Geschichtlicher Rückblick Solartechnik bis 1900
Sonnenenergie
„Der ganze Aufwand mit der Nutzung des Urans, und zwar alle Reserven, und Nebenkosten wie die von Unfällen wie Tschernobyl, haben unserer Welt nur den Gegenwert von dreieinhalb Stunden Sonnenenergie eingebracht.“
Helmut Tributsch
„Friedenssicherung, Umweltschutz und Versorgungssicherheit sind nur durch den konsequenten Wechsel zu Erneuerbaren Energien möglich. Die politische Mission unseres Zeitalters ist ‘Solar for Peace’“
Gudrun Vinzig
Sobald von alternativen oder erneuerbaren Energien die Rede ist, wird als erstes an die Sonne gedacht, und sicherlich auch aus psychologischen Gründen. Die tiefgehende Vermischung der Denkfelder ‚Sonnengott’ und ‚allgemeine Machtstrukturen’ ist von Lewis Mumford in seinem umfangreichen Buch Mythos der Maschine ausführlich dargestellt worden. Hinzu kommt, daß sich auch die Medien in erster Linie mit der Sonnenergie – oder Solarenergie – beschäftigen, da ihre Nutzanwendungen unter allen Alternativenergien die am weitest verbreitetsten ist.
Was die Sonne energetisch so anziehend macht ist, daß sie jeden morgen verlässlich wieder ‚aufgeht’ und ihre Strahlung neu zur Verfügung stellt. Die primäre Energieleistung senkrechter Sonnenstrahlung auf einen Quadratmeter beträgt 1,4 kW (Solarkonstante). Von der Strahlungsleistung der Sonne auf Meereshöhe entfallen etwa 4 % auf den UV-Bereich (< 400 nm) und jeweils etwa 48 % auf den sichtbaren (400 bis 750 nm) und den Infrarot-Bereich ( > 750 nm).
Die Gesamteinstrahlung, welche die Erde pro Jahr erreicht, beträgt etwa 1,5 x 1018 kW/h pro Jahr, also das 30.000-fache des Energieverbrauchs der gesamten Menschheit (Stand 1980). In dem Buch Solare Weltwirtschaft geht der Autor Hermann Scheer von dem 16.000-fachen aus (Stand 1999), vermutlich aufgrund des inzwischen stark zugenommenen globalen Energieverbrauchs. In anderen Quellen wird sogar von einem nur 10.000-fachen Energieeintrag geredet – doch in jedem Fall ist es noch immer ausreichend für alle Anforderungen der Gegenwart und nahen Zukunft.
Nicht vergessen werden darf, daß die gesamten fossilen, nichterneuernden Energieträger den wissenschaftlichen Erkenntnissen zufolge nichts anderes als gespeicherte Sonnenenergie darstellen, sowie daß eine Vielzahl der physikalischen Abläufe im mikro- wie im makroskopischen Sinne direkt oder indirekt mit der Sonnenenergie in Beziehung stehen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit soll allerdings nur die direkte Einwirkung bzw. Nutzung betrachtet werden.
Inzwischen steht die Sonne auch immer stärker im Mittelpunkt energiewirtschaftlicher und energiepolitischer Betrachtungen. Außerdem gibt es – zumindest bei der Bevölkerung der mittel- und nordeuropäischen Industrienationen – einen weitgehend unbefriedigten ‚Sonnentrieb’, der möglicherweise ebenfalls zur besonderen Attraktivität dieser Energieform beiträgt…
Geschichtlicher Rückblick (Frühzeit bis 1900)
Die Omleken nutzen schon vor über 3.000 Jahren in Zentralamerika Parabolspiegel aus Magneteisen als Feuerzeuge. Und in den Ruinenstätten von Ninive in Mesopotamien wurden einfache Brenngläser gefunden, die etwa aus dem 7. Jahrhundert vor Christus stammen.
