Ökobilanz Photovoltaik: Wie nachhaltig ist Sonnenstrom?

Der Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland schreitet voran. Auch mit Solaranlagen lässt sich nachhaltig Strom produzieren. Skeptiker behaupten jedoch, dass Produktion und Recycling der Photovoltaikanlagen mehr Energie benötigen, als erzeugt wird. Diese Aussage über eine schlechte Ökobilanz von Photovoltaik entbehrt jedoch jeder Grundlage: Eine Photovoltaikanlage erzeugt sogar ein Vielfaches der zur Herstellung und Installation aufgewandten Energie.

CO2-Bilanz bei der Produktion von Solarstrom.

Bei der Produktion einer Photovoltaikanlage werden etwa 50 Gramm CO2 pro produzierter Kilowattstunde (kWh) Solarstrom freigesetzt. Mit insgesamt 90 Prozent verursachen die Siliziumgewinnung und die Herstellung der Module den maßgeblichen Anteil der CO2-Emissionen von Photovoltaikanlagen.

Die Produktionsbedingungen beeinflussen die energetische Amortisationszeit von Photovoltaik in hohem Maße. Die Herstellung von Solarmodulen in China verursacht zum Beispiel aufgrund des höheren Kohlestromanteils mehr Emissionen als die Fertigung in Europa. In jedem Fall verbraucht die Solarmodul-Herstellung aber weniger Energie, als die Photovoltaikanlage später liefern kann. Die Fakten zur Ökobilanz von Photovoltaik wurden in einem Leitfaden des Fraunhofer ISE zusammengetragen.

Vergleicht man die Menge der CO2-Emissionen von Solarstrom mit der Stromerzeugung aus anderen Energiequellen, sind 50 Gramm pro kWh äußerst gering. Die Emissionen von aus Kohlekraftwerken gewonnenem Strom betragen ein Vielfaches, und auch Erdgaskraftwerke produzieren noch den zehnfachen CO2-Ausstoß von Photovoltaikanlagen. Nur Wind- und Wasserkraft haben mit etwa 18 Gramm bzw. 23 Gramm CO2 pro erzeugter Kilowattstunde eine bessere Ökobilanz als Photovoltaik.

Fossile Kraftwerke können ihre Emissionen nur durch eine Verbesserung des Wirkungsgrades verringern und ihre Rohstoffe sind begrenzt. Photovoltaikanlagen werden hingegen umso umweltfreundlicher, je mehr installiert sind: Jede Anlage verbessert den weltweiten Strommix und sorgt so insgesamt für eine umweltfreundlichere Produktion. Der aktuell in Deutschland aus dem Netz bezogene Strommix ist nur zu 43 Prozent regenerativ. Die restlichen 57 Prozent des Stroms werden konventionell erzeugt.

Stromspeicher für eine noch bessere CO2-Bilanz.

Neben einer zu deinen Strombedürnissen passenden Photoltaikanlage solltest du auch über die Investition in einen passenden Stromspeicher nachdenken. Dadurch kannst du die CO2-Bilanz deiner Solaranlage nämlich weiter verbessern. Zu diesem Ergebnis kommt auch das Autorenteam der HTW Berlin, das in der „Stromspeicher-Inspektion“ 2019 zwei unterschiedlich effiziente Photovoltaik-Batteriesysteme unter die Lupe genommen hat. Demnach lassen sich durch eine Kilowattstunde Solarstrom, die mittags eingespeist wird, im Durchschnitt 400 Gramm CO2 vermeiden. Nachts sind es sogar zum Teil bis zu 500 Gramm CO2.

Um auch nachts auf den von deiner Photovoltaikanlage erzeugten Solarstrom zurückgreifen zu können, brauchst du eine entsprechende Speicherlösung. Wichtig bei der Anschaffung eines solchen Systems sind vor allem möglichst geringe Umwandlungs- und Standby-Verluste. Aus diesem Grund solltest du bei der Auswahl auf eine hohe Effizienz und Langlebigkeit achten. Eine Möglichkeit, deinen Solarstrom zu speichern und auch von unterwegs zu nutzen, ist zum Beispiel die Solar-Cloud-Lösung, die Yello in Kooperation mit SENEC anbietet.

Ertrag einer Photovoltaikanlage.

Nicht nur die Produktionsbedingungen, sondern auch der Ertrag bestimmen darüber, wie positiv die Ökobilanz einer Photovoltaikanlage ist. Während der Betriebszeit entstehen nämlich keine Emissionen mehr. Das heißt, je mehr Strom pro Anlage produziert wird, desto weniger CO2 entfällt durchschnittlich auf jede erzeugte Kilowattstunde.

