Photovoltaik

Ausführlich erklärt

Von der Beobachtung 1839 zur Siliziumzelle

Alexandre-Edmond Becquerel bemerkte 1839, dass Metallelektroden in einer Elektrolytlösung kleine Ströme erzeugen, wenn Licht auf sie fällt. Er konnte den Effekt nicht erklären. 1883 baute Charles Fritts Solarzellen aus Selen, die weniger als 1 Prozent des Sonnenlichts in Strom umsetzten. Die erste praktische Siliziumsolarzelle stellten Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson 1954 in den Bell Laboratories vor, mit rund 6 Prozent Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der eingestrahlten Energie als Strom nutzbar wird.

Laut Fraunhofer ISE entfallen heute etwa 98 Prozent der Produktion auf Zellen aus Silizium-Wafern (dünnen Siliziumscheiben). Der Wirkungsgrad handelsüblicher Module aus monokristallinem Silizium stieg binnen zehn Jahren von rund 17 auf knapp 25 Prozent. Im Labor erreicht eine einzelne Siliziumzelle 28,1 Prozent, eine Tandemzelle aus Perowskit (einem Material mit besonderer Kristallstruktur) und Silizium 35,2 Prozent. Das sind Laborrekorde für Einzelzellen, keine Werte handelsüblicher Module.

Ausbau und Kosten in Deutschland und weltweit

Die Bundesnetzagentur meldete im Januar 2026 für das Jahr 2025 einen Zubau von 16,4 Gigawatt und eine installierte Solarleistung von 117 Gigawatt (1 Gigawatt entspricht 1 Million Kilowatt). Knapp die Hälfte des Zubaus entfiel auf Gebäudeanlagen, die andere Hälfte auf Freiflächen. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG 2023) nennt in § 4 als Ziel 215 Gigawatt für 2030 und 400 Gigawatt für 2040. Dafür wären laut Bundesnetzagentur künftig im Schnitt 19,6 Gigawatt Zubau pro Jahr nötig. Nach dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) lieferte Photovoltaik 2025 einen Anteil von 16,9 Prozent an der Nettostromerzeugung in Deutschland.

Weltweit sanken die Stromgestehungskosten neuer Photovoltaik-Großanlagen laut der Internationalen Organisation für erneuerbare Energien (IRENA) von 0,417 US-Dollar je Kilowattstunde im Jahr 2010 auf 0,043 US-Dollar im Jahr 2024, also um 90 Prozent. Stromgestehungskosten sind die über die Lebensdauer berechneten Kosten je erzeugter Kilowattstunde. Zuletzt stagnierten sie: 2024 lagen sie 0,6 Prozent über dem Vorjahr. In Deutschland kostete eine Dachanlage mit 10 bis 100 Kilowatt Peak (kWp) Leistung 1990 rund 14.000 Euro je kWp, Ende 2025 weniger als 8 Prozent davon. Die installierte Leistung beträgt weltweit je nach Quelle 2.392 Gigawatt (IRENA) bis rund 2.973 Gigawatt Peak (IEA-PVPS), nach dem Fraunhofer ISE entfallen 51 Prozent davon auf China.

Klimabilanz, Energiebedarf und Recycling

Das Umweltbundesamt (UBA) sieht die Umweltwirkungen der Photovoltaik in Herstellung und Recycling, im Betrieb treten keine nennenswerten auf. Eine Anlage ohne Batteriespeicher hat in Deutschland nach durchschnittlich 1 bis 2 Jahren so viel Energie erzeugt, wie Herstellung, Transport, Installation, Betrieb und Entsorgung erfordern. Ein Modul hält im Regelfall 25 bis 30 Jahre. Über 30 Jahre Nutzung entstehen laut einer UBA-Studie von 2021 rechnerisch 43 bis 63 Gramm CO₂-Äquivalent je Kilowattstunde (monokristalline Module). Zugleich vermeidet Solarstrom laut UBA netto rund 690 Gramm CO₂-Äquivalent je Kilowattstunde, vor allem aus Steinkohle- und Gaskraftwerken. Die Emissionen der Herstellung hängen vom Strom ab, mit dem produziert wird: Laut einem Bericht der Internationalen Energieagentur (IEA) von 2022 liefert Kohle 62 Prozent des Stroms für die weltweite Modulproduktion, weil diese stark in chinesischen Provinzen mit hohem Kohleanteil konzentriert ist.

Altmodule fallen in Deutschland unter das Elektro- und Elektronikgerätegesetz. Das UBA nennt für Vorbereitung zur Wiederverwendung und Recycling eine Quote von 92,4 Prozent und führt sie auf die Zusammensetzung aus gut verwertbaren Stoffen wie Glas und Aluminium zurück.