Seit wann es schon Sonnenuhren gibt – die ja auch eine Art ‚Solartechnik’ darstellen, wenn auch nicht energetischer Natur – ist nicht genau bekannt, man geht aber davon aus, daß schon die Urmenschen vor einigen zehntausend Jahren die unterschiedliche Schattenlänge von in den Boden gesteckten Stäben kannten (Gnomon). Gesichert ist jedenfalls daß die Sonnenuhr nicht von einer Person an einem bestimmtem Ort, sondern von mehreren Menschen rund um den Erdball gleichzeitig und unabhängig voneinander erfunden wurde. So benutzten die Sumerer beispielsweise Sonnenuhren, die den Schatten auf ein kreisförmiges Erdziffernblatt warfen, welche aber noch keine Ziffern, sondern keilförmige Markierungen hatte. Und auch die Babylonier, die Ägypter, die Chinesen und die Kulturvölker Lateinamerikas verwendeten Sonnenuhren. Doch zurück zur solaren Energie:
Im frühen Altertum ließ sich Sokrates (469 – 399 v.Chr.) über die passive Nutzung der Sonnenenergie beim Hausbau aus. Aristoteles (384 – 322 v.Chr.) schlug eine Methode zur solaren Verdampfung von Meerwasser zur Trinkwassergewinnung vor. Euklid (ca. 365 – ca. 300 v.Chr.) wies in seiner Schrift über die Optik auf die Möglichkeit hin, die Sonnenstrahlung mit Brennspiegeln zu konzentrieren, um höchste Temperaturen zu erreichen. Griechen und Römer nutzen Brennspiegel, um bei religiösen Handlungen Feuer zu entzünden.
Von Archimedes (287 – 212 v.Chr.) wird berichtet – sei es nun Legende oder Wahrheit –, daß er im zweiten Punischen Krieg die Takelage der die Stadt Syrakus angreifenden römischen Flotte mit gebündelten Sonnenstrahlen in Brand setzte. Bei dem hier abgebildeten Kupferstich der solaren Verteidigungsaktion handelt es sich um das Titelblatt des Thesaurus opticus, der lateinischen Ausgabe des Kitab al-Manazir, einem Werk des arabischen Gelehrten Abu Ali al-Hassan Ibn Al-Haitham (ca. 965 – 1040), der auch als Erfinder der Lupe gilt.
Um den Bericht zu verifizieren (oder falsifizieren) führt die griechische Marine 1973 ein Experiment mit hochreflektierenden Bronzeschilden durch, wie sie vor über 2.000 Jahren von Archimedes gegen die Römische Flotte eingesetzt sein sollen, und bringen tatsächlich ein hölzernes Boot in einer Entfernung von 50 m zum Brennen.
Im Oktober 2005 bauen Mitglieder des Massachusetts Institute of Technology und der University of Arizona zwei der damals möglichen Spiegelkonstruktionen aus Bronze bzw. Glas nach und versuchen ebenfalls, mit diesen ein hölzernes Fischerboot aus 50 m Entfernung zu entflammen. Es lohnt sich, einen Blick auf die Bilderstrecke zu werfen, um die Versuchsanordnung – und das hier abgebildete Ergebnis im Einzelnen zu verfolgen.
Eine weitere These, die sich wohl ebenso schwer beantworten läßt, ist die Vermutung, daß es sich bei den Steinkreisen um antike Solarkraftwerke handelt, bei denen die Steine selbst, Spiegel sowie das einfallende Sonnenlicht dazu genutzt wurden, um gezielt Wirbelwinde zu erzeugen. Als Spiegel sollen aufgespannte, mit Blattgold überzogene Stoffe oder Tierhäute eingesetzt worden sein. Das gebündelte Sonnenlicht erhitzt die Steine, die ihrerseits die Hitze an die Luft abgeben und einen Auftrieb erzeugen, ähnlich wie in einem (allerdings weit größer dimensionierten) Hochdruckgebiet. Im Zentrum des Steinkreises entsteht gleichzeitig ein konstanter Unterdruck (Tiefdruckgebiet). Der Aufwind wirkt dabei in Form einer kreisförmigen Mauer, so daß der Unterdruck nur die Möglichkeit hat, sich von oben her auszugleichen, wobei sich die von oben in das Zentrum des Kreises gesaugte kalte Luftmasse als Wirbel manifestiert.