Die Sonneneinstrahlung ist dabei der wichtigste Einflussfaktor auf den Ertrag der Anlage. Je nach Standort der Anlage kann die Einstrahlung stark variieren, und auch die Jahres- bzw. Tageszeit beeinflusst die Strahlungsstärke. Zu einem großen Teil ist der Anlagenertrag also abhängig vom Standort der Photovoltaikanlage. Eine Anlage in Süddeutschland kann etwa von einer Sonneneinstrahlung von 1.300 kWh pro Quadratmeter profitieren, in Norddeutschland sind es durchschnittlich Einstrahlungen von 1.100 kWh pro Quadratmeter.

Auch Ausrichtung und Aufstellwinkel der Module nehmen Einfluss auf den Ertrag. Schließlich kann auch die Entscheidung für mono- oder polykristalline Module einen Unterschied machen. Polykristalline Module amortisieren sich energetisch schneller als monokristalline, obwohl der Stromertrag geringer ist. Grund dafür ist der hohe Energiebedarf bei der Herstellung großer Kristalle.

Dreiköpfige Familie kniet vor einer Photovoltaik-Anlage.

Energy Payback Time.

Solaranlagen müssen sich nicht nur wirtschaftlich rechnen, sondern auch energetisch. Die Zeit, bis eine Anlage so viel Energie produziert hat, wie für ihre Herstellung nötig war, bezeichnet man als Energy Payback Time (EPBT). Diese energetische Amortisationszeit einer Photovoltaikanlage liegt in Deutschland je nach Modultyp bei zwei bis maximal drei Jahren. Die ungefähre Lebensdauer einer Photovoltaikanlage beträgt 25 bis 30 Jahre. Laut der Meta-Studie „Klimabilanz Photovoltaik“ der EnergieAgentur.NRW erzeugen PV-Module in 20 Jahren etwa das Zehnfache der Energie, die bei ihrer Herstellung aufgewendet wurde.

Recycling der Photovoltaik-Module.

In Silizium-Modulen wird Blei verwendet, in Dünnschichtmodulen Cadmium. Beide Schwermetalle sind gesundheitsschädlich. Von Photovoltaik-Modulen gehen aber im Betrieb weder Gefahren für die Gesundheit noch für die Umwelt aus. Die giftigen Schwermetalle könnten ausschließlich bei unsachgemäßer Entsorgung in die Umwelt gelangen.

Die Produzenten der europäischen Solarbranche sind seit 2012 aufgrund der WEEE-Richtlinie (Waste Electrical ans Electronic Equipment) zur Rücknahme und Entsorgung ausgedienter Photovoltaik-Module verpflichtet. Europäische Hersteller haben sich in dem Verband PV Cycle zusammengeschlossen, der das Recycling alter Photovoltaik-Module in der gesamten EU übernimmt. Den EU-Mitgliedsstaaten bleibt überlassen, wie sie dessen Ziele umsetzen und wen die Pflicht zum Photovoltaik-Recycling trifft: Hersteller, Händler, Importeure oder sogar Installationsbetriebe. Die EU fordert lediglich, dass für ausnahmslos jedes Solarmodul jemand verantwortlich ist. Die Zielvorgabe des PV Cycle ist ein Wiederverwertungsanteil von 80 Prozent, in der Praxis werden sogar über 90 Prozent wiederverwertet. Der Alu-Rahmen des Moduls kann dabei zu 100 Prozent recycelt werden.

Als Betreiber einer Photovoltaikanlage kannst du bis zu 40 Module auch bei den Wertstoff-Sammelstellen deiner Kommune kostenlos selbst entsorgen. Wichtig zu wissen ist, dass die sachgemäße Entsorgung der Module nachgewiesen werden muss. Aus Verbraucher-Perspektive funktioniert das Photovoltaik-Recycling mithilfe des PV Cycle einwandfrei. Allerdings beträgt die Lebensdauer einer Photovoltaikanlage etwa 25 bis 30 Jahre, nach dem Boom in den 1990er-Jahren wird es somit noch ein paar Jahre dauern, bis die große Recyclingwelle beginnt.

Umweltschutz mit und durch Solarstrom.

Photovoltaikanlagen sind wirtschaftlich, haben eine gute CO2-Bilanz und ihr Ressourcenverbrauch ist vergleichsweise gering. Unter Berücksichtigung von Parametern wie Produktionsbedingungen, Standort und Recycling fällt die Ökobilanz für Photovoltaik insgesamt gut aus, Tendenz steigend in den nächsten Jahren.

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