Lieferketten und Arbeitsrechte

Die Fertigung ist stark konzentriert. Nach der IEA lagen 2021 in China 79 Prozent der weltweiten Kapazität für Polysilizium (hochreines Silizium als Ausgangsstoff), 97 Prozent der Wafer-Kapazität und 85 Prozent der Zellkapazität. Auf die Provinz Xinjiang entfallen laut IEA rund 40 Prozent der weltweiten Polysilizium-Herstellung. Das Menschenrechtsbüro der Vereinten Nationen (OHCHR) hielt 2022 fest, dass es seit mindestens 2018 Berichte über Zwangsarbeit von Angehörigen uigurischer und anderer überwiegend muslimischer Minderheiten gibt, im Zusammenhang mit Programmen der Arbeitskräftevermittlung in Xinjiang und anderen Teilen Chinas. Die chinesische Regierung stellt ihre Programme als Terrorismusbekämpfung, Berufsbildung und Armutsbekämpfung dar. Das OHCHR sah dringenden Klärungsbedarf.

Laut IEA verfügte die US-Zollbehörde im Juni 2021 einen Einfuhrstopp für Polysilizium bestimmter Hersteller aus Xinjiang. In der EU verbietet die Verordnung (EU) 2024/3015, in Zwangsarbeit hergestellte Produkte auf dem Unionsmarkt in Verkehr zu bringen oder bereitzustellen. Sie gilt ab dem 14. Dezember 2027. Welche einzelnen Module betroffen sind, lässt sich aus diesen Quellen nicht ableiten.

Ob Solarstrom als sauber gilt, hängt auch davon ab, unter welchen Bedingungen die Module entstehen.

Kerngedanke

Zugang zu Solarstrom und Arbeit in der Branche

Eine Dachanlage setzt ein Dach voraus, über das sich verfügen lässt. In Deutschland lebten 2022 laut Statistischem Bundesamt von 39,3 Millionen Haushalten nur knapp 42 Prozent in selbst genutztem Eigentum, 58 Prozent wohnten zur Miete. Für Mieterhaushalte gibt es zwei rechtliche Wege. Steckersolargeräte mit zusammen bis zu 2 Kilowatt Leistung und bis zu 800 Voltampere Wechselrichterleistung dürfen nach § 8 Absatz 5a EEG angeschlossen werden. Die Bundesnetzagentur registrierte 2025 etwa 430.000 solcher Anlagen, das sind 3,2 Prozent des Zubaus (0,5 Gigawatt). Außerdem erlaubt § 42b des Energiewirtschaftsgesetzes die gemeinschaftliche Gebäudeversorgung: Teilnehmende Endverbraucher beziehen per Vertrag Strom aus einer Gebäudestromanlage. Wie viele Mieterhaushalte diese Wege tatsächlich nutzen, geht aus den geprüften Quellen nicht hervor.

Auch die Arbeit in der Branche ist ungleich verteilt. Laut einer Befragung der IRENA unter rund 1.300 Personen und Organisationen sind 40 Prozent der Vollzeitbeschäftigten in der Photovoltaik-Branche Frauen, in den Erneuerbaren Energien insgesamt 32 Prozent, in Öl und Gas 22 Prozent. In der Installation liegt der Frauenanteil bei 12 Prozent, im obersten Management bei 13 Prozent. Die Studie weist nur den Anteil von Frauen aus. Zahlen zu trans, inter oder nicht-binären Beschäftigten enthält sie nicht. Zur Frage, wer den Wandel mitgestaltet und wer seine Lasten trägt, passt der Begriff Just Transition.

Wie sich Solarstrom vom eigenen Dach in der Klimabilanz von Klimaanlagen niederschlägt, zeigt der Blogartikel Kühl bleiben ohne Klimaanlage: Was wirklich hilft, und warum das nicht für alle gleich einfach ist.

Quellen: Bundesnetzagentur: Ausbau Erneuerbarer Energien 2025 (08.01.2026) / § 4 EEG 2023 (Ausbaupfad) / § 8 EEG 2023 (Steckersolargeräte) / § 42b EnWG (Gemeinschaftliche Gebäudeversorgung) / Fraunhofer ISE: Photovoltaics Report (14.07.2026) / IRENA: Renewable Power Generation Costs in 2024 / IRENA: Solar PV, A Gender Perspective (2022) / Umweltbundesamt: Photovoltaik / Umweltbundesamt: Solarthermie / IEA: Solar PV Global Supply Chains (2022) / OHCHR: Assessment of human rights concerns in Xinjiang (31.08.2022) / Verordnung (EU) 2024/3015 / Statistisches Bundesamt: Wohnsituation privater Haushalte 2022 / APS News: Bell Labs und die erste praktische Siliziumsolarzelle (2009) / Chapin, Fuller und Pearson 1954 / Duden: Photovoltaik / Duden: Volt

Hinweis zur Quellenlage: Die IEA nennt für den Anteil Xinjiangs an der Polysilizium-Herstellung 40 Prozent (Zusammenfassung) und 42 Prozent (Kapitel 2, Kapazität 2021); der Artikel nutzt die Zusammenfassung. Die Angaben zu Lieferketten und Zwangsarbeit stammen von IEA und OHCHR (Stand 2022), die Angaben zur Branche von einer Befragung der IRENA aus dem Jahr 2021. Aus ihnen lässt sich nicht ableiten, welche einzelnen Module betroffen sind.