere Solarzelle mit weniger reinem Silizium zu entwickeln,
womit er den Preis von 100 $ pro installiertem Watt auf 20 $ senken
kann.
In die 1970er fällt
auch die ‚Sage’
des innovativen Leutnants der US-Küstenwache Lloyd Lomer,
der sich über seine
unverständigen direkten Vorgesetzten hinwegsetzt um die Behörden
davon zu
überzeugen, daß die Bojen mit Solarzellen ausgerüstet
werden sollten, um die immensen Kosten für die andauende Wartung
und den Austausch der bis dahin genutzten nicht wiederaufladbaren Batterien
einzusparen – und der später von
Präsident Ronald Reagan dafür sehr gelobt
wurde: Es sei
Lomer zu verdanken, daß
die neue Technologie inzwischen weltweit bei Bojen und Leuchttürmen
zum Einsatz gekommen ist.
Eine weitere ‚Sage’ ist die von Vater Verspieren, einem französischen Priester, der sich im Auftrag der Regierung Malis mit den Grundwasserreserven des trockenen afrikanischen Landes beschäftigt. Er besichtigt in Korsika eine solarbetriebene Wasserpumpe, die von dem graduierten Studenten Dominique Campana in den 1970ern in Paris entwickelt, und anschließend von dem französischen Wissenschaftler Jean Roger praktisch umgesetzt worden war. Verspieren startet daraufhin Ende der 1970er ein sehr erfolgreiches Programm zum solaren Wasserpumpen, dem es zu verdanken ist, daß die Idee inzwischen weltweit bekannt ist.
Zhores
Alferov und sein Team in der UdSSR stellen 1970 die
ersten hochwirksamen Heterostruktur-Solarzellen aus
Gallium-Arsenid her.
1971 erfindet Roger Riehl eine Armbanduhr ohne bewegliche Teile. Die Synchronar 2100 Solar LED Watch hat statt einem Ziffernblatt eine Solarzelle – während auf Knopfdruck die Zeit in Form aufleuchtender Zahlen auf der Seite der Uhr sichtbar wird. Bekannt wird die Uhr auch unter den Namen Ragen Synchronar, Ness Time Synchronar, Riehl Time Synchronar und Sun Watch.
Die Uhr verkauft sich trotz ihres Preises von 1.700 $ recht gut, sogar der ehemalige ägyptische Präsident Hosni Mubarak soll eine besessen haben.
Eine wichtige periphere Information:
Dem Invention Secrecy
Act von 1951 zufolge
können Patentanmeldungen neuer
Erfindungen in
den USA der
Geheimhaltung unterliegen
und ihre Veröffentlichung
eingeschränkt werden,
wenn die Behörden glauben,
daß ihre Offenlegung der nationalen
Sicherheit schaden könnte.
Eine entsprechende Liste von 1971 zeigt, daß auch Patente für Photovoltaik-Solargeneratoren Gegenstand der Überprüfung und möglichen Einschränkung sein können, wenn ihr Wirkungsgrad höher als 20 % ist. Bei anderen Systemen zur Energieumwandlung ist dies der Fall, wenn sie Wirkungsgrade von mehr als 70 – 80 % aufweisen.
Unter
dem Namen ‚Solar One’ baut die
University of Delaware im Jahr 1973 eines
der ersten mit Solarzellen ausgerüsteten
Wohnhäuser, wobei hier sogar schon eine PV/Thermische-Hybridanlage
zum Einsatz kommt, bei der die Zellen luftgekühlt werden, und
die entstandene Warmluft zum Heizen genutzt wird.
Ebenfalls
ab 1973 wird
die US-Orbitalstation Skylab mit Solarzellenstrom versorgt.
Im Zuge
der sogenannten Energie- bzw.
Ölkrise von 1973 ändert sich die Situation
in Richtung auf eine neue Akzeptanz gegenüber der Solarenergie
und der erneuerbaren Energieerzeugung im allgemeinen.
Schon 1973 beruft die UNESCO in Paris eine Konferenz unter dem Titel Solarenergie im Dienste der Menschen ein, und 1974 wird – als Teil der OECD, der Europäischen Vereinigung für Wirtschaftliche Zusammenarbeit – die International Energy Agency (IEA) gegründet, worauf es zunehmend zu weit angelegter internationaler Zusammenarbeit auf dem Sektor der Solarenergie kommt.
Es ist allerdings charakteristisch für den Umgang mit erneuerbaren Energien im allgemeinen und mit der Solartechnik im speziellen, was Prof. Helmut Tributsch in einer SFB-Sendung im November 1990 darüber berichtet hat:
„Tatsache ist, daß die
Entwicklungsmöglichkeiten der Solartechnologie trotz Energiekrisen und sehr
positiver Aufnahme durch die Öffentlichkeit im ausgehenden 20. Jahrhundert
immer sehr pessimistisch eingeschätzt worden sind. Ein typisches Beispiel ist
eine Energiestudie über die Möglichkeiten der Solarenergie, welche die
Bundesrepublik Deutschland nach der ersten Energiekrise im Jahr 1974 in Auftrag
gegeben hat. Sie kam zu dem Ergebnis, daß der Beitrag der Solarenergie zum
gesamten Energieaufkommen im Jahre 2000 nicht größer sein würde als 2 – 3
%. Die Politiker sahen demzufolge kaum ein Anlaß, viel Geld in die
alternativen Energietechnologien zu investieren.
Diese Studie ist
psychologisch bemerkenswert: Hier wurde zwei Jahrzehnte in die Zukunft eine
technologische Vorhersage gemacht, ohne daß das Potential von Forschung und
Entwicklung überhaupt einkalkuliert worden war.“
Wir begegnen diesem merkwürdigen Verhalten auch später immer
wieder - so daß ich mich dazu entschlossen habe, dieses zum Kern
meines Abschluß-Statements zu
machen. Doch zurück zur Chronologie:
In Rex, Georgia, geht 1974 der erste solarbetriebene Schienenübergang in Betrieb. Und auf dem Dach des Showgebäudes ‚Universe of Energy’ (in Disney World) wird eine 13.000 m2 große Solarfläche installiert.
Sie ist zu dieser (und für eine sehr lange) Zeit der größte private Sonnenkollektor der Welt, der alle Heizungsanlagen, Warmwasserbehälter und Kühlaggregate der Experimental Prototype Community of Tomorrow (EPCOT) betreibt.
Weiter mit der Geschichte
der Solarenergie ab 1975...