Wie umweltfreundlich ist eine Photovoltaik-Anlage?
Einerseits gilt Solarenergie als eine der saubersten Energiequellen unserer Zeit. Andererseits hört man immer wieder Gerüchte, dass die Herstellung von PV-Modulen energieintensiv und umweltbelastend sei – und der Nutzen für die Umwelt deshalb fragwürdig.
Doch wie ist es wirklich um Energiebilanz, CO2-Emission, Schadstoffe und Co. bestellt? Sind Solaranlagen umweltfreundlich? In diesem Artikel räumen wir mit veralteten Mythen auf. Wir zeigen Ihnen, wie es tatsächlich um die Umweltfreundlichkeit von Photovoltaik-Anlagen steht. Sie werden sehen: Die Entwicklungen der letzten Jahre sind sehr positiv.
Themen
Energiebilanz von Photovoltaikanlagen
Beginnen wir mit einer guten Nachricht: Sie sind schneller im Plus als Sie denken. Denn die Energiebilanz von Photovoltaikanlagen hat sich durch den technologischen Fortschritt in den letzten Jahren drastisch verbessert. Doch was bedeutet das konkret?
Die Energiebilanz ist messbar in zwei Werten:
- Energetische Amortisationszeit
- Erntefaktor oder auch ERoEI
Die energetische Amortisationszeit gibt an, wie lange eine PV-Anlage braucht, um die Energie zurückzugewinnen, die für ihre Herstellung aufgewendet wurde. Noch vor wenigen Jahren lag dieser Wert bei mehreren Jahren – heute sieht die Situation schon ganz anders aus.
Die jüngsten umfassenden Studien des Fraunhofer-Instituts von 2023 zeigen: Moderne Solaranlagen in Deutschland amortisieren sich energetisch bereits nach etwa einem Jahr. Das heißt, Ihre Anlage produziert schon nach 12 Monaten mehr Strom, als für ihre Herstellung benötigt wurde. Alles, was danach kommt, ist somit reiner Gewinn für die Umwelt.
Noch beeindruckender wird es, wenn wir den sogenannten Erntefaktor (oder auch „Energy Return on Energy Invested, ERoEI“) betrachten. Dieser zeigt, wie viel Energie eine PV-Anlage über ihre gesamte Lebenszeit im Verhältnis zu der für ihre Herstellung aufgewendeten Energie produziert. Er liegt für aktuelle PV-Anlagen bei Werten zwischen 10 bis 20. Anders ausgedrückt: Über ihre Lebensdauer erzeugen neuwertige Anlagen 10- bis 20-mal mehr Strom, als für ihre Produktion aufgewendet wurde.
Diese Zahlen zeigen deutlich: Die energetische Bilanz von Photovoltaikanlagen ist heute besser denn je. Und mit jeder technologischen Innovation steigert sich die Ökobilanz der Module weiter.
CO2-Bilanz: Schadstofffreie Stromerzeugung auf dem eigenen Dach?
Neben der Energiebilanz ist die CO2-Bilanz ein wichtiger Indikator für die Umweltfreundlichkeit von Photovoltaikanlagen. Zwar erzeugt die Herstellung von PV-Modulen zunächst CO2-Emissionen, doch diese werden während des Betriebs mehr als ausgeglichen.
Nach aktuellen Angaben des Umweltbundesamtes von 2023 verursacht eine Kilowattstunde Solarstrom in Deutschland nur noch etwa 50 Gramm CO2. Um diese Zahl einzuordnen, hier ein Vergleich mit anderen Energiequellen (Angaben in Gramm CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde):
- Braunkohle: ca. 1000 g
- Steinkohle: ca. 840 g
- Erdgas: ca. 490 g
- Solarenergie: ca. 50 g
- Windenergie: ca. 18 g
- Atomenergie: ca. 4 g
Die Stromerzeugung mit Solarenergie spart also im Vergleich zu Erdgas und Kohlestrom etwa 90 bis 95 Prozent der Emissionen ein. Auch wenn Windenergie und Atomkraft in dieser Betrachtung noch günstiger abschneiden – Sonnenenergie hat den Vorteil, dass sie dezentral auf Ihrem eigenen Dach produziert werden kann.