Eine ähnliche These gibt es auch in Bezug auf die Pyramiden. Hier sei die Sonnenergie hauptsächlich zum Zweck des Wasserpumpens genutzt worden, wobei der Cheops-Pyramide als solar betriebene Wasserentsalzungsanlage eine besondere Rolle zukam. Da diese Sichtweise bislang noch hochgradig spekulativ ist, werde ich hier auf eine ausführliche Darlegung verzichten. Die tatsächlich nachgewiesenen Erfindungen und Entdeckungen sind schon spannend genug.
Chinesische Dokumente aus dem Jahr 20 n. Chr. belegen ebenfalls dort den Gebrauch von Brennspiegeln bei religiösen Zeremonien. Der jüdische Philosoph Philon von Byzanz (ca. 25 v. – 50 n.Chr.) verwendete die Sonnenstrahlung in einem Thermoskop, dem Vorläufer unseres heutigen Thermometers: Ein mit Luft gefülltes und am oberen Ende versiegeltes Rohr tauchte mit seinem unteren Ende in das Wasser eines Behälters. Wird das Rohr nun der Sonnenstrahlung ausgesetzt, dann dehnt sich die darin eingeschlossene Luft aus, und das Wasser im Behälter steigt. Diese Idee wurde erst 1615 von Salomon de Caus wieder aufgegriffen (s.u).
Gesichert ist ebenfalls eine Geschichte aus dem alten Rom. Vor gut 2.000 Jahren ließen die die Hüterinnen des Vesta-Tempels – Vesta war die Göttin des Herzens – ein mal jährlich das Feuer bewußt ausgehen, um es dann mit den konzentrierten Sonnenstrahlen eines konischen Metallreflektors wieder neu zu entzünden.
Bereits im ersten Jahrhundert n. Chr. sind im römischen Imperium wassergefüllte, dunkel gefärbte Tontöpfe in Gebrauch, die auf den Dächern durch die Sonnenwärme das in Wasser erwärmen; und schon aus dem Jahr 37 n.Chr. wird von einem Gewächshaus berichtet, in welchem für Kaiser Tiberius dessen bevorzugte Gurken gezogen wurden.
Um 100 n.Chr. beschäftigt sich der Mecanicus Heron von Alexandria (Lebensdaten nicht genau bekannt) nicht nur mit der Dampfkraft (Heronsball), mit programmierbaren Wasser- und Luftbetriebenen Geräten und Musikmaschinen, sondern auch mit einem solaren Wassererhitzer.
In den folgenden Jahrhunderten scheint es nicht sehr viel weiter gegangen zu sein, und erst im Justinischen Kodex des 6. Jhd. wird die passive Nutzung der Sonnenenergie wieder erwähnt, in Form einer Bauvorschrift, die das individuelle Recht auf Zugang zur Sonne festschreibt und den Schattenwurf auf andere Nutznießer verhindern soll.
Leonardo da Vinci (1452 – 1519) entwickelt neben vielen anderen wegweisenden Gerätschaften auch einen Parabolspiegel, der zum Trocknen von Kleidung eingesetzt werden kann.
1560 läßt sich der französische Wundarzt und Chirurg Ambroise Paré (1510 – 1590) einen Solarofen herstellen, dessen Zweck ich bislang allerdings noch nicht eruieren konnte. Und 1561 beschreibt der Chemiker und Botaniker Adam Lonicer (Lonitzer; 1528 – 1586) den Gebrauch von Spiegeln bei der Nutzung des Sonnenlichts zur Destillation von Parfum.
Um 1600 perfektioniert man in Frankreich die Herstellung von Glasscheiben. Genau 10 Jahre später verkündet Galileo Galilei (1564 – 1642), daß er durch sein Teleskop Sonnenflecken entdeckt habe – gleichzeitig bekommt er arge Probleme wegen seinem heliozentrischen Weltbild. Denn daß die Sonne in den Mittepunkt des Geschehens tritt, war damals nicht im Sinne der Kirche. Chinesische Astronomen hatten Sonneflecken allerdings schon gut 2000 Jahre vorher beschrieben.