Nach etwa 1-2 Jahren Betrieb hat Ihre Anlage bereits so viele Schadstoffe eingespart, wie bei ihrer Herstellung entstanden sind. Photovoltaikanlagen sind somit nicht nur energetisch effizient, sondern leisten auch einen bedeutenden Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen.
Verwendete Rohstoffe und Materialien: Fortschritte in der Produktion
Kritiker würden jetzt noch einwerfen, dass sich die verwendeten Materialien negativ auf unseren Planeten auswirken. Wie ist das also? Ist Photovoltaik auch umweltfreundlich, wenn wir uns die eingesetzten Rohstoffe ansehen?
Die Hauptbestandteile einer PV-Anlage sind Glas, Aluminium, Silizium und Kunststoffe. Besonders das für die Solarzellen benötigte Silizium stand lange im Fokus der Kritik. Moderne Produktionsverfahren ermöglichen heute dünnere Wafer und einen effizienteren Materialeinsatz. So konnte der benötigte Siliziumanteil pro Watt Leistung in den letzten Jahren um mehr als 60 % gesenkt werden.
Auch bei anderen kritischen Bestandteilen von Photovoltaikmodulen gibt es positive Neuerungen:
- Silber: Der Silberverbrauch in Solarzellen wurde deutlich reduziert. Nach Angaben der International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) sank der Verbrauch pro Zelle von etwa 120 mg in 2010 auf unter 80 mg im Jahr 2023. Das entspricht einer Reduktion um circa 33 %.
- Blei: Der Trend zu bleifreien Lötverfahren begann bereits um 2010. Heute verwenden die meisten modernen Solarmodule bleifreie oder bleiarme Lötverbindungen, was die Umweltverträglichkeit der Anlagen weiter verbessert.
Die Solarindustrie arbeitet kontinuierlich daran, den Anteil problematischer Stoffe und den Energieaufwand zunehmend zu minimieren und gleichzeitig die Effizienz der Module zu steigern. So werden immer wieder neue Zellentechnologien entwickelt, die noch ressourcenschonender sind.
Recycling und Entsorgung
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Umweltverträglichkeit von Photovoltaikanlagen ist die Frage: Was passiert mit ihnen, wenn sie nicht mehr brauchbar sind?
Die gute Nachricht vorweg: Moderne Verfahren ermöglichen es heute, bis zu 95 % der Materialien wiederzuverwerten. Das bedeutet, dass der Großteil der in Photovoltaikmodulen verwendeten Rohstoffe dem Wirtschaftskreislauf erhalten bleibt.
Konkret sieht das so aus:
- Aluminium-Rahmen und Anschlussdosen werden abgetrennt und separat recycelt.
- Das Glas, das etwa 75 % des Moduls ausmacht, wird zerkleinert und für neue Glasprodukte verwendet.
- Die Solarzellen werden in einem speziellen thermischen Prozess behandelt, um wertvolle Metalle zurückzugewinnen.
Und die restlichen 5 %? Diese setzen sich hauptsächlich aus schwer trennbaren Verbundmaterialien und Kunststoffen wie der EVA-Folie zusammen. Aktuell werden diese Anteile verbrannt oder deponiert.
Das ist nicht optimal – die Branche arbeitet jedoch intensiv daran, auch für diese Komponenten Lösungen zur Wiederverwertung zu entwickeln. Was heute noch nicht recycelbar ist, könnte in naher Zukunft verwertbar sein. Die Branche strebt eine 100%ige Kreislaufwirtschaft an.
In der EU ist die Entsorgung von Solarmodulen gesetzlich geregelt. Hersteller sind verpflichtet, für einen fachgerechten Entsorgungsprozess zu sorgen. Als Verbraucher können Sie alte Photovoltaikmodule deshalb kostenlos bei Recycling-Stellen abgeben.
Recycling von Solarmodulen
Maßnahmen zur weiteren Verbesserung der Ökobilanz
Obwohl Photovoltaikanlagen bereits heute zu den umweltschonendsten Energiequellen zählen, arbeitet die Solarwirtschaft kontinuierlich daran, noch bessere Lösungen zu finden. Wagen wir einen Blick auf die Gegenwart und Zukunft von Photovoltaik-Anlagen.
Aktuelle Entwicklungen
Unter anderem wird derzeit erfolgreich an folgenden Neuerungen gearbeitet:
- Energieeffizientere Herstellungsprozesse: Moderne Fabriken setzen beim Herstellungsprozess verstärkt auf erneuerbare Energien und optimierte Abläufe.
- Reduzierung des Materialverbrauchs: Dünnere Wafer und präzisere Schneidetechniken minimieren den Materialverbrauch.
- Verbesserte Effizienz: Antireflexbeschichtungen und optimierte Zelloberflächen steigern die Energieausbeute der Module.
- Verlängerte Lebensdauer: Robustere Module durch verbesserte Verkapselungstechniken schützen die Zellen besser vor Umwelteinflüssen.
- Schnellere Fehlerbehebung: Einsatz von intelligentem Monitoring zur frühzeitigen Erkennung von Leistungseinbußen während des Betriebs.
- Fortschritte im Recycling: Besserung bestehender Prozesse zur Rückgewinnung von mehr Materialien.
Zukunftsperspektiven
Schon heute wird an Morgen gedacht – diese und weitere Perspektiven eröffnen sich hoffentlich bald für die Photovoltaikindustrie:
- Höhere Effizienz: Entwicklung von Perowskit-Silizium-Tandemzellen mit Potenzial für Wirkungsgrade über 30 %.
- Innovative Materialien: Forschung an Alternativen zu Silber in den Leiterbahnen, z. B. durch verstärkten Einsatz von Kupfer.
- Fortschrittliches Recyclingdesign: Konzeption von Modulen, die von vornherein leichter zu recyceln sind („Design für Recycling“).
- Modulare Systeme: Entwicklung modularer Designs zur Verbesserung der Reparaturfähigkeit.
- Kreislaufwirtschaft: Anstreben eines vollständigen Kreislaufs mit nahezu 100 % Materialrückgewinnung.
- Effizientere Flächennutzung: Integration von Solarmodulen in die Gebäudehülle, damit auch kleinere Gebäudeflächen Photovoltaik nutzen können.
Diese Entwicklungen zeigen: Die Branche ruht sich nicht auf ihren Erfolgen aus, sondern arbeitet aktiv daran, Photovoltaik noch nachhaltiger zu machen. Experten sind sich einig, dass diese Innovationen in den kommenden Jahren zu einer weiteren deutlichen Verbesserung der Umweltbilanz von Solaranlagen führen werden.
Fazit: Photovoltaik – eine nachhaltige Energiequelle mit Zukunft
Die Analyse zeigt: Photovoltaikanlagen sind bereits heute eine der umweltfreundlichsten Energiequellen. Mit einer energetischen Amortisationszeit von nur etwa einem Jahr leisten sie einen bedeutenden Beitrag zum Klimaschutz. Und auch ihre CO2-Bilanz ist um 90-95 % besser ist als die fossiler Brennstoffe.
In Sachen Energiebilanz hat die Solarindustrie in den letzten Jahren beeindruckende Fortschritte erzielt. Beispielsweise wurde der Siliziumverbrauch um 60 % reduziert und bleifreie Lötverfahren etabliert.
Moderne Recyclingverfahren ermöglichen zudem die Wiederverwertung von bis zu 95 % der verwendeten Materialien. Aktuelle Entwicklungen wie energieeffizientere Produktionsprozesse, verbesserte Moduleffizienz und intelligentes Monitoring steigern die Umweltfreundlichkeit weiter.
Zukunftsperspektiven wie Perowskit-Silizium-Tandemzellen, fortschrittliches Recyclingdesign und die angestrebte vollständige Kreislaufwirtschaft versprechen eine noch bessere Ökobilanz. Photovoltaik ist also nicht nur schon heute eine ökologische Technologie. Sondern sie hat auch das Potenzial, in Zukunft noch nachhaltiger zu werden.