1615 baut der französische Physiker und Ingenieur Salomon de Caus (auch Mondecaus, de Caulx, de Caux, de Cauls; 1576 – 1626), der als einer der Erfinder der Dampfmaschine gilt, zwei Vorrichtungen, die er auch in seinem Kunstbuch beschreibt. Mittels das Sonnenlicht verstärkenden Glaslinsen und der dadurch erzielten Wassererwärmung in einem Metallkessel betreibt de Caus eine Luftorgel und die wohl erste solarthermische Wasserpumpe, mit der er einen kleinen Springbrunnen in Gang setzt.
Im Jahre 1646 beschreibt der Erfinder der Laterna Magica, der Jesuit Athanasius Kirchner (1601 – 1680) in seinem Werk Ars magna lusis et umbrae verschiedene von ihm gebaute Sonnenmaschinen (auch für kriegerische Zwecke), und um 1690 wird in Dresden von Ehrenfried Walter von Tschirnhaus (1651 – 1708) ein weit gerühmter Brennspiegel mit einem Durchmesser von 1,60 m gefertigt, der zu Versuchszwecken in einer Töpferei eingesetzt wird. Er befindet sich heute im Lomonosov Museum in Moskau. Außerdem arbeitete Tschirnhaus (o. Tschirnhausen) mit großen Brennlinsen.
Ab 1700 führt Holland europaweit bei der Entwicklung und dem Einsatz von Gewächshäusern mit Glaswänden.
1764 erklärt Antoine Laurent de Lavoisier (1743 – 1794) auf wissenschaftlichem Wege, wie eine Temperaturerhöhung in einem Medium auch mittels Sonnenstrahlen durchgeführt werden kann. Ein Jahr später gelingt es dem französischen Naturalisten Georges-Louis Leclerc Buffon (1707 – 1788) mittels 140 ebenen Spiegeln aus einer Entfernung von 100 m Blei zum Schmelzen zu bringen. Schon 1747 war ihm gelungen, in den Gärten des französischen Könighauses aus rund 60 m Entfernung einen Holzstoß zu entzünden, wozu er 300 Einzelspiegel gentzt hatte. In 6 m Entfernung konnte der Solareflektor Silber schmelzen.
1767 erreicht der Schweizer Wissenschaftler Horace-Bénédict Saussure (1740 – 1799) in seinem ‚capteur solair’, eine Konstruktion aus 5 Glaskästen, die auf einer geschwärzten Grundfläche übereinander gestapelt waren, schon eine Temperatur von 88°C (andere Quellen sprechen sogar von 109°C). Er entwickelt eine ganze Reihe von glasgedeckten Solarfängern und gilt damit als der ‚Vater aller Solarkocher’.
1770 optimiert der französische Wissenschaftler Marc du Carla Bonifas die Solarkocher von Saussure durch eine Isolierung und reflektierende Spiegel. Du Carla beschreibt im ‚Magazin für das Neueste aus der Physik und Naturgeschichte’ 1784 aber auch einen ‚Feuersammler’: „Die Absicht bey dieser Maschine geht dahin, daß man die Sonnenhitze so aufhäuft und beysammen erhält, daß alle strengflüssige Materie dabey schmelzen kann. (…) Das Sonnenfeuer eines schönen Frühlingstages kann einen Kessel voll Eisen, der mehr als eine Klafter im Durchmesser hat, in Fluß bringen.“
1772 benutzt Sir Isaac Newton (1643 – 1727) ein System aus konkaven Spiegeln, um Sonnenstrahlen zu fokussieren. Dieses System wird später von dem russischen Universalgelehrten Michail Wassiljewitsch Lomonossow (1711 – 1765) durch den Einsatz von acht Linsen und sieben Spiegeln weiterentwickelt. Nur zwei Jahre später baut Lavoisier mittels zwei Linsen von 20 bzw. 130 cm Durchmesser einen Solarofen, mit dem er bereits eine Temperatur von 1.780°C erzielt.
Im Jahr 1800 entdeckt der Astronom und Musiker Sir Friedrich Wilhelm Herschel (1738 – 1822), während er ein Thermometer am farbigen Sonnenspektrum entlang führt, daß die Wärme ihr Maximum nicht etwa in der Mitte, sondern hinter dem roten Rand der Farbskala erreicht: im Infrarot.
1816 beantragt der schottische Pfarrer Robert Stirling (1790 – 1878) das Patent für einen Heißluftmotor, der u.a. auch von Lord Kelvin (William Thomson, 1824 – 1907) in dessen Unterricht genutzt wird. Nach einer langen Zeit des Vergessens wird der Stirling-Motor heute wieder in Kombination mit Solar-Parabolspiegeln betrieben.
Der britische Jurist und Astronom Sir John Herschel (1792 – 1871), Sohn von Friedrich Wilhelm Herschel, nutzt während einer Expedition zum Kap der Guten Hoffnung 1830 einen Solarkocher zur Zubereitung von Mahlzeiten. Die schwarz ausgekleidete Kiste aus Mahagoni-Holz, die zur Isolation im Sand vergraben wird, erreicht eine Temperatur von 116°C. Der Vater läßt seinerseits 1837 eine Schüssel mit Wasser vom Sonnenlicht erwärmen und mißt dadurch die Wärmeleistung unseres Zentralsterns.
Das photoelektrische Prinzip, das die Grundlage aller Arten von Solarzellen bildet, wird 1839 von dem damals erst 19-jährigen französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel (1820 – 1891) entdeckt – dem Vater jenes Antoine Henri Bequerel (1852 – 1908), welcher den Physiknobelpreis 1903 erhalten wird – für seine Entdeckung der Radioaktivität im Jahre 1896.
1860 beginnt ein weiterer Franzose, der Gymnasiallehrer am Lyzeum von Tours Augustin Mouchot (1825 – 1912), mit ersten Experimenten an einem Solarkocher, um die Abhängigkeit seiner Heimat von dem Brennstoff Kohle zu reduzieren – und schon 1866 arbeitet seine 1861 patentierte sonnenbetriebene Dampfmaschine, die erste überhaupt. Mit einer Fläche von 18,6 m2 und einem konusförmigen Kollektor erreicht sie mit 1,5 PS. Der Wirkungsgrad beträgt rund 3 %. A. Mouchot präsentiert 1866 in Paris seine Erfindungen auch Napoleon III, der ihm daraufhin finanzielle Unterstützung zukommen läßt. Dadurch kann er u.a. auch ein System zur Sonnennachführung entwickeln. 1869 schreibt Mouchot das erste Solartechnik-Buch der Welt, Die Sonnenwärme und ihre industriellen Anwendungen, eine zweite Auflage erscheint 1879. Die deutsche Übersetzung dieses Werkes kommt allerdings erst 1987 (also nach fast 120 Jahren!!) auf den Markt…
Ebenfalls in den 1860er Jahren beginnt der Erbauer des legendären Kriegsschiffes Monito, und einer der Erfinder der Schiffsschraube, der schwedisch-amerikanische Ingenieur John Ericsson (1803 – 1889) Messinstrumente zum quantitativen Erfassen der Sonnenstrahlen-Energie zu entwickeln. In der Beach Street in New York richtet er sich im obersten Geschoß und im Dachraum ein Forschungslaboratorium für Sonnenergie ein. Seine erste solarbetriebene Heißluftmaschine hatte er bereits 1826 gebaut, als er auf das Arbeitsvermögen der Sonnenenergie aufmerksam geworden war. Über 50 Jahre lang entwirft er Sonnengrills sowie solar betriebene Dampf- und Heißluftmaschinen. Seine bekannteste von 1870 besitzt einen rechteckige Form (3,5 m x 2 m) und besteht aus schmalen Glasstreifen, die an ihrer Außenseite versilbert sind und auf einem parabolischen Unterbau montiert sind. In der Brennlinie befindet sich ein 15 cm durchmessender röhrenförmiger Dampfkessel.
Etwa in dieser Zeit konstruiert der bekannte britische Ingenieur Sir Henry Bessemer (1813 – 1898) einen solaren Schmelzofen von 3 m Durchmesser mit kleinen Flachspiegeln, und schmilzt damit Kupfer und Zink. Die Deutschen Stock und Heynemann nutzen als erste das Vakuum zur Wärmedämmung und fokussieren das Sonnenlicht mittels Glaslinsen auf einen Schmelztiegel in einer evakuierten Glaskugel. Damit gelingt es ihnen, Silizium-, Kupfer-, Eisen- und Manganproben zu schmelzen.
Um 1870 tun sich die beiden französischen Ingeniere A. Mouchot und Abel J. Pifre zusammen und bauen Solarkocher für die französischen Truppen in Süd-Afrika, sowie verschiedene Sonnenmaschinen. Der Kollektor einer dieser Maschinen ist ein Parabolspiegel mit 2,20 m Durchmesser und besitzt auf der Innenseite versilberte Kupferplatten. Der röhrenförmige Dampfkessel im Brennpunkt ist geschwärzt und treibt eine Wasserpumpe an. In Algerien erprobt A. Mouchot im Auftrag der französischen Regierung 1877/1878 verschiedene Solarapparate, um sie als „Energiequellen für arme heiße Länder“ zu erschließen, doch in ihrem Gutachten von 1880 beurteilt die Regierung die Solartechnik als unwirtschaftlich. Immerhin dauert das Backen eines Pfund Brot oder das Kochen von zwei Pfund Kartoffeln noch eine Stunde.
1872 erstellt ein Technikerteam unter der Leitung von J. Harding and Charles Wilson in der chilenischen Atacama-Wüste nahe der Stadt Salinas für die Betreiber einer Natriumnitrat-Mine die weltweit erste solare Meerwasserentsalzungsanlage. Sie hat eine Fläche von 4.700 m2, einen täglichen Ausstoß von 24.000 Litern und wird 40 Jahre problemlos betrieben.
Schon 1873 entdeckt Willoughby Smith (1828 – 1891), daß Selen seinen Widerstand verändert, wenn es dem Sonnenlicht ausgesetzt wird (Photokonduktivität). Dies ist der erste Schritt in Richtung Solarzelle.
1876 stellen William Grylls Adams (1836 – 1915), Professor am King’s College in London, und sein Student Richard Evans Day fest, daß Selen sogar Elektrizität ‚produziert’, sobald es dem Sonnenlicht ausgesetzt wird. Ein Namensvetter, William Adams, der als Kolonialbeamter der britischen Krone im Indischen Bombay tätig ist, schreibt in dieser Zeit das preisgekrönte und weitsichtige Werk Solar Heat: A Substitute for Fuel in Tropical Countries. Außerdem läßt er sich einen achtseitigen Solarkocher patentieren und baut eine solare Dampfmaschine mit Reflektor, die 2 kW leistet.
Zu besonderer Berühmtheit gelangt 1878 die mit Sonnendampf gespeiste Druckerpresse von A. Pifre, mit der während der Pariser Weltausstellung stündlich 500 Exemplare des Le Journal Soleil gedruckt werden, in welchem über die Vorteile der Solarenergie im allgemeinen, und über die Forschungen Mouchots im besonderen berichtet wird. A. Mouchot selber, auch weiterhin ein glühender Verfechter der Sonnenenergie, führt eine solarbetriebene Dampfmaschine mit einem konischen Brennspiegel von 5 m Durchmesser vor, deren Dampf über einen Kondensor zum Betrieb eines Kühlschranks genutzt wird. Außerdem stellt er einen Solarkocher vor, in dem ein Pfund Rindfleisch in 25 Minuten gar wird. Die beiden Erfinder erhalten zwar Medaillen, aber nicht die erhoffte finanzielle Unterstützung. A. Mochot stirbt 1912 in Paris – arm, einsam und vergessen.
1879 benutzt Heinrich Hertz Edmond Becquerels Entdeckung, um den Effekt von Licht auf feste Materie zu untersuchen.
Ein New Yorker Erfinder namens Charles E. Fritts baut 1883 die erste Solarzelle, die er aus einem ‚wafer’ aus dem halbleitenden Selen und einer hauchdünnen Überzug aus einer Schicht Gold herstellt. Der Wirkungsgrad liegt noch unter 1 %. Seine entsprechenden Aussagen werden mit größtem Skeptizismus aufgenommen. C. Fritts schickt jedoch einige seiner Solarplatten an Werner von Siemens (1816 – 1892), der davon begeistert ist und die Zellen in der Preußischen Akademie der Wissenschaften vorstellt. Er nennt dies eine „Entdeckung von größter wissenschaftlicher Bedeutung.“ Im gleichen Jahr baut Ericsson einen parabolischen Rinnenkollektor aus versilberten Glasplatten mit einer Gesamtfläche von 9,3 m2 und einem geschwärzten Absorberrohr in der Brennlinie. Die Ausbeute beträgt allerdings nur 0,7 kW.
Nun beginnt eine Zeit mit einer Flut von Patentierungen im Bereich der Solarenergie, obwohl ihre Umsetzungen nur in wenigen Einzelfällen erfolgen. 1880 erhalten E. J. Molera und J. C. Derbrain das deutsche Patent für einen Solarboiler, und 1882 sowie 1883 ein W. Calver für seine Solarmotoren.
1885 erhält der Physiker Charles Tellier (1828 – 1913) das Patent für eine nicht auf Reflektion beruhende solare Dampfmaschine, die als Betriebsmittel Ammoniak innerhalb eines sehr flachen, aus Metall hergestellten Kollektors nutzt. Vier Jahre später veröffentlicht er außerdem den Vorschlag, die Solarenergie zur industriellen Herstellung von Eis zu nutzen.
Ebenfalls 1885 faßt der ‚Pionier von Massachusetts’ Charles H. Pope, der auch mit solaren Maschinen experimentiert, in einem Artikel der Fachzeitschrift Scientific American die Ideen seiner Zeit über die Solarnutzung zusammen.
1889 arbeitet in Dresden Wilhelm Hallwachs (1859 – 1922) an der Weiterentwicklung des photoelektrischen Effekts.
1891 patentiert und vermarktet ein Clarence M. Kemp aus Baltimore den ersten kommerziellen solaren Wassererhitzer The Climax. Von diesem Kollektor werden mehrere Tausend Stück verkauft. Andere Quellen sprechen davon, daß er bereits 6 Jahre später sogar in 30 % aller Haushalte in Pasadena im Einsatz gewesen sein soll.
Das Prinzip der Solarturms wird erstmals 1896 von C. G. O. Barr patentiert. Ein halbparabolischer Spiegel ist auf einem Güterwagen montiert, der sich auf einem kreisrunden Schienenstrang bewegt um der Sonne zu folgen und seine fokussierten Strahlen auf einen zentral installierten Kessel zu richten.
Kurt Lasswitz (1848 – 1919) beschreibt in seinem 1897 erschienenen Roman Auf zwei Welten einen energiehungrigen Mars, der deshalb die Erde kolonisiert – und prompt riesige Solarkollektor-Felder in der Sahara und in Tibet errichtet. Besonders weitsichtig: auch das Zahlungsmittel der ‚Marsianer’ ist Energie!
1898 baut der geniale Erfinder Nikola Tesla (1856 – 1943) seinen ersten Apparat zur Nutzung der Sonnenenergie.
Der in Boston lebende Brite Aubrey G. Eneas, der 1892 mit seiner Solar Motor Co. die erste ‚Solarfirma’ der Welt gründet, baut 1901 unter Einbezug von 1.788 Spiegeln in Form eines über 10 m durchmessenden Reflektors eine Solarkraftmaschine mit 4 PS, die zu Spitzenzeiten fast 5,5 t Wasser pro Tag pumpt. Die in Pasadena, Kalifornien, errichtete Anlage wiegt 4 Tonnen und hat einen Wirkungsgrad von 4 %. Eneas hat aber kein Glück mit seinen Maschinen: Während sein erstes System einem Sturm zum Opfer fällt, wird das zweite von Hagel zerstört.
Um die Jahrhundertwende versorgen sich in Arizona viele Haushalte mit warmem Wasser, indem sie schwarz eingefärbte, wassergefüllte Tonnen auf die Dächer stellen, die bis Tagesende eine ausreichende Temperatur erreichen, damit man das Wasser zum baden oder spülen nutzen kann